Новости

Флюсы для сварки сталей

Подробности

Флюсы для сварки сталейОсновным назначением флюсов, применяющихся при полуавтоматической и автоматической сварке, является защита расплавленного металла от вредных воздействий кислорода и азота воздуха. Флюсы представляют собой сыпучий материал с различной степенью зернистости и различным составом. Состав и зернистость флюса оказывают существенное влияние на устойчивость процесса сварки и качество сварного соединения. Образующаяся на поверхности металла шва шлаковая корка должна легко отделяться. Особенно существенное значение отделение шлаковой корки имеет для сварки многослойных стыковых и валиковых швов. Наряду с этим при сварке под флюсом необходимо допускать как можно меньшее выделение вредных газов. Слой флюса, находящийся в зоне сварки, должен быть достаточным для обеспечения хорошей защиты. При сварке стали на обычных режимах толщина слоя флюса должна быть не менее 40 мм. Недостаточная толщина флюса — одна из причин образования пор в наплавленном металле из-за проникновения в зону горения дуги кислорода и азота воздуха. Легирование наплавляемого металла с помощью флюсов осуществляется редко. Обычно в состав флюсов, предназначенных для сварки конструкционных сталей, не входят легирующие элементы. Однако некоторые флюсы содержат такие легирующие элементы, как марганец и кремний, которые переходят из флюса в наплавленный металл. Правда, переход из флюса в наплавленный металл марганца и кремния весьма незначителен. Так, по данным Модовара Б. И., переход марганца в шов составляет 0,1-0,4% и кремния 0,1-0,3%. В сварочном производстве наиболее широко применяются высококремнистые марганцовые флюсы марок АН-348-А, АН-348 — АМ, ОСЦ-45М (ГОСТ 9087-59). Эти флюсы употребляются в сочетании с малоуглеродистой сварочной проволокой. Химический состав флюсов приведен в табл. 35. (крупная грануляция). Для автоматической и полуавтоматической сварки электродной проволокой диаметром менее 3 мм применяют флюс марок АН-348-АМ и ОСЦ-45М (мелкая грануляция).

Флюсы для сварки сталейРазмеры зерен флюса (грануляция) указаны в табл. 36. Флюс АН-348-А и АН-348-АМ разработан институтом электросварки им. Е. О. Патона АН УССР. По внешнему виду он должен представлять собой однородные по строению стекловидные зерна от светло-желтого до темно-бурого цвета различных оттенков без включений не растворившихся зерен сырых материалов. Недостаток флюса — некоторое выделение вредных фтористых газов при сварке. Флюс ОСЦ-45 и ОСЦ-45М разработан. По своему строению он представляет однородные стекловидные зерна коричневой окраски со слабым красноватым оттенком, зерна непрозрачного стекла светлого молочно-кофейного цвета, зерна светло-серого цвета или их смесь. В этой смеси не должно быть не растворившихся зерен сырых материалов и зерен черного цвета. Недостатки флюса: а) сравнительно большое выделение вредных фтористых газов; б) пониженная устойчивость дугового разряда при питании от источников переменного тока, если напряжение холостого хода менее 6 в. Для сварки низколегированных сталей применяют флюсы АН-10, АН-22 (табл. 37) и другие, разработанные в институте электросварки им. Е. О. Патона. При сварке с применением флюса АН-10 происходит значительный переход марганца из флюса в металл шва. На основе флюса АН-10 разработаны низко кремнистые флюсы различного применения. Например, флюс АНВ — для вертикальной сварки, флюс АН-11 для скоростной сварки труб из низколегированных сталей; флюсы АН-20, АН-26, АН-30 — для наплавки износостойких высоколегированных сталей. Флюс АН-20 успешно применяется для сварки меди. Общим недостатком существующих низко кремнистых флюсов является повышенная склонность сварных швов к образованию пор. Для уменьшения этого необходимо сварку производить на постоянном токе обратной полярности и повышать содержание кремния в свариваемых сталях. При сварке высоколегированных сталей и сплавов применяют флюсы АНФ-1, АНФ-5 (табл. 38). Флюс АНФ-1 представляет собой порошок, получаемый путем измельчения отборочного плавикового шпата. Перед сваркой этот флюс следует прокалить при температуре 700-800° С, Время прокалки 1 -1,5 часа.АНФ-1 не менее 92. Не более 5 0,1 следы АНФ-5 75-80 17-25 I не более 2 0,05 0,02 1

Флюсы для сварки сталейФлюс АНФ-5 получают сплавлением в дуговой печи флюоритового концентрата и фтористого натрия с последующим сухим измельчением. Наряду с рассмотренными флюсами в практике полуавтоматической и автоматической сварки применяются керамические флюсы, представляющие собой смеси различного составе получаемые без расплавления. Зачастую в состав керамических флюсов вводят легирующие компоненты. Расход флюса при автоматической и полуавтоматической сварке Флюс при сварке в основном расходуется на образование шлаковой корки, которая практически в дальнейшем не используется. Флюс также может теряться при неаккуратном его использовании или неисправности флюсоподающей и флюсоотсасывающей аппаратуры. Количество флюса, расплавленного при сварке, зависит от режима сварки: величины с арочного тока, напряжения на дуге и скорости сварки. При одном и том же токе флюса расплавляется больше, если выше напряжение дуги. При повышении сварочного тока без изменения напряжения дуги также увеличивается количество расплавляемого флюса. Увеличение скорости сварки ведет к уменьшению расхода флюса. По данным института электросварки им. Е... Патона, расход флюса, с учетом потерь на просыпание, приближенно можно считать равным расходу электродной проволоки. При полуавтоматической сварке расход флюса на 10-15% больше.

 

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ШВЫ

Сварное соединение является элементом сварной конструкции. К сварному соединению относят участки деталей или отдельные детали, соединенные сварным швом. Под сварным швом понимают затвердевший после расплавления металл, соединяющий кромки деталей. При выполнении сварного соединения эти кромки подвергаются определенной подготовке. Взаимное расположение свариваемых частей, форма и размеры кромок после подготовки определяют вид сварного соединения и тип шва. Основные типы сварных швов в зависимости от вида соединений, в которых эти швы применены, размеры и форма швов, а также конструктивные элементы подготовки кромок деталей под сварку регламентируются ГОСТ 5264-58 «Швы сварных соединений флюсоотсасывающая сварка. Основные типы и конструктивные элементы». ГОСТ устанавливает также условные знаки различных швов при их графическом или буквенно-цифровом обозначении. Стыковые соединения приведены размеры конструктивных элементов подготовки кромок свариваемых деталей и размеры швов стыковых соединений представлены стыковые соединения с отбортовкой кромок и без скоса кромок.

Стыковое соединение с отбортовкой кромок. Имеет малую прочность при действии растягивающих, переменных и ударных нагрузок. Применяется в малоответственных конструкциях. Соединение экономично при применении машинных способов отбортовки кромок. Тип б — стыковое соединение без скоса кромок с двусторонним швом. Обладает высокой прочностью при любом характере нагрузок и отличается высокой экономичностью. Согласно ГОСТ, его рекомендуется применять при толщине металла 3- 8 мм. Однако в отдельных случаях при сварке толсто-покрытыми электродами на режимах, обеспечивающих глубокий провар, такое соединение применяется при толщине металла до 12 мм. Тип в - стыковое соединение без скоса кромок с односторонним швом. Получающийся непровар с обратной стороны обусловливает невысокую прочность соединения. Это соединение непригодно для работы при переменных или ударных нагрузках. Не рекомендуется применять его в случаях, когда корень шва оказывается в растянутой зоне при изгибе. Тип г — стыковое соединение без скоса кромок, полученное при сварке на подкладке. Наиболее часто при ручной сварке применяются медные съемные подкладки или остающиеся (технологические) по кладки. Правильное выполнение соединения с остающейся подкладкой считается таким, когда подкладка проплавляется на 7г-2/з толщины. Возможность проплавления ухудшается с увеличением зазора между подкладкой и соединяемыми элементами ток должен быть не больше 1,5 мм. Прочность соединений с подкладками очень близка к прочности стыковых соединений с двусторонними швами. Соединения с остающейся подкладкой применяются, когда выполнение двустороннего шва затруднено или невозможно Такие соединения широко применяются, в частности, при сварке различных трубопроводов или химических аппаратов с диаметром менее 600-800 мм. На фиг. 33 представлены некоторые виды стыковых соединений с V-образным скосом кромок. Типы а и б соединения с односторонним и двусторонним прямолинейным косом кромок, типы виг — соединения с двусторонним и односторонним криволинейным скосом. Соединения могут иметь о посторонние швы (без подварки), двусторонние швы (с подваркой) и швы, выполненные на медной или остающейся подкладках. В зависимости от этого соединения будут иметь различную прочность. Представлены стыковые соединения с Х-образным скосом кромок. Такие соединения обладают высокой прочностью под действием любых нагрузок. Площадь наплавленного металла швов Х-образных соединений на 30-40% меньше площади швов V-образных соединений. При сварке в стык элементов разных толщин более толстый элемент подвергают дополнительной обработке для получения плавного перехода от одного элемента к другому. Если разность в толщине образуется с одной стороны свариваемых элементов, то по ГОСТ 5264-58 предусматривается дополнительная обработка при разности в толщине стыкуемых элементов (S, — S),более тонкого элемента): S в мм....... <3 4 — 8 9 — 11 12 — 25 >25 Si-0,7 S 0,65 0,45 5 7 Если свариваемые элементы имеют разную толщину с обеих сторон, то приведенные значения разности толщины удваиваются. Более толстый элемент обрабатывается с одной или двух сторон в зависимости от того, как распределяется превышение толщины. Обработка производится на длине, равной 5(Si-S) —при одностороннем превышении толщины и на длине 2,5 (Si-S) — » при двустороннем превышении.

Угловые соединения. В табл. 41 приведены размеры конструктивных элементов подготовки кромок свариваемых деталей и размеры швов угловых соединений. На фиг. 35 показаны некоторые типы сварных соединений. Si-0,7 S 0,65 0,45 5 7 Если свариваемые элементы имеют разную толщину с обеих сторон, то привел иные значения разности толщины удваиваются. Более толстый элемент обрабатывается с одной или двух сторон в зависимости от того, как распределяется превышение толщины. Обработка производится на длине, равной 5(Si-S) —при одностороннем превышении толщины и на длине 2,5 (Si-S) — » при двустороннем превышении их нагрузок, а также относительно.

Угловые соединения. В табл. 41 приведены размеры конструктивных элементов подготовки кромок свариваемых деталей и размеры швов угловых соединений. На фиг. 35 показаны некоторые типы сварных соединений некоторые типы тавровых соединений. Соединения без кромок (типа а) обладают высокой прочностью при статических нагрузках. Наличие непроваренной части снижает прочность при переменных и ударных нагрузках. Увеличенный зазор снижает прочность также и при статических нагрузках, Соединения со скосом кромок обладают высокой прочностью при действии любых нагрузок. Во всех случаях рекомендуются выпуклые швы. Сварные соединения и швы Соединения внахлестку. В табл. 43 приведены размеры конструктивных элементов подготовки свариваемых деталей и раме соединений внахлестку. Показаны некоторые типы соединений внахлестку. Прочность этих соединений под действием переменных и ударных нагрузок меньше прочности стыковых соединений. Площадь надавленного металла швов соединения внахлестку больше площади стыковых швов, но подготовка под сварку и сборка более просты. Наличие перекрытия соединяемых элементов (нахлестки) обусловливает больший расход основного металла. Соединения нерациональны при толщине металла свыше 20-25 мм. Тип а - соединение внахлестку с лобовыми швами. Применяется в основном при изготовлении различных листовых конструкций (сосуды, резервуары, обшивка и т. д.). Тип б — соединение внахлестку с фланговыми швами. Применяется в основном при изготовлении различных конструкций из профильных материалов (подкрановые, стропильные и иные фермы, колонны, мачты). Величина перекрытия соединяемых элементов и размеры швов (длина и толщина) принимаются по расчету. Зазор между соединяемыми элементами снижает прочность соединения. В некоторых случаях применяют соединения внахлестку с комбинированным швом. 110 Типы виг — соединения, изготовляемые с применением круглых отверстий и пазов. Применяются в случаях, когда затруднено выполнение соединен в внахлестку типов а или б (например, при креплении металлического настила к балкам). Соединения хорошо работают на срез. Применение при переменных и ударных нагрузках не рекомендуется.

Для швов НЗ при а > 30 мм допускается проварка по внутреннему контуру отверстий без полного его заполнения (k =0,8 S-rS), при этом для толщины листа < 8 мм раззенковка выполняется на всю толщину. Для S > 16 мм раззенковка производится на величину, обеспечивающую провар. Угол раззенковки 50 ± 5°. Швы НЗ могут выполняться со сквозным проплавлением. Дл

Для швов Н4 расстояние между прорезями и расстояние прорези от кромки детали устанавливается при проектировании. Допускается полное заполнение по внутреннему контуру прорези. 2.йДл Л Дл 4.сДля швов НЗ при а > 30 мм допускается проварка по внутреннему контуру отверстий без полного его заполнения (k =0,8 S-rS), при этом для толщины листа < 8 мм раззенковка выполняется на всю толщину. Для S > 16 мм раззенковка производится на величину, обеспечивающую провар. Угол раззенковки 50 ± 5°. Швы НЗ могут выполняться со сквозным проплавлением. Дл8 Для швов Н4 расстояние между прорезями и расстояние прорези от кромки детали устанавливается при проектировании. Допускается полное заполнение по внутреннему контуру прорези.

В таблице приняты следующие условные обозначения способов сварки: А — автоматическая сварка под слоем флюса без применения подкладок, подушек и ручной подварки; Аф — автоматическая сварка под слоем флюса на флюсовой подушке; Ам — автоматическая сварка под слоем флюса на флюсомедного лодка; Ас — автоматическая сварка под слоем флюса на стальной подкладке; Ар — автоматическая сварка под слоем флюса с ручной подваркой с одной стороны; А автоматическая сварка под слоем флюса с ручной подваркой корня шва с двух сторон; П — полуавтоматическая сварка под слоем флюса без применения подкладок, подушек и ручной подварки; Пс — полуавтоматическая сварка под слоем флюса на стальной подкладке; Пр — полуавтоматическая сварка под слоем флюса по ручной подварке; Полуавтоматическая сварка под слоем флюса с ручной подвар о корня шва с двух сторон. ГОСТ 8173-58 устанавливает размеры конструктивных элементов подготовки кромок свариваемых деталей и размеры швов различных соединений.

различных диаметров для наиболее распространенных видов сварных соединений, а также для швов подварки. Во всех случаях приведены размер швов, для которых подсчитаны значения, указанные в таблицах. Числа проходов, указанные для случаев сварки малоуглеродистых сталей в нижнем положении, определялись в соответствии с производственным опытом заводов Урала. При сварке V-образных и Х-образных стыковых соединений электродами диаметров 6, 7, 8 мм рекомендуется первый валик в вершине угла заделки накладывать электродами меньшего диаметра 3, 4, 5 мм. В таблицах это указано дробным обозначением числа проходов: закладываемых электродами меньшего диаметра, в знаменателе число в ликов, накладываемых электродами большего диаметра. При сварке низко — и среднелегированных сталей число проходов принимается большее, чем при сварке низкоуглеродистых сталей. А. Н. Шашков рекомендует в случае сварки легированных конструкционных сталей площадь поперечного сечения, направляем го за один проход валика, выраженную в лш2, принимает под — 12 раз больше диаметра эл. автоматическая я из этого, определять число подварок. Изображение швов на чертежах необходимости проставляется знак чистоты поверхности обработанных швов. Для более ясного и отражения видимых и невидимых швов на чертежах допускается изображать шов штриховыми линиями, перпендикулярными к линии шва. Знаки в условных обозначениях швов на чертежах должны проставляться в следующем порядке. Швы стыковых соединений: 1) буквенное обозначение вида А \ 5 сварки; 2) графический знак типа шва Швы угловых соединений.

Обозначение вида сварки; 2) графический знак типа шва; 3) катет шва; 4) вспомогательный знак, характеризующий расположение шва. Швы тавровых соединений: 1) буквенное обозначение вида сварки; 2) графический знак типа шва; 3) катет шва; 4) длина участка / для прерывистых швов или диаметр точки для точечных швов; 5) знак, характеризующий взаимное расположение участков шва; 6) шаг прерывистого или точечного шва 7) вспомогательный знак, характеризующий расположение шва.

Пример условного обозначения шва, выполненного автоматической электродуговой сваркой по периметру (шов без скоса кромок, катет шва 6 мм). Швы соединений внахлестку (выполняемые в прорезном отверстии и проплавлением): 1) буквенное обозначение вида сварки; 2) графический знак типа шва; 3)низкого отверстия для швов в круглом прорезном отверстии, катет шва.

Точечная сварка

Подробности

ТЕХНИКА ВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ

Техника точечной сварки зависит, главным образом, от степени автоматизации машины и ее настройки. Однако при сварке на любой точечной машине должна соблюдаться определенная последовательность отдельных периодов.

Точечная сварка

Заготовки после установки между электродами машины сжимаются. Путем сжатия обеспечивается хороший контакт между электродами и заготовками,- а также между самими заготовками в месте их будущего соединения. Непосредственно за периодом сжатия должен следовать период нагрева заготовок, который начинается с момента включения тока в первичную цепь трансформатора и заканчивается в момент выключения его. После выключения тока заготовки должны выдерживаться под давлением в течение небольшого времени. Последнее необходимо для охлаждения места сварки, а также для избежания прожога. Время выдержки деталей под током устанавливают в зависимости от мощности машины, свариваемого материала, конструкции выключающего устройства и составляет от 0,01 до 2-3 сек. Время выдержки под давлением после выключения тока составляет обычно десятые доли секунды и зависит от настройки механизма сжатия и выключающего устройства точечной машины. Точечная сварка

При работе на точечных машинах с педальным приводом, оснащенных выключающими устройствами нажимного типа, рабочий после установки заготовок между электродами нажимает на педаль машины. В первый момент происходит опускание верхнего электрода до соприкосновения с заготовкой. При дальнейшем опускании педали сжимается главная пружина и с помощью выключателя включается ток в первичную обмотку трансформатора. Чтобы сила сжатия заготовок была постоянной, педаль должна опускаться до упора. При таком положении педали делается выдержка заготовок под током, после чего педаль освобождается и весь механизм сжатия и выключения тока приводится в исходное положение возвратной пружиной или грузом. На машинах такого типа включение и выключение тока происходит при несколько пониженном давлении, что наглядно видно на фиг. 142, а. Такие машины применялись исключительно для сварки стали и были первыми серийными отечественными машинами. К ним относятся не приведенные в табл. 84-87 машины типа АТ-3, АТ-8, AT-16, АТ-25. Аналогично процесс сварки протекает на машинах с пневматическим механизмом сжатия и простым выключающим устройством (без реле времени) и на машинах с педальным механизмом сжатия и проскакивающим выключателем тока при неправильной его регулировке. Точечная сварка на машинах с педальным механизмом сжатия и правильно отрегулированным проскакивающим выключателем может осуществляться как при непрерывном опускании педали, так и с остановкой педали после включения тока. В первом случае время включения тока будет сравнительно коротким (0,05-0,20 сек.), что позволяет производить сварку тонколистовой стали 1 а также цветных металлов (алюминия и его сплавов, латуни, бронзы).

Точечная сваркаВо втором случае время включения тока может быть сколько угодно большим, а поэтому такой прием применяют для сварки сравнительно толстых стальных листов. Выключение тока при сварке на машинах с проскакивающим выключателем производится при повышенного давлении, которое увеличивается в период выдержки заготовок при выключенном токе (см. фиг. 142, б). При работе на машинах с таким выключателем необходимо настраивать выключатель так, чтобы ток включался при достаточном давлении. Качество сварки при работе на таких машинах выше, чем на машинах с нажимным выключающим устройством. Основные данные машин с педальным механизмом сжатия и проскакивающим выключающим устройством представлены в табл. 84. Работа на машинах с педальным механизмом сжатия достаточно трудоемка. Для облегчения условий труда, получения высокого качества и производительности отечественными заводами выпускаются точечные машины с электромоторным механизмом сжатия и включения тока. Такие машины имеют педаль, предназначенную для осуществления сцепления муфты, через которую приводится во вращение валик с закрепленными на нем эксцентриком давления и веерообразным эксцентриком включения тока. На машинах с электромоторным приводом возможна автоматическая сварка, постановка отдельных точек, а также сварка с любым временем выдержки деталей под током. При автоматической работе, когда на заготовках необходимо поставить несколько точек, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга, педаль опускается ногой на все время сварки. При постановке отдельных точек педаль опускается на короткое время и снова освобождается. При сварке с большим временем включения тока производится переналадка заднего упора скобы с таким расчетом, чтобы муфта расцеплялась через пол оборота. При этом время включения тока будет почти равно времени выдержки педали в нижнем положении. Схема выключающего устройства и диаграмма тока и давления для машин с электромоторным приводом даны на фиг. 142, в. Работа на пневматических стационарных машинах, снабженных ламповыми регуляторами времени (табл. 86-87) (машины типа МТП), протекает автоматически. Управление машиной производится дистанционной педалью, располагаемой около машины, в любом месте.

 

СОЕДИНЕНИЕ ПРИ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКЕ

Точечная сваркаТочечная сварка находит применение для соединения заготовок из листового материала одинаковой или разной толщины, для соединения листового материала с профильным (этом, швеллером, уголком и др.) или прутками, а также для соединения прутков между собой. , Для получения требуемой прочности при точечной сварке необходимо одновременно сваривать не более трех заготовок, а в особо ответственных конструкциях не более двух. Эти условия должны соблюдаться, так как с увеличением количества заготовок в свариваемом пакете их напрев и деформация будут различными, а кроме того увеличивается шунтирование тока, т. е. прохождение его через ранее сваренные точки. При сварке двух заготовок из листового материала различной толщины хорошая прочность получается случае, если одна из заготовок толще другой не более чем в три раза. При большом различии в толщине заготовок необходимо применять рельефную сварку или брать электроды с различной контактной поверхностью. При сварке трех заготовок различной толщины их необходимо располагать так, чтобы заготовки одинаковой толщины были в равных условиях нагрева и деформации. Если тонкую заготовку необходимо расположить с края (фиг. 169, в), то приварить ее следует после сварки двух более толстых заготовок. Если такую сварку осуществить трудно, то необходимо со стороны более толстых заготовок поставить электрод с меньшей контактной поверхностью. Этот прием можно также использовать для получения ровной поверхности у заготовок, расположенных с лицевой стороны. При этом лицевая деталь располагается со стороны электрода с большей контактной поверхностью. С помощью точечной сварки удобно соединять в крест арматуру железобетона. На нормальных точечных машинах возможна сварка стержней, расположенных под углом друг к другу или параллельно. Конструктивные элементы швов, выполненных точечной сваркой, представлены. Условные обозначения швов по ГОСТ 5263-58, выполненных точечной и рельефной сваркой, даны на фиг. 171 и в табл. 106-107. Условное обозначение швов, выполненных точечной сваркой. Обозначение на чертеже при виде сверху Обозначение на чертеже в разрезе Соединения при точечной сварке Детали, предназначенные для сварки на тачечных машинах, должны удовлетворять ряду требований в отношении конструктивного оформления и размещения точек на соединяемых участках. При этом необходимо, чтобы было возможно: 1) выполнять сварку на машинах, оснащенных нормальными электродами; 2) выполнять сварку без введения больших участков стальных деталей в сварочный контур машины; 3) сваривать точки в любой последовательности. Нормальные электроды имеют хорошее водяное охлаждение, ввиду чего они длительное время сохраняют правильные размеры контактной поверхности. Введение в сварочный контур больших участков стальных деталей приводит к сильному снижению сварочного тока, в результате чего могут быть непровары. Сварка точек в любой последовательности позволяет облегчить борьбу с деформациями детали в процессе сварки и последующего охлаждения. Размещать сварочные точки на узле или детали необходимо с учетом шунтирования тока, которое зависит от расстояния между точками, толщины и материала свариваемых деталей. В табл. 108 приведены минимальные значения расстояния между центрами точек при сварке низкоуглеродистой, нержавеющей стали и алюминиевых сплавов. Минимальные расстояния между центрами точек при сварке низкоуглеродистой и нержавеющей стали и алюминиевых сплавов. Существенное влияние на прочность соединения при точечной сварке имеет подготовка поверхности заготовок, изготовление их и сборка. Вопросы подготовки поверхности сводятся,зазоров между свариваемыми поверхностями часто невозможно достичь хорошего контакта в месте сварки, в результате чего будут непровары, а следовательно, и брак деталей. Помимо этого, наличие зазоров приводит к появлению в местах сварки глубоких вмятин.

 

ТЕХНОЛОГИЯ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ

Точечная сваркаПод технологией точечной сварки понимается оснастка машин, приспособления для сборки деталей, порядок и режим сварки. Оснастка машины должна обеспечивать удобную сварку заготовок. Приспособления для сборки и сварки применяют главным образом в крупносерийном и массовом производстве. Эти приспособления обеспечивают высокую точность изготовления свариваемых деталей и высокую производительность труда. Сборочные приспособления применяются при раздельном выполнении операции сборки и сварки. Сборочно-сварочные приспособления применяются при совмещении этих двух операций. Конструкция приспособлений может быть самой различной и зависит от формы детали. Зажимные устройства приспособлений для сокращения времени сборки рекомендуется брать эксцентрикового типа. Порядок сварки существенно влияет на качество сварной детали. При выборе порядка сварки необходимо придерживаться следующих условий: 1) первыми должны быть сварены участки вблизи ребер жесткости, углы и другие трудно деформируемые Технология точечной сварки места; 2) точки должны свариваться подряд, так как это уменьшает шунтирование тока и препятствует образованию гофр (фиг. 173); 3) участки большой длины должны свариваться от средины к концам. В понятие режим точечной сварки входят: диаметр контактной поверхности электродов, продолжительность пропускания тока, давление и сила сварочного тока. Их величины зависят от свариваемого материала и его толщины. Диаметр контактной поверхности существенно влияет на прочность точечного соединения. Качественную сварку можно получить лишь при определенном удельном давлений и плотности тока, т. е. при давлении и токе, приходящихся на один квадратный миллиметр контактной поверхности. При смятии электродов во время работы удельное давление и плотность тока могут сильно снизиться, что приведет к непровару. Поэтому для предупреждения брака необходимо периодически производить запиловку или смену наконечников электродов. Окончательная зачистка контактных поверхностей должна выполняться личным напильником, а при сварке алюминиевых сплавов мелкой стеклянной бумагой с последующей протиркой. Сила сварочного тока и продолжительность его пропускания влияют на процесс нагрева металла. С целью уменьшения потерь тепла при точечной сварке стремятся уменьшить продолжительность пропускания тока, что требует увеличения силы тока. Требуемая величина силы тока зависит от давления.

Точечная сваркаПри увеличении давления улучшается контакт между свариваемыми поверхностями, что приводит к уменьшению количества выделившегося тепла, вследствие чего для обеспечения достаточного нагрева необходимо увеличивать сварочный ток. Жесткие режимы точечной сварка низкоуглеродистой стали При точечной сварке низкоуглеродистой стали режимы могут быть «жесткими», характеризующимися большой силой сварочного тока и сравнительно малой продолжительностью его пропускания, и «мягкими» - меньшей силой тока и большей продолжительностью его пропускания. Режимы точечной сварки низкоуглеродистых сталей приведены в табл. 109, 110. Точечная сварка при жестких режимах обычно производится на мощных машинах с электромоторным или пневматическим приводом, а при мягких режимах, главным образом, на машинах с педальным приводом. Возможность таких различных режимов сварки низкоуглеродистой стали объясняется ее низкой чувствительностью к термическому воздействию. При сварке на жестких режимах производительность выше и расход энергии меньше, однако для этого требуются более мощное оборудование и более мощные ершовые сети. Давление на электродах Режимы точечной сварки нержавеющих хромоникелевых сталей приведены в табл. 111, При высоком давлении на электродах, необходимом для обеспечения хорошего качества сварки нержавеющих сталей, наконечники электродов следует изготовлять из нагартованной меди, сплавов МЦ или других сплавов на медной основе. Ввиду сравнительно небольшой продолжительности пропускания сварочного тока машины для точечной сварки нержавеющей стали должны снабжаться синхронными игнитронными прерывателями. В промышленности также находит широкое применение точечная сварка алюминия и его сплавов. Существенным в технологии точечной сварки этих металлов является очистка их поверхности от пленки окиси алюминия, которая, являясь тугоплавкой (температура плавления около 2050°), препятствует получению хорошего соединения. Очистка алюминия и его сплавов может производиться как механическим путем (стальной щеткой или наждачной бумагой № 00 или 0), так и травлением в смеси серной и хромовой кислот. В последнем случае необходим очень тщательный контроль, вследствие чего химическая очистка применима, главным образом в крупном производстве. Для сварки алюминия и его сплавов требуются машины большой мощности, так как сварка ведется на жестких режимах. Более устойчивые результаты получаются в случае, когда машины оборудованы синхронным игнитронным прерывателем, а напряжение сети, питающей машину, достаточно устойчиво. При сварке легких сплавов хорошее качество обеспечивается в случае применения специальных импульсных машин.

Техника ручной сварки

Подробности

ВОЗБУЖДЕНИЕ ДУГИ И ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОДОМ ПРИ СВАРКЕ

  ручная сварка
   

Дуга возбуждается после замыкания сварочной цепи в момент отведения конца электрода от свариваемого изделия. Сварщики возбуждают дугу обычно одним из двух наиболее употребительных способов: ударом или «чирканьем». По первому способу электрод почти вертикально подводится к месту сварки и после легкого прикосновения сразу же отводится вверх. По второму способу дуга возбуждается скользящим прикосновением конца электрода к свариваемой поверхности. Этот способ возбуждения напоминает способ зажигания спички. В обоих способах электрод подводится к изделию на расстояние 10-15 мм, сварщик в этот момент закрывает лицо щитком, поел чего быстрым движением возбуждает дугу. При этом электрод должен отводиться от изделия на 2-5 мм. Для наложения валика сварщику нужно совместить одновременно три движения электрода. Первое — непрерывное и равномерное движение вниз по мере расплавления электрода. Второе — передвижение электрода по направлению сварки. При этом электрод наклоняется в сторону движения. Обычно угол наклона составляет около 15-30° к оси, перпендикулярной плоскости сварки (фиг. 43). Скорость движения подбирается в зависимости о диаметра электрода, силы сварочного тока, скорости плавления электрода, вида и ширины шва. Очень важно правильно подобрать скорость перемещения электрода, так как от этого зависит качество сварки, форма шва и его размеры. Нормальной скоростью передвижения электрода следует считать такую, при которой образуется валик шва шириной примерно 1,5 диаметра электрода, с хорошим проплавлением основного материала, плавным переходом поверхности шва к кромкам и отсутствием прожогов.

Перенос электродного металла в дуге и разбрызгивание петлей в середине каждого кольца. Если встречается надобность в увеличении прогрева краев кромок, то путь электрода должен быть таким, как показано на фиг. 45, б. В практике каждого сварщика бывает необходимость при.; менять те или иные приемы наложения различных валиков, поэтому нужно заранее натренировать руку на совершенно свободное владение всеми видами поперечных колебательных движений электрода. Нужно всегда помнить, что для получения прочного, красивого, равномерного по сечению шва с мелкой чешуйчатостью необходимо все поперечные колебательные движения электрода Перенос электродного металла в дуге и разбрызгиванием валика необходимо постоянно следить за направлением шва, расплавлением электрода, состоянием ванны и образованием шлакового покров. Это достигается длительной практикой, правильной координацией всех движений и внимательным наблюдением за процессом сварки.

Наплавленный валик характеризуется следующими геометрическими размерами: шириной, высотой и глубиной проплавления. Ширина валика зависит от величины поперечного колебания и диаметра электрода. Она не должна быть более 2-3 диаметров электрода. При такой ширине валика процесс сварки осуществляется одной широкой ванной. Высота валика зависит от марки электрода, силы тока, полярности и скорости сварки. Более выпуклый валик получается при сварке тонко-покрытыми электродами. Валик получается с плавным переходом к основному металлу при сварке толсто покрытыми электродами. При сварке на обратной полярности (плюс на электроде) валик получается более высокий, чем при арке на прямой полярности. Часто на практике сварщик для увеличения высоты валика придают свариваемому изделию небольшой наклон 10-15° и сварку ведут снизу вверх. Высота валика электрона возрастает. Этим способом пользуются при неплановых работах. Глубина проплавления зависит от силы тока, скорости сварки и марки электродов. Для нормальных режимов сварки глубина проплавления составляет 2-5 мм при толсто покрытых электродах и 1-3 мм при тонко покрытых электродах.

ПЕРЕНОС ЭЛЕКТРОДНОГО МЕТАЛЛА В ДУГЕ И РАЗБРЫЗГИВАНИЕ

Во время сварки происходит расплавление и частичное испарение электродного материала. Расплавленный металл и лак переходят на деталь главным образом в виде капель. Техника ручной дуговой сварки мости от их размеров и длины дуги перенос электродного металла может осуществляться без замыкания или с замыканием дугового промежутка. Для современных режимов сварки толсто покрыты ми электродами более характерен первый вид переноса. Перенос без замыканий дугового промежутка. В формировании и отрыве капель при переносе дугового промежутка главную роль играют сила тяжести, сила поверхностного натяжения капель расплавленного металла и сила давления газов, образующихся при расплавлении металла электрода. Характер переноса и размеры кап ль зависят в основном от силы давления газа. Процесс расплавления электрода сопровождается интенсивным растворением кислорода, поступающего в капли из окружающей газовой среды и шлака. Это способствует выгоранию углерода с образованием практически не растворяющегося в металле газа — окиси углерода. По подсчетам из одного кубического сантиметра расплавленного электродного металла при сварке толсто покрытыми электродами выделяется 20-70 см, а при сварке непокрытыми электродами 60-110 см окиси углерода. Количество выделяющегося газа увеличивается за счет паров металла. Газ, включая и пар, во время расплавления непокрытых электродов выделяется частично непосредственно через поверхность капель, частично собирается в виде пузырьков внутри капель. При выделении газа непосредственно через поверхность капель без образования пузырьков создаются реактивные силы, действующие на поверхность капель. Эти силы препятствуют отрыву капель и обусловливают их подвижность на конце электрода, увеличивающуюся с увеличением содержания углерода в электроде. Слой шлак на каплях при сварке толсто покрытыми электродами затрудняет выделение газа непосредственно через поверхность и способствует этим уменьшению подвижности капель. Большую роль играют пузырьки газа внутри капель. Давление газа в пузырьках, наряду с силой тяжести, способствуетотрыву капли. При взрывах пузырьков капли электродного металла приобретают большую скорость и отбрасываются к детали. 134 На фиг. 47 изображены составленные автором схемы развития пузырьков и отрыва капли при сварке в нижнем положении на умеренных силах тока. Пузырьки газа зарождаются обычно у границы расплавления электрода (фиг. 47, а). Зародившись, ни быстро растут за счет поступления в их полости новых порций окиси углерода и пара. Одновременно пузырьки поднимают.Перенос электродного металла в дуге и разбрызгивается вверх, вследствие меньшего удельного веса газа по сравнению с металлом, и концентрируются вблизи границы расплавления. В некоторый момент газ прорывает тонкий слой жидкого металла и шлака. Происходит взрыв, в результате которого от электрода отрывается крупная капля и образуется несколько мелких капель. К моменту взрыва воз пикают новые пузырьки, которые затем также растут, взрываются и отрывают определенные порции металла и шлака.

 

Схема образования и отрыва капель при сварке без замыкания дугового промежутка

Схема образования и отрыва капель при сварке без замыкания дугового промежутка:

1 — электродный стержень; 2 — покрытие; 3 — расплавленный электродный металл; 4 — газовый пузырек.

Пузырьки газа могут зарождаться, также на границе между металлом и шлаком. Эти пузырьки достигают больших размеров. В результате их взрывов от сравнительно крупной капли расплавленного металла на электрод отрываются мелкие капли, размер которых составляет доли миллиметра. Исследования показывают, что во время расплавления электрода одновременно образуются капли различных размеров. Весовое соотношение между ними зависит от количества образующегося газа, характера и скорости его выделения. А это, в свою очередь, зависит от состава электродных стержней и покрытий сварочного тока и полярности, силы тока. 135 Величина тока при этом оказывает наибольшее влияние. С увеличением тока увеличиваются температура расплавленного металла на конце электрода, скорость выделения газа, частота и интенсивность взрывов. Вследствие этого увеличивается число капель, образующихся за единицу времени, и уменьшается их размер. Н пример, во время сварки на прямой полярности постоянного тока электродами ОММ-5 диаметром 5 мм получены следующие данные. При силе тока в 160 а 83,9% электродного металла переходит на деталь в виде капель размером более 5 мм. Причем за 1 сек. таких капель образуется примерно Г шт. При токе в 315 а максимальный размер капель не превышает 4 мм. При этом 30-34% металла переходит на деталь в виде капель менее 1 мм. Таких капель образуется за секунду примерно 200-300 шт.

Распределение электродного металла по поверхности свариваемого изделия (q — количество металла, приходящееся на единицу площади изделия). Перенос электродного металла с замыканиями дугового промежутка. При сварке дугой на небольших токах

 

Схема переноса электродного металла с замыканиями дугового промежутка

Схема переноса электродного металла с замыканиями дугового промежутка.

Перенос электродного металла происходит при замыкании дугового промежутка. В таких случаях образующаяся на конце электрода капля соприкасается со сварочной ванной, и металл капли сливается с металлом ванны. Под действием взрыва газов и паров мостик жидкого металла разрушается, значительная часть металла капли отделяется от электрода (фиг. 48, в). Затем капля образуется снова, и процесс повторяется. В зависимости от режимов сварки число замыканий дугового промежутка может составлять от 1-2 до 30-50. Схема переноса электродного металла с замыканиями дугового промежутка, выделяющихся тазов. Перенос с замыканиями дугового промежутка играет наибольшую роль при сварке в потолочном положении. В этом случае для улучшения переноса сварка должна вестись на самой короткой дуге. Разбрызгивание электродного металла. Хорошо известно, что расплавленный электродный металл не весь переходит в шов: часть его в виде брызг вылетает из зоны сварки и составляет потери на разбрызгивание. Наличие таких потерь уменьшает производительность процесса сварки, увеличивает расход электродов, электроэнергии и требует дополнительного времени на очистку изделий от брызг. Явление разбрызгивания представляет частный случай переноса металла в дуге. При взрывообразном выделении газа из расплавленного электродного металла капли металла приобретают сравнительно большие скорости и разлетаются в различных направлениях. Распределение капель по поверхности изделия соответствует графику, представление у на фи. 9. Прямая линия обозначает ширину сварочной ванны. Как видно, основная часть электродного металла распределяется вблизи от шва и попадает в сварочную ванну. Заштрихованная часть графика соответствует потерям на разбрызгивание. Величина потерь зависит от состава электродных стержней и покрытий, рода, силы тока и его полярности, а также от других факторов, влияющих на процесс газа выделения при расплавлении электрода. Она зависит также от длины дуги, вида сварного соединения и техники выполнения сварки. С увеличением тока и длины дуги потери сильно возрастают. Потери возрастают также при увеличении содержания углерода в электроде, например, а чет применения доменного ферромарганца вместо электропечного в покрытиях ОММ-5 и ЦМ-7. Обычно величина потерь на разбрызгивание определяется совместно с потерями на угар. Средние значения общих потерь для различных марок электродов приведены в главе III. Потери на угар, как правило, оставляют незначительную величину по сравнению с потерями на разбрызгивание.

РЕЖИМЫ СВАРКИ

Качество сварки во многом зависит от правильно выбранного режима. Сварочный ток подбирается по диаметру электрода, типу покрытия и толщине свариваемого материала. Затем вводятся поправки в зависимости от вида шва и его пространственного положения. Свариваемый материал толщиной 1,5 5,0 мм обычно чувствителен к изменениям силы сварочного тока. Применять малые сварочные токи экономически невыгодно, так как снижаются производительность и качество сварки. Величина сварочного тока должна быть такой, чтобы при сварке не получались дефекты в виде прожогов основного металла, подрезов кромок и неправильной формы шва. Помимо этого, не следует допускать перегрева электрода во время сварки. Покраснение электрода «свидетельствует о большом сварочном токе. При этом нарушается нормальный перенос электродного металла и уменьшается проплавление основного металла. Недопустим перегрев электрода с толстым покрытием, в состав которого входят органические газа защитные компоненты (крахмал, декстрин, мука, древесные опилки и др.). Эти вещества могут бесполезно сгорать, не доходя до зоны сварки, в результате чего ухудшается качество шва (образуются поры). При выполнении сварки толсто покрытыми электродами силу тока следует устанавливать в соответствии с данными, указанными в паспортах (или сертификатах) на эти электроды.

СВАРКА ШВОВ В НИЖНЕМ ПОЛОЖЕНИИ

сварка швов в нижнем положении

Сварка угловых швов

а) в симметричную «лодочку»; б) в несимметричную «лодочку»; в) «в угол»

Подавляющее большинство швов выполняется в нижнем положении. При сварке в нижнем положении расплавленный металл не может вытечь из ванны, металл электрода легко переходит в шов, и образуется шов правильной формы. При этом легко вести наблюдение за процессом сварки, так как сварщик находится в удобном положении, чаще всего сидя, что не сильно утомляет его при работе. Поэтому по возможности надо устанавливать свариваемые изделия так, чтобы вести сварку в нижнем положении. Техника сварки швов различна. Сварка стыковых бесскосных швов. При обычных приемах сварка бесскосных швов применяется для толщины металла до 6-8 мм. При сварке стыковых бесскосных швов необходимо обеспечить проварку толщины листа. Валик направляется вдоль кромок при небольшом колебании электрода в поперечном направлении. Если сварка осуществляется электродом диаметром 6 мм, то ширина валика получается достаточной без поперечных колебательных движений электрода. При сварке стыковых бесскосных швов внимание сварщика должно быть обращено на наличие зазора между кромками и их равномерное расплавление. Для получения шва высокой прочности без непровара в нижней части кромок следует, если позволяет конструкция, делать подварку с обратной стороны. В том случае, если подварить шов с обратной стороны не представляется возможным, пользуются подкладками. Применение подкладок имеет з рачительные преимущества. Сварщик, не боясь прожогов и протоков, работает уверенно, может увеличить силу сварочного тока, что повышает производительность. Внешний вид шва заметно улучшается. Наплавленный металл имеет плавный пере од к основному. В случае сварки швов типа С4 (табл. 39) необходимо применять способ сварки погруженной дугой, рассматриваемый в параграфе 9 настоящей главы.

Путь электрода при сварке шва с V-образной разделкой за один проход. Сварка с V-образным скосом кромок. При небольшой толщине металла V-образный шов может заполняться за один

Движения концом электрода при сварке углового шва: а - проплавление нижней кромки; б проллавление вертикальной кромки.

В этом случае надлежит электродам делать сложные движения вдоль и поперек шва в виде треугольника. Дугу возбуждают на верхней части скоса, спускают вниз, прославляют вершину кромок и поднимают вверх. Затем вновь дугу пере едят на прежнюю кромку, и процесс сварки продолжают в той же последовательности. Внешний вид шва в большей степени зависит от частоты колебательных движений электрода и быстроты его продвижения вдоль шва. Слишком замедленные поперечные колебательные движения приводят к грубой чешуйчатости. Быстрое продвижение электрода может вызвать непровар кромок, а также наружные и внутренние шлаковые включения, которые портят внешний вид и значительно ослабляют шов. Умение выбирать нужно, е сочетание движений электрода приобретается сварщиком путем длительной тренировки. Сварка в стык V-образных швов большой толщины осуществляется в несколько слоев. Особо тщательно необходимо выполнять провары первого слоя шва. Этот шов трудно доступен для сварочной дуги, и для хорошего провара применяют электроды меньшего диаметра. Для первого слоя обычно применяют электроды диаметром 4 мм. Последующие слои наплавляются электродами диаметром 4 мм. Каждый наплавленный слой необходимо тщательно зачищать от шлака, брызг и окалины. Последовательность заполнения V-образного стык в го шва показана на фиг. 38... Верхний слой шва заканчивается наложением уширен ого валика, а с обратной стороны V-образного шва производится подварка узким валиком на повышенном сварочном токе. Рекомендуется перед подваркой шва предварительно корень шва подрубать зубилом или проплав кислородной резки или воздушно-электродуговой резкой. При этом устраняется непровар, получившийся при сварке первого слоя. Сварка стыковых швов с Х-образной разделкой кромок. Сварка Х-образных швов выполняется с соблюдением тех же правил, что и при сварке V-образных швов. Поскольку Х-образный шов по конструкции симметричен и. дает незначительное коробление, заполнение его нужно осуществлять поочередно с обеих сторон. Еще лучше заваривать Х-образный шов одновременно с двух сторон, часто применяется при выполнении швов в вертикальном положении. Сварка валиковых швов. Валиковые швы выполняются как в один слой, так и в несколько слоев. При сварке валиковых швов непровар получается в самом углу шва, но может оказаться не проваренной одна из сторон, если наклон электрода будет смещен к одной из кромок шва. Для получения качественного валиков го шва сварка ведется следующим образом. Электрод располагается под углом 45° к плоскостям обеих кромок и несколько наклонно в сторону движения сварки. Дуга возбуждается на нижней кромке на некотором расстоянии от края вертикального листа и подводится к углу. Здесь дугу необходимо немного придержать для лучшего проплавления угла наплава вверх по вертикальной кромке. Затем электрод переводят в исходное положение, и процесс сварки повторяется в той е последовательности. Для получения нормального провара обеих кромок при широком шве электрод необходимо поворачивать вверх от геометрической середины шва во время сварки на нижней кромке и вниз, когда электрод движется по верхней кромке. Необходимо следить за тем, чтобы валик имел одинаковые катеты. Сварка многослойных валиковых швов производится при соблюдении тех же условий, что и при сварке стыковых швов. Порядок наложения слоев калинового шва показан на фиг, 38. Ни в коем случае нельзя начинать сварку на верхней кроме, так как это приводит к наплыву и непровару.

Сварка угловых швов «в лодочку». При сварке валиковых швов толсто покрытыми электродами, а также при работе на повышенных режимах деталь лучше располагать так, чтобы свариваемые кромки были под углом 45° к горизонтальной линии. Это положение свариваемого изделия обеспечивает одинаковое расплавление обеих кромок, хорошее формирование шва и отсутствие подрезов. Такое расположение при сварке носит название «в лодочку».

СВАРКА ВЕРТИКАЛЬНЫХ ШВОВ

Сварка швов в вертикальном положении значительно труднее сварки в нижнем положении, так как расплавленный металл стремится вытечь из сварочной ванны. Дл уменьшения объема жидкого металла в ванне при сварке вертикальных швов силу сварочного тока уменьшают на 10-15% по сравнению со сваркой в нижнем положении. Сварка ведется обязательно короткой дугой, что способствует лучшему переходу расплавленного металла электрода в жидкую ванну. Чтобы избежать вытекания наплавляемого металла из сварочной ванны, рекомендуется относительно быстро вести электрод от середины шва в сторону и вверх. Это способствует быстрому формированию шва. Существует два способа сварки вертикальных швов: «снизу вверх» и «сверху вниз». Наиболее употребителен первый способ. Сварка способом «сверху вниз» применяется при соединении, главным образом, тонких листов. При выполнении вертикальных швов «сверху вниз» не получается полного провара. Техника сварки вертикальных швов «снизу вверх» заключается в следующем. Прежде всего, необходимо правильно расположить электрод относительно плоскости и шва. При сварке электродом с тонким покрытием угол наклона берется в пределах 15-20, и сварке толсто покрытыми электродами наклон электрода к горизонтальной линии должен составлять около 45-50°. Такой большой наклон электрода с толстым покрытием необходим для обеспечения более легкого стекания шлака из ванны и для поддержания расплавленного металла. Дуга зажигается в наиболее низком месте шва, и после обтекания сварки вертикальных швов «снизу вверх» заключается в следующем. Прежде всего, необходимо правильно расположить электрод относительно плоскости шва. При сварке электродом с тонким покрытием угол наклона берется в пределах 15-20°, при сварке толсто покрытыми электродами наклон электрода к горизонтальной линии должен составлять около 45-50°. Такой большой наклон электрода с толстым покрытием необходим для обеспечения более легкого стекания шлака из ванны и для поддержания расплавленного металла уникальных швов методом «снизу вверх».

На вертикальных швах чешуйки выражены более резко, и по этому признаку вертикальные швы отличаются от нижних. При сварке вертикальных швов «сверху вниз» электрод располагается перпендикулярно к свариваемой поверхности. После возбуждения дуги и образования первых капель расплавленного металла электрод наклоняют книзу, продолжая одновременно расплавлять основной металл. П степенно подавая электрод и поддерживая короткую дугу, необходимо концом электрода препятствовать стеканию металла, а отводом его в сторону и вниз способствовать застыванию наплавленных капель и образованию шва. При обоих способах выполнения вертикальных швов электроду необходимо сообщать поперечные колебательные движения. При этом надо подбирать такой путь электрода, при котором передвижение вдоль шва происходило бы без длительной концентрации тепла в одном каком-нибудь месте. При сварке «сверху вниз» для уменьшения размеров ванн с расплавленным металлом силу сварочного тока и диаметр электрода следует назначать несколько меньшими, чем при сварке «снизу вверх». При выполнении вертикальных стыковых швов с V-образной и Х-образной разделками кромок, а также валиковых швов, последовательность сварки, многослойность.

СВАРКА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ШВОВ

Горизонтальные швы сваривать значительно труднее вертикальных. По характеру выполнения они приближаются к потолочным швам. Горизонтальные швы имеют место только при сварке стыковых соединений. При сварке стыкового шва с односторонним скосом дуга возбуждается на нижней кромке, а затем переводится на верхнюю наклонную кромку. Положение движения электрода должно быть таким, как показано на рисунке. Заполнение V и Х-образных швов больших сечений начинается с наплавки валиков на нижнюю кромку, причем допроваривать в первую очередь вершину угла. После наложения первого слоя и зачистки его в том же порядке осуществляется последующее заполнение шва (фиг. 55,6). Такой порядок сварки удобен тем, что при нем удается избежать потолочного положения картера с расплавленным металлом. Сварка горизонтальных швов меньшей толщины производится в один проход уширенным валиком.

СВАРКА ПОТОЛОЧНЫХ ШВОВ

Потолочные швы — наиболее трудные по выполнению, так как при сварке жидкий металл все время стремится вытечь из ванны. Затрудненный переход капель электродного металла в жидкую ванну требует при потолочной сварке поддержания возможно короткой дуги.

Сварка горизонтальных швов: а - с односторонним скосом; б — с двусторонним скосом. При потолочной варке электроду следует придавать небольшой наклон в сторону направления сварки, равный 10-15°. Движение электрода может быть треугольником, полумесяцем, кольцеобразное. Дуга зажигается обычным приемом и не должна прерываться до полного расплавления всей полезной длины электрода. Для сварки потолочных швов лучше применять электроды с более тугоплавкими покрытиями. Такие скрытия расплавляются несколько позже электродного стержня. Чехол из покрытия, образующийся на конце электрода, обеспечивает более направленный перенос металла. Это облегчает сварку потолочных швов.

СВАРКА ТОНКОЛИСТОВОЙ СТАЛИ

Наименьшая толщина листовой стали, при которой можно с известным успехом применять дуговую электросварку металлическим электродом, равна 1,5 мм. Сварка листов толщиной 3 мм не представляет затруднений и выполняется распространенными электродами с покрытием типа ОММ-5, ЦМ-7, УОНИ-13/45 и другими. Для сварки тонких листов лучше применять постоянный ток при обратной полярности (минус на детали). Сварка тонких листов производится электродами диаметром 2-3 мм. Слой покрытия должен быть тонким и содержать элементы, способствующие устойчивому горению дуги, так как сварка ведется на малых токах (20-60 а). Сварка на переменном токе возможна с применением осцилляторов или специальных трансформаторов с повышенным до 80 в напряжением холостого хода.

Режим сварки тонколистовой малоуглеродистой стали

Даны режимы сварки тонких листов из малоуглеродистой стали. Сварка тонких листов производится с периодическими замыканиями дуги через расплавленные капли, переходящие с электрода. Основной металл при этом расплавляется на всю толщину и с нижней стороны шва получается небольшой протек. Рекомендуется при сварке сварка внахлестку и толщина в мм электрода. Сварочные посты, предназначенные для сварки тонкостенных изделий, оборудуются электрододержателем с гибким проводом небольшого сечения, облегчающим свободу манипулирования электродом, что очень важно при сварке тонкого материала.

СВАРКА ПЛОТНО-ПРОЧНЫХ ШВОВ

Получение плотно-прочных швов при сварке конструкций из толсто-листового металла сравнительно легко обеспечивается путем наложения многослойных уровней — и точного выполнения технологии сварки. Располагать валики в разделке кромок надо направлением. Последовательное наложение слоев при многослойной сварке так, чтобы начальные и конечные участки валиков верхних последующих слоев не совпадали с такими же местами нижних валиков, а немного перекрывали их, как показано на рисунке. В этом случае имеющиеся неплотности в нижнем слое шва (начальные участки валика и кратеры) проплавляются при последующей сварке. Направление шва каждого последующего слоя (прохода) следует менял. Зачистка каждого валика от шлака, брызг и окалины должна выполняться очень тщательно. Хорошие результаты дает наложение многослойных швов «каскадным» методом и методом направления «горки» выполняется обычно двумя сварщиками одновременно. Наложение валиков начинают от середины шва к концам его. Эти способы заполнения швов больших сечений (свыше 25 мм) препятствуют образованию сквозных неплотностей. Значительно труднее получить плотно-прочные швы на тонколистовом металле, сварка которого осуществляется в один проход. Выполни сварку в один проход, сварщик должен внимательно следить за движением электрода. Руку надо натренировать так, чтобы электрод всегда расплавлялся весь без перерывов. При этом следует помнить, что каждый обрыв дуги способствует образованию неплотности в шве. Дугу в этом случае VI слои V слой лучше возбуждать в стороне, на расстоянии 10-15 мм от оси шва, затем подводить ее к месту сварки. Можно возбуждать дугу по линии шва, несколько отступая от кратера. После возбуждения дугу следует быстро подвести к кратеру, хорошо расплавить его и вести сварку дальше в нужном направлении.

Сварка «горкой». Хорошая плотность шва получается при таком методе сварки, когда валик оканчивается, не резко выражены кратером, а постепенным уменьшением его высоты. Достигается это путем более частых поперечных колебаний электрода и быстрым передвижением его вперед. После смены электрода дуга вновь возбуждается не в зоне кратера, а выше, по ранее проваренной части валика. Таким образом, кратер остается под хорошо рас давленным сплошным швом и не является причиной образования неплотности.

Сварка «каскадным способом. Рекомендуется также применять для получения плотных швов наложение валиков обратно-ступенчатым способом. Помимо меньшевик коробления изделия, обратно-ступенчатый способ сварки дает возможность хорошо проплавлять начальные участки швов. Эти места швов часто плохо сплавлены с основным металлом вследствие отсутствия ванны в первый момент свар и. Кратер выводится и заделывается на ранее сваренном шве или на основном металле. Если нет особой необходимости опасаться деформации изделия, длину участков (ступенек) можно делать такой, какая получается при расплавлении всего электрода без перерыва.

Перекрытие кратера при наложении плотных швов в один проход. На получение плотно-прочных швов хорошего качества оказывает большое влияние правильная подготовка кромок под сварку и их чистота. Ни один из вышеописанных способов не поможет получить хорошие швы, если разделка кромок сделана неправильно, элементы конструкций собраны небрежно, нет совсем зазоров или они слишком широкие, предварительные прихватки швом велики. Делать прихватку деталей надо всегда теми электродами, которыми будет свариваться изделие. Иначе возможны поры, избежать которые весьма затруднительно. Все эти недостатки в большой степени способны снизить качество сварки. Для получения плотно-прочных швов большое значение имеет правильный подбор силы сварочного тока. Отклонения в сторону чрезмерного увеличения или уменьшения сварочного тока недопустимы.

Техника безопасности

Подробности

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ СВАРОЧНЫХ РАБОТ

 

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В нашей стране забота о людях - одна из основных задач, выдвигаемых при организации производственных участков. В связи с этим исключительно большое внимание на отечественных предприятиях уделяется вопросам техники безопасности и охраны труда. Знание правил техники безопасности и охраны труда совершенно необходимо при всех видах электродуговой сварки. Это объясняется тем, что электродуговая сварка при неправильной организации сварочных работ сопровождается рядом явлений, вредно действующих на здоровье сварщиков и окружающих их лиц. К этим явлениям относятся: а) излучения электрической дуги, вызывающие ожог кожи и заболевание глаз; б) поражение электрическим током, приводящее к нервному расстройству, а в некоторых случаях к смерти; в) вынужденное неудобное положение тела сварщика; г) загрязнение воздуха пылью и вредными газами, результатом чего может быть поражение легких и отравление организма; д) разбрызгивание расплавленного металла, нагрев электродов и основного металла, что приводит к ожогам. Действие всех вышеперечисленных факторов может быть полностью ликвидировано. Это возможно при соблюдении правил по охране труда и технике безопасности.

Защита от излучения электрической дуги

Электрическая сварочная дуга - сильный источник лучистой энергии. Электрическая дуга излучает невидимые инфракрасные, видимые световые и невидимые ультрафиолетовые лучи. Являясь составными частями одного лучевого потока, эти лучи вызывают различные заболевания. Невидимые инфракрасные лучи, особенно при длине волны от 0,00076 до 0,0015 мм и длительном облучении, вызывают общую потерю зрения. Это заболевание носит название катаракта хрусталика. При правильном подборе защитных стекол инфракрасные лучи полностью поглощаются. Видимые световыё лучи, имея длину волны от 0,00076 до 0,0004, при кратковременном облучении действуют ослепляюще, а при длительном вызывают ослабление зрения. Это объясняется тем, что яркость видимых лучей электрической дуги больше примерно в 10000 раз яркости лучей, которые могут быть .переносимы без напряжения незащищенным глазом. Ультрафиолетовые лучи, имея длину волны от 0,0004 до 0,00022 мм, даже при сравнительно кратковременном облучении (в течение нескольких минут) вызывают заболевание глаз. Это заболевание носит название светобоязнь и сопровождается острой болью и слезотечением. Светобоязнь при нормальном исходе проходит через 2-3 дня, не вызывая никаких последствий. Облучение ультрафиолетовыми лучами в течение 1-3 час. вызывает ожог кожи. Ожог кожи наблюдается, главным образом, у сборщиков и у работающих вблизи мест сварки. У сварщиков тело защищается во время работы одеждой, лицо и шея щитком, а руки рукавицами. Действие ультрафиолетовых лучей уменьшается с увеличением расстояния, и на расстоянии более 10 м сильно ослабевает. Для защиты глаз при сварочных работах на отечественных предприятиях применяются темные стекла марки ЭС. Эти стекла снижают яркость видимой части светового потока электрической дуги, а также поглощают инфракрасные и ультрафиолетовые лучи. Стекла ЭС выпускаются трех номеров: ЭС-100 (самое светлое), применяющееся при сварке на токе до 100 а, ЭС-300, применяющееся при сварке на токе 100-300 а и ЭС-500, применяющееся при сварке на токе свыше 300 а. Стекла ЭС имеют размер 115X52 мм и вставляются в щитки и маски электросварщиков. Стекла ЭС предохраняются от брызг расплавленного металла обычными прозрачными стеклами, которые сменяются по мере загрязнения. Заменять стекла ЭС какими-либо иными стеклами или набором цветных стекол запрещается, так как это может привести к заболеванию глаз. Для предупреждения ожогов кожи и заболевания глаз под действием лучей электрической дуги необходимо предусматривать, помимо индивидуальных средств защиты, общие средства-Эти общие средства должны надежно предохранять от лучей лиц, окружающих сварщика. К ним относятся: 1) кабины с дверями, закрытыми брезентовыми занавесками, в случае, когда сварочные работы ведутся на одном месте; 2) переносные щиты и ширмы, если сварочные работы носят временный характер. Кроме того, все работники сварочных цехов и работники, имеющие отношение к этим цехам, должны проходить специальный инструктаж, так как заболевание глаз из-за поражения лучами дуги наблюдается чаще у вновь принятых на работу.

На видных местах в сварочных цехах и отделениях необходимо иметь плакаты с надписями: «Береги глаза от света электрической дуги», «Не смотри на электрическую дугу, это приводит к заболеванию глаз», «Смотри на электрическую дугу через защитное стекло марки ЭС».


Защита от поражения электрическим током

Несмотря на сравнительно низкое напряжение источников сварочного тока при электродуговой сварке, возможно поражение работающих электрическим током. При этом поражение может быть даже смертельным. В связи с этим при электродуговой сварке необходимо строго выполнять правила техники безопасности в отношении защиты от поражения электрическим током. Основные пункты этих правил следующие: L Сварочные провода на всей длине должны иметь надежную изоляцию. Их присоединение к контактным болтам клеммных досок источников сварочного тока необходимо производить с помощью наконечников, 2. Электрододержатель должен быть снабжен изолированной рукояткой. Место крепления сварочного провода к держателю также должно быть надежно изолировано. Особенно тщательно следует изолировать части электрододержателя при работе в труднодоступных, а также в сырых местах и при повышенной температуре окружающего воздуха.

3. Корпус мотора [сварочной машины и кожух сварочного трансформатора должны быть подключены к общей сети заземления медным проводом сечением не менее 6 мм2 или стальной шиной сечением не менее 12 мм2. Кроме того, у сварочного трансформатора кожух должен быть соединен с магнитопроводом медной шиной сечением не менее 6 мм2. Медная шина к магнитопроводу крепится пайкой мягким припоем. К кожуху трансформатора шина крепится болтом для заземления.

4. Электросварщик не должен самостоятельно производить присоединение сварочной установки к силовой сети, постановку плавких вставок на щите силовой сети, отключать сварочную установку от сети, а также производить ремонт подключенной к сети установки. Все эти работы должны выполняться электромонтерами с соблюдением общих электротехнических правил для силовых установок.

5.Спецодежда электросварщика должна быть сухой и исправной. Куртка, брюки, фартук и рукавицы должны быть из брезента или сукна. Ботинки или кожаные сапоги должны иметь кожаную подошву, прикрепленную деревянными гвоздями. Резиновые подошвы ботинок и сапог должны быть приклеены путем горячей вулканизации или клеем. 6.Во время работы электросварщик должен находиться на резиновом коврике, сухих деревянных досках, сухом асбесте или другой изоляционной подкладке. 7.При работе в сухих помещениях лампы местного электрического освещения должны питаться током с напряжением не выше 36 в, а в сырых помещениях и закрытых сосудах не выше 12 в. 8.При работах в сосудах, штольнях, коробках и других труднодоступных местах электросварщик должен иметь подручного. Подручный в случае поражения электросварщика током выключает сварочную установку и оказывает пострадавшему первую помощь. 9.При сильном поражении электрическим током, когда пострадавший не подает признаков жизни, необходимо до прихода врача делать искусственное дыхание до тех пор, пока пострадавший не очнется. Для этого пострадавшего укладывают на спину, под лопатки подкладывают мягкий сверток так, чтобы голова была немного ниже туловища. Ворот, пояс должны быть расстегнуты, рот раскрыт, язык вытянут. При этом челюсти необходимо разжать куском дерева, деревянной рукояткой инструмента, куском текстолита. После этого оказывающий помощь становится со стороны головы пострадавшего берет руки около локтей, отводит их назад и в этом положении удерживает 2-3 секунды (вдох). Затем руки ведут к груди, прижимают к ней, выдерживают в этом положении 2-3 секунды (выдох), снова отводят назад, повторяя ритмично указанные движения. Выполнение указанных выше пунктов правил техники безопасности позволяет предохранить работающих от поражения электрическим током. При сварочных работах необходимо всегда помнить, что напряжение в сварочной цепи (особенно при холостом ходе) опасно для жизни человека. Эта опасность возрастает в случае, когда кожа человека влажная или повреждена.


 

ПОЛОЖЕНИЕ ТЕЛА СВАРЩИКА

При ручной электродуговой сварке большое влияние на утомляемость сварщика оказывает положение его тела. Положение тела зависит в основном от организации рабочего места. Частично на положение тела сварщика оказывает влияние конструкция свариваемого изделия. Положения сварщика во время работы стоя, согнувшись, сидя на низких и высоких подставках, сидя на корточках, стоя на коленях, лежа, являются неудобными. Сварщик при этих положениях быстро утомляется, и производительность труда падает. Наиболее удобным во время сварки является сидячее положение сварщика на стуле. Стул должен иметь регулируемое по высоте сиденье, подлокотник для руки, держащей электрододержатель, и удобную спинку. В связи с изложенным необходимо оснащать рабочие места сварщиков стульями, подставками, подмостками и другими устройствами, облегчающими труд и повышающими его производительность.

ВЕНТИЛЯЦИЯ И ОСВЕЩЕНИЕ МЕСТА СВАРОЧНЫХ РАБОТ

При электродуговой сварке воздух загрязняется примесями, которые могут вызвать отравление организма человека или поражение легких, приводящее к легочным заболеваниям. К примесям, вызывающим отравление организма, относятся окислы меди, свинца, цинка, марганца, фтористые соединения, окись углерода и азота. Окислы образуются при окислении паров меди, свинца, цинка, марганца, выделяющихся в процессе сварки. Медь и цинк могут входить в состав электродного и основного металла. Марганец может входить в состав основного металла, электродного, а также в состав покрытий и флюсов. Окислы свинца образуются при его сварке по методу Н. Н. Бенардоса (угольным или графитовым электродом). Загрязнение воздуха фтористыми соединениями наблюдается при сварке с применением покрытий и флюсов, содержащих криолит, плавиковый шпат или другие вещества, имеющие в своем составе фтор. Окись углерода образуется при сварке по методу Н. Н. Бенардоса, а также при сварке электродами, покрытие которых содержит соединения углерода или чистый углерод. Окислы азота образуются во всех случаях ручной электродуговой сварки и в большей степени при сварке тонкопокрытыми электродами. Содержание перечисленных примесей не должно превышать тысячных долей миллиграмма на литр воздуха. К примесям, вызывающим заболевание легких, следует отнести окислы железа, кремния, алюминия, частички свободного углерода и другую пыль, выделяющуюся при ручной электродуговой сварке. Эти примеси при длительном вдыхании вызывают поражение бронхов, следствием Чего являются легочные заболевания. Для предупреждения загрязнения воздуха примесями необходимо предусмотреть тщательную вентиляцию помещений, где установлены посты ручной электродуговой сварки. Вентиляция может быть общей и местной. Общая вентиляция должна быть проточно-вытяжной. Чистый воздух необходимо подавать непосредственно к местам сварки. В зимний период времени этот воздух должен подогреваться калориферами. Согласно данным Академии Медицинских Наук Союза ССР при сварке металлическими электродами с покрытиями ЦМ-7 и УОНИИ количество чистого воздуха, подаваемого в цех, должно быть около 4000-^5000 м3 на 1 кг расплавленных электродов, Приточно-вытяжную вентиляцию необходимо иметь во всех помещениях ручной дуговой сварки. Местная вентиляция устанавливается в случае, когда сварочные посты размещены на определенных местах. При этом над сварочными столами устанавливаются вытяжные зонты. Местной приточно-вытяжной вентиляцией должны снабжаться сосуды, когда в них производится сварка. В этих случаях хорошие результаты дает подача воздуха непосредственно под щиток или маску. При этом количество воздуха должно составлять около 25 м?/час. Подачу воздуха непосредственно под щиток или маску сварщика следует применять также в случае сварки цветного металла: меди, латуней, бронз, свинца, алюминия и его сплавов. Необходимость подачи чистого воздуха связана с тем, что при сварке цветных металлов выделяется значительное количество вредных окислов металлов, а также вредных газов. Места, где производятся сварочные работы, должны быть достаточно хорошо освещены дневным или искусственным светом. Хорошее освещение рабочих мест; снижает утомляемость глаз работающих и является одним из условий повышения производительности труда. Освещенность рабочих мест должна быть не менее 50-100 люксов. Чтобы уменьшить поглощение света стенками кабин, их окрашивают в светлые матовые тона. Рекомендуется применять цинковые белила, желтый крон, титановые белила. Перечисленные красители хорошо поглощают ультрафиолетовые лучи.

ЗАЩИТА ОТ ОЖОГОВ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ВЗРЫВОВ

Помимо ожогов ультрафиолетовыми лучами, при ручной дуговой сварке могут иметь место также ожоги брызгами расплавленного металла и нагретыми до высокой температуры основным и присадочным металлом. Брызги металла могут вызвать ожоги, попадая на незащищенную поверхность тела. Кроме того, брызги могут вызвать загорание одежды, особенно хлопчатобумажной. Опасно попадание брызг в карманы, рукава, складки одежды, в сапоги. Для предупреждения ожогов сварщик должен иметь одежду из плотного брезента или сукна. Не допускается вправлять куртку в брюки, а брюки в сапоги и иметь у спецодежды открытые карманы. Ботинки электросварщика должны быть снабжены широким «язычком» для предупреждения ожогов ног при попадании брызг через отверстия пистонов. Голова должна быть прикрыта беретом или другим головным убором без козырька. При заварке тары из-под нефтепродуктов, ацетиленовых генераторов, газопроводов могут происходить взрывы. С этой целью необходимо перед началом сварки тщательно очистить такие сосуды или трубопроводы от горючих газов или жидкостей. Сосуды из-под нефтепродуктов необходимо перед сваркой промыть горячим раствором каустической соды и продуть паром в течение нескольких часов. Ацетиленовые генераторы перед заваркой необходимо тщательно очистить скребком из латуни, алюминия, дерева или другого, не дающего искр, материала, а затем дважды промыть водой и продуть воздухом. Это необходимо даже в случае, если генератор находился без употребления длительное время (в течение года и более). Трубопроводы для горючих газов перед заваркой необходимо продувать 1 азотом или углекислотой. Необходимо отметить, что взрывы наблюдаются также при пневматическом и гидравлическом испытании сварных изделий. При пневматическом испытании непосредственными причинами взрыва являются подача в изделие воздуха при высоком давлении и небрежное крепление крышек и заглушек отверстий. С целью предупреждения взрывов подачу воздуха необходимо производить через воздушный редуктор. Кроме того, на линии низкого (испытательного) давления следует устанавливать предохранительный клапан и манометр. Заглушка отверстий должна производиться с использованием всех устройств, предусмотренных инструкцией по проведению испытаний. При гидравлическом испытании взрывы могут происходить при наличии грубых дефектов в сварных соединениях: непроваров, трещин и др. Особенно опасно разрушение при гидроиспытании изделий, из которых не был полностью удален воздух. При создании максимального давления и в момент выдержки изделия под этим давлением работающие должны находиться вне зоны поражения (в укрытии или на достаточно большом расстоянии). При электродуговой сварке всегда необходимо помнить о пожарной опасности. Брызги расплавленного металла, огарки могут попасть на горючий материал и зажечь его. Пожар может возникнуть через некоторое время после окончания работ. Ввиду этого вблизи мест сварки не должны находиться горючие материалы. Полы и стены сварочных помещений должны быть изготовлены из несгораемого материала. Если сварочные работы осуществляются в помещениях, опасных в пожарном отношении, место работы должно иметь пост пожарной охраны.


 

Общие требования к безопасности при электросварочных работах.

При электросварочных работах возможны следующие виды производственного травматизма: поражение электрическим током, поражение зрения и открытой поверхности кожи лучами электрической дуги, ожоги от капель металла и шлака, отравление организма вредными газами, пылью и испарениями, выделяющимися при сварке, ушибы, ранения и поражения от взрывов баллонов сжатого газа и при сварке сосудов из-под горючих веществ. Для обеспечения условий, предупреждающих указанные виды травматизма, следует выполнять следующие мероприятия. Защита от поражения электрическим током. При исправном состоянии оборудования и правильном выполнении сварочных работ возможность поражения током исключается. Однако в практике возможны поражения электрическим током вследствие неисправности сварочного оборудования или сети заземления, неправильного подключения сварочного оборудования к сети, неисправности электропроводки и неправильного ведения сварочных работ. Поражение от электрического тока происходит при прикосновении к токонесущим частям электропроводки и сварочной аппаратуры. Напряжение холостого хода источников питания дуги достигает 90 В, а при плазменно-дуговой резке - 200 В. Учитывая, что сопротивление человеческого организма в зависимости от его состояния (утомленность, состояние здоровья, влажность кожи) может изменяться в широких пределах (от 1000 до 20000 Ом), указанные выше напряжения являются очень опасными для жизни. Токи более 0,05 А могут вызвать тяжелые последствия и даже смерть. Опасность поражения сварщика и подсобных рабочих током особенно велика при сварке крупногабаритных резервуаров, во время работы внутри емкостей лежа или полулежа на металлических частях свариваемого изделия или при выполнении наружных работ в сырую погоду, в сырых помещениях, котлованах, колодцах и др. Во избежание поражения электрическим током необходимо соблюдать следующие условия. Корпуса источников питания дуги, сварочного вспомогательного оборудования и свариваемые изделия должны быть надежно заземлены. Заземление осуществляют медным проводом, один конец которого прикрепляют к корпусу источника питания дуги к специальному болту с надписью «Земля», а второй конец присоединяют к заземляющей шине. Заземление передвижных источников питания производится до их включения в силовую сеть, а снятие заземления - только после отключения от силовой сети. Для подключения источников сварочного тока к сети должны использоваться настенные ящики с рубильниками, предохранителями и зажимами. Длина проводов сетевого питания не должна быть более 10 м. При необходимости нарастить провод применяют соединительную муфту с прочной изоляционной массой или провод с электроизоляционной оболочкой. Провод подвешивают на высоте 2,5 ... 3,5 м. Спуски заключают в металлические трубы. Вводы и выводы должны иметь втулки или воронки, предохраняющие провода от перегибов, а изоляцию - от порчи. При наружных работах сварочное оборудование должно находиться под навесом, в палатке или в будке для предохранения от дождя и снега. При невозможности соблюдения таких условий сварочные работы не производят, а сварочную аппаратуру укрывают от воз-, действия влаги. Присоединять и отсоединять от сети электросварочное оборудование, а также наблюдать за их исправным состоянием в процессе эксплуатации обязан электротехнический персонал. Сварщикам запрещается выполнять эти работы. Все сварочные провода должны иметь исправную изоляцию и соответствовать применяемым токам. Применение проводов с ветхой и растрепанной изоляцией категорически запрещается. При сварке внутренних швов резервуаров, котлов, труб и других закрытых и сложных конструкций необходимо пользоваться резиновым ковриком, резиновым шлемом и галошами. Для освещения следует пользоваться переносной лампой напряжением 12 В. Все электросварочное оборудование должно быть оснащено устройствами автоматического отключения напряжения холостого хода или его ограничения до безопасной величины (АСТ-500, АСН-1, АСН-30). При работах внутри резервуара или при сварке сложной металлической конструкции, а также при сварке емкостей из-под горючих и легковоспламеняющихся жидкостей к сварщику назначается дежурный наблюдатель, который обязан обеспечить безопасность работ и при необходимости оказать первую помощь. При поражении электрическим током пострадавшему необходимо оказать помощь: освободить его от электропроводов, обеспечить доступ свежего воздуха и, если пострадавший потерял сознание, немедленно вызвать скорую медицинскую помощь; при необходимости до прибытия врача производить искусственное дыхание. Защита зрения и открытой поверхности кожи от лучей электрической дуги. Горение сварочной дуги сопровождается излучением видимых ослепительно ярких световых лучей и невидимых ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Яркость видимых лучей значительно превышает норму, допускаемую для человеческого глаза, и поэтому, если смотреть на дугу невооруженным глазом, то она производит ослепляющее действие. Ультрафиолетовые лучи даже при кратковременном действии в течение нескольких секунд вызывают заболевание глаз, называемое электрофтальмией. Оно сопровождается острой болью, резью в глазах, слезотечением, спазмами век Продолжительное облучение ультрафиолетовыми лучами вызывает ожоги кожи. Инфракрасные лучи при длительном воздействии вызывают помутнение хрусталиков глаз (катаракту), что может привести к временной и даже полной потере зрения. Тепловое действие инфракрасных лучей вызывает ожоги кожи лица. При заболевании глаз и в случае ожогов необходимо обратиться к врачу. Успокаивающее действие на обожженные глаза оказывают холодные примочки, темные очки и цинковые капли. Для защиты зрения и кожи лица от световых и невидимых лучей дуги электросварщики и их подручные должны закрывать лицо щитком, маской или шлемом, в смотровое отверстие которых вставлено специальное стекло - светофильтр. Для защиты светофильтра от брызг металла снаружи в смотровое отверстие вставляется обычное прозрачное стекло. Размеры щитков и масок и технические требования установлены ГОСТ 1361-69. Светофильтры выбирают в зависимости от сварочного тока. По ГОСТ 9497-60 предусмотрены четыре типа стеклянных светофильтров: Э-1 (для токов 30 ... 75 А), Э-2 (для токов 75 ... 200А), Э-3 (для токов 200 ... 400 А) и Э-4 (для токов более 400 А). Для вспомогательных рабочих установлены светофильтры В-1, В-2 и В-3. Для защиты окружающих лиц от воздействия излучений дуги в стационарных цехах устанавливают закрытые сварочные кабины, а при строительных и монтажных работах применяют переносные щиты или ширмы. Защита от брызг металла и шлака. В процессе сварки и при уборке и обивке шлака капли расплавленного металла и шлака могут попасть в складки одежды, карманы, ботинки, прожечь одежду и причинить ожоги. Во избежание ожогов сварщик должен работать в спецодежде из брезента или плотного сукна, в рукавицах и головном уборе. Куртку не следует заправлять в брюки. Карманы должны быть "плотно закрыты клапанами. Брюки надо носить поверх обуви. При сварке потолочных, горизонтальных и вертикальных швов необходимо надевать брезентовые нарукавники и плотно завязывать их L поверх рукавов у кистей рук. Зачищать сварные швы от шлака и флюса следует лишь после полного остывания и обязательно в очках с В простыми стеклами. Защита от отравлений вредными газами, пылью и испарениями. Особенно сильное загрязнение воздуха вызывает сварка электродами с качественными покрытиями. Состав пыли и газов определяется содержанием покрытия и составом свариваемого и электродного (или Ь присадочного) металла. При автоматической сварке количество газов и пыли значительно меньше, чем при ручной сварке. Сварочная пыль (так называемая аэрозоль) представляет собой смесь мельчайших частиц окислов металлов и минералов. Основными составляющими являются окислы железа (до 70%), марганца, кремния, хрома, фтористые и другие соединения. Наиболее вредными веществами, входящими в состав покрытия, флюса и металла электрода, являются хром, марганец и фтористые соединения. Кроме аэрозоли воздух в рабочих помещениях при сварке загрязняется различными вредными газами, например окислами азота, углерода, фтористым водородом и др. На рабочем месте допускаются следующие предельные концентрации веществ в воздухе (в мг/м3): марганец и его соединения - 0,3; хром и его соединения - 0,1; свинец и его соединения - 0,01; цинковые соединения - 5,0; окись углерода - 30,0; фтористый водород - 0,5; окись азота - 5,0; бензин, керосин - 300,0. Концентрация нетоксичной пыли более 10 мг/м3 не допускается. Однако если содержание кварца в пыли превышает 10%, то концентрация нетоксичной пыли допускается только до 2 мг/м8. Удаление вредных газов и пыли из зоны сварки, а также подача чистого воздуха осуществляется местной и общей вентиляцией. При оборудовании сварочных кабин обязательно предусматривается местная вытяжная вентиляция с верхним, боковым или нижним отсосом, удаляющая газы и пыль непосредственно из зоны сварки. На рис. 118 представлена схема вытяжного устройства для сварочных кабин, где 1 - стол сварщика; 2 - полузонт; 3 - вытяжной воздуховод. Общая вентиляция должна быть приточно-вытяжной, производящей отсос? загрязненного воздуха из рабочих помещений и подачу свежего. В зимнее время воздух подогревают до 20 ... 22° С с помощью специального нагревателя - калорифера. При сварке в закрытых резервуарах и замкнутых конструкциях необходимо обеспечить подачу свежего воздуха под небольшим давлением по шлангу непосредственно в зону дыхания сварщика. Объем подаваемого свежего воздуха должен быть не менее 30 м8/ч. Без вентиляции сварка в закрытых резервуарах и конструкциях не разрешается. Основная масса аэрозоли и газов увлекается теплым воздухом вверх. Поэтому, если часовой расход электродов менее 0,2 кг на 1 м8 объема помещения и если концентрация сварочной пыли менее предельно допустимой, разрешается естественное проветривание производственных помещений. При сварочных работах на открытом воздухе искусственная вентиляция не оборудуется. Вентиляционные устройства должны обеспечить воздухообмен при ручной дуговой сварке электродами с качественными покрытиями от 4000 до 6000 м3 на 1 кг расхода электродов, при автоматической сварке под флюсом - около 200 м3 на 1 кг расплавляемой проволоки, а при сварке в углекислом газе - до 1000 м3 на 1кг расплавляемой проволоки. Предотвращение опасности взрывов. Взрывы возможны при 'неправильных транспортировке, хранении и использовании баллонов со сжатыми газами, при сварочных работах в различных емкостях без предварительной тщательной их очистки от остатков горючих веществ и при других причинах. Баллоны необходимо транспортировать на подрессоренном транспорте или на специальных тележках с навернутыми предохранительными колпаками. При этом толчки и удары недопустимы. Нельзя устанавливать баллоны вблизи нагревательных приборов или под солнечными лучами. На рабочем месте баллоны должны быть надежно укреплены в вертикальном положении так, чтобы исключалась всякая возможность ударов и падений. Категорически запрещается отогревать вstrongлагу в редукторе баллона с углекислотой и любых баллонов со сжатым газом отрытым пламенем, так как это безусловно вызывает взрыв баллона. Отогревать можно только тряпками, смоченными горячей водой.

Сварочные работы в емкостях из-под нефтепродуктов можно производить только после тщательной очистки от остатков продуктов и 2 ... 3-кратной промывки горячим 10%-ным раствором щелочи с последующей продувкой паром или воздухом для удаления запаха. Ремонт газопроводов сваркой также производится только после тщательной продувки.


 

При работе на машинах контактной сварки необходимо выполнять следующие требования:

 

1. К работе на контактных машинах допускаются только после изучения их конструкции и технологии сварки, а также сдачи экзамена по правилам техники безопасности при электросварочных работах. К Корпуса контактных машин должны быть надежно заземлены подключением к общей сети заземления. Следует иметь в виду, что машины подключаются к сети с напряжением 220, 380 и 500 В, т. е. с напряжением, опасным для жизни. Сварочная цепь всегда соединена с корпусом машины и поэтому при отсутствии заземления и нарушении изоляции в первичной цепи сварочного трансформатора возникает опасность поражения электрическим током. Ко 4.

5. Подводящие провода должны быть хорошо защищены от повреждений. Для этого проводку ведут в металлических трубах или используют бронированный кабель. Трубы и броневая защита кабеля подлежат надежному заземлению. Шланги и арматура, подводящая воду или охлаждающую жидкость, должны быть исправны. При каждом переключении ступеней трансформатора нужно обязательно отключать сварочную машину от питающей током сети. По Работающие на контактной машине должны надевать очки с простыми стеклами и головной убор. При работе на стыковой машине необходима брезентовая спецодежда. Ра Рабочее место должно быть оборудовано отсасывающей вентиляцией, особенно при «варке цветных металлов (оцинкованные, освинцованные листы, луженая жесть и др.).

Требования к безопасности при газовой сварке и резке Техника безопасности при обращении с газосварочным оборудованием заключается в выполнении следующих требований:

1. Запрещается устанавливать оборудование и производить сварочные работы вблизи огнеопасных материалов. За Сварка внутри резервуаров котлов, цистерн должна производиться с перерывами при непрерывной вентиляции и низковольтном освещении в присутствии постоянного наблюдающего. Перед производством работ необходимо убедиться в отсутствии в указанных емкостях взрывоопасных смесей. Св Карбид кальция необходимо хранить только в герметически закрытых барабанах в сухих и хорошо проветриваемых помещениях. Вскрывать барабаны разрешается только специальным ножом, при этом крышку на участке резания покрывают маслом (можно просверлить отверстие, а затем сделать вырез ножницами). Запрещается пользоваться стальным зубилом и молотком. Эти меры предупреждают образование искр, опасных для ацетилено-воздушных смесей. Горячей водой или паром. Ил следует выгружать только после полного разложения данной порции карбида и только в иловые ямы с надписью о запрещении курения и взрывоопасности. Ацетиленовые генераторы должны быть заправлены водой до установленного уровня. Разрешается применять карбид кальция только той грануляции, которая установлена паспортом генератора. После загрузки карбида следует произвести продувку генератора от остатков воздуха. При работе на открытом воздухе и низких температурах необходимо пользоваться ватным чехлом. Во избежание замерзания генератора после прекращения работ воду необходимо сливать. Отогревать замерзший генератор открытым пламенем категорически запрещается. Генератор можно отогревать только ветошью, смоченной горячей водой или паром. Ил следует выгружать только после полного разложения данной порции карбида и только в иловые ямы с надписью о запрещении курения и взрывоопасности. Важным условием безопасности работы генератора являются наличие, исправность и заправленность водяного затвора.

5. Баллоны допускаются к эксплуатации только исправные, прошедшие установленные по срокам освидетельствования. Их хранят закрепленными в вертикальном положении в помещениях или на открытом воздухе, но при обязательной защите от воздействия солнечных лучей. Перевозка баллонов допускается при навернутых предохранительных колпаках. Перевозка на большие расстояния производится на машинах и подрессоренных повозках, а на небольшие расстояния - при помощи специальных носилок или тележек. При этом для укладки баллонов пользуются деревянными подкладками. При эксплуатации баллон закрепляют хомутиком в вертикальном положении на расстоянии не менее 5 м от рабочего места. Перед началом работы необходимо продуть выходное отверстие баллона. Крепление редуктора к вентилю баллона должно быть надежным и плотным. Открывать вентиль следует медленно и плавно. Расходовать газ следует до остаточного давления кислорода не менее 50,6 кПа (0,5 кгс/см2), а ацетилена до 50,6 ... 101,3 кПа (0,5 ... 1,0 кгс/см2). После окончания работ необходимо плотно закрыть вентиль баллона, выпустить газ из редуктора и шлангов, снять редуктор, надеть заглушку на штуцер и навернуть колпак на вентиль баллона. Необходимо своевременно проводить освидетельствование баллонов в установленные сроки (для баллонов - 5 лет, а для пористой массы ацетиленовых баллонов - 1 год).

6. Редукторы применяются только с исправными манометрами. Кислородные редукторы должны предохраняться от попадания масел и жиров. Установка редуктора на баллон производится с осторожностью, чтобы не повредить резьбу. Подача кислорода в редуктор производится при полностью ослабленной регулировочной пружине редуктора. Вентиль открывают медленно и следят, чтобы не было утечки газа. При обнаружении неисправности следует вентиль баллона закрыть и устранить неисправности редуктора или соединений. Ре Крепление газо-подводящих шлангов к редуктору, горелке и водяному затвору должно быть выполнено специальными стяжными хомутиками. Необходимо обеспечить надежность присоединения и герметичность. Исправность газопроводов и шлангов подлежит постоянному контролю. Меры безопасности при контрольных испытаниях сварных швов Общие положения техники безопасности, рассмотренные выше, отно¬сятся также к работам, связанным с контролем сварных соединений. Из применяемых видов контроля особую опасность представляют рентгеновское и гамма-излучение. Рентгеновские и гамма-лучи опасны для человека при продолжительном облучении и большой дозе. Это связано с воздействием излучения на живую ткань, при котором может быть нарушена нормальная жизнедеятельность клеток; одна часть клеток гибнет непосредственно при облучении, а другая - через некоторое время после облучения. Это может привести к общим нарушениям деятельности всего организма и заболеваниям различной степени в зависимости от дозы облучения. Уровень биологического воздействия излучения зависит от интенсивности и количества поглощенной организмом человека энергии излучения. Экспериментально установлена предельно допустимая доза, которая не вызывает необратимых изменений в организме даже при продолжительном воздействии. Эта доза равна 0,44 10~4 Кл/кг (0,017 рентгена) за шестичасовой день. Меры безопасности при работе с радиоактивными препаратами сводятся к введению промежуточной защитной среды между препаратом и обслуживающим персоналом, сокращению продолжительности работы и увеличению расстояния между источником излучения и персоналом (дистанционное управление). Радиоактивные источники устанавливают в специальные контейнеры, а рентгеновские трубки помещают в защитные кожухи. Материалом для защитной среды служит свинец. Применяются также баритобетон, бетон, свинцовое стекло и др. Основным мероприятием по защите от вредного действия излучения является максимальное снижение дозы облучения на рабочем месте. Для контроля степени облучения применяют дозиметры - приборы, измеряющие интенсивность рентгеновских и гамма-лучей. Такие приборы должны быть в каждой лаборатории, использующей рентгеновские и гамма-лучи для контроля сварных соединений. При этом для общего контроля применяют наиболее распространенный тип дозиметра с ионизационной камерой ДКЗ. Для индивидуального контроля дозы облучения на рабочем месте применяют портативные карманные дозиметры. Кроме контроля облучения обслуживающий персонал лаборатории периодически проходит медицинское обследование. Лица с измененным составом крови или с иными отклонениями от нормы отстраняются от работы в лаборатории. Площадь рентгеновской лаборатории должна быть более 20 м2 при высоте помещения не менее 3 м. Лаборатория по просвечиванию гамма-лучами должна иметь площадь более 24 м2 при минимально допустимой высоте 3,5 м. Стены, потолок и пол лаборатории должны быть покрыты слоем веществ!, поглощающего излучение. Толщина этого слоя выбирается в зависимости от вещества: для свинца более 5 мм, для баритобетона - 345 мм, для кирпича - 435 мм. Помещение должно быть сухим и светлым. Приточно-вытяжная вентиляция должна обеспечивать десятикратный обмен воздуха. Лаборатория должна быть оборудована плакатами и иллюстрациями по технике безопасности при работе на каждом рабочем месте. Противопожарные мероприятия При выполнении сварочных работ необходимо строго соблюдать правила пожарной безопасности. За обеспечение мероприятий, предотвращающих возможность возникновения пожаров, ответствен начальник соответствующего цеха, участка. Ответственные за состояние противопожарных средств и за выполнение противопожарного режима по каждому участку назначаются приказом руководителя предприятия. Рабочее место сварщика должно быть оборудовано огнетушителем, бочками или ведрами с водой, ящиком с песком и лопатой и другим противопожарным инвентарем. К выполнению сварочных работ допускаются рабочие, прошедшие инструктаж по пожарной безопасности и умеющие пользоваться средствами пожаротушения. Опасность пожара особенно следует учитывать на строительно-монтажной площадке. Если сварочные работы проводятся на высоте, то необходимо находящиеся внизу аппаратуру и воспламеняющиеся материалы защитить от искр и капель расплавленного металла и шлака. Необходима особая осторожность при выполнении сварочных работ около деревянных лесов, отходов стружки, опилок и других горючих материалов. Места проведения сварочных работ должны быть тщательно очищены от легковоспламеняющихся и взрывоопасных материалов на расстоянии 30 м. Если сварочные работы намечается выполнять на огнеопасных участках, следует обязательно предусмотреть специальные пожарные посты. Деревянные полы, настилы, подмости при необходимости защищают от искр и капель расплавленного металла и шлака листами асбеста или железа. Категорически запрещается перемещаться с зажженной горелкой вне пределов рабочего места и особенно по трапам, лесам. После окончания работ сварщик обязан тщательно осмотреть рабочее место и устранить причины, могущие привести к возникновению пожара (нагретые предметы, шлак, тлеющие материалы, мусор и др.). Наличие и исправность противопожарного оборудования подлежат постоянному контролю. Основные требования пожарной безопасности изложены в «Правилах пожарной безопасности при проведении сварочных и других огневых работ на объектах народного хозяйства», утвержденных ГУПО СССР 29 декабря 1972 г. § 64. Особенности безопасности работ по сварке и резке на строительно-монтажной площадке Выполнение сварочных работ на строительно-монтажной площадке требует особо четкого выполнения всех правил безопасности производства работ. Сварочные работы на высоте с лесов, подмостей и люлек разрешается производить только после проверки этих устройств руководителем работ. Леса и подмости должны быть сплошными, шириной не менее 1 м с прочными ограждениями. Допускаются кратковременные работы с приставных лестниц при условии, если их верхние концы надежно прикреплены к прочным неподвижным конструкциям и исключена возможность смещения опор или случайного сдвига лестницы. При производстве работ одновременно в нескольких ярусах необходимо предусмотреть сплошные настилы или навесы для защиты работающих внизу от искр и капель расплавленного металла и шлака. При этом сварщик должен иметь сумку для электродов, куда обязан укладывать огарки. Сварщики должны работать в фибролитовых касках и пользоваться брезентовыми наплечниками для защиты шеи и плеч. При работе на высоте они обязаны пользоваться исправными предохранительными поясами, прикрепляться ими к прочным и неподвижным конструкциям. Особого внимания требует безопасное и надежное закрепление прокладываемых сварочных проводов и шлангов, подающих газ к рабочим местам, защита их от повреждений и случайных смещений. Соприкосновение проводов с водой, маслом, стальными канатами и горячими трубопроводами недопустимо. В качестве дополнительных мер защиты применяется обмотка проводов брезентовой лентой. В зимнее время при температуре ниже - 30° С работы по сварке и резке не разрешаются. При температуре ниже - 20° С до - 25° С обеспечиваются условия для обогрева рабочих в непосредственной близости от места работы в течение 10 мин через каждый час работы. При гололедице или ветре более 6 баллов выполнять сварку и резку на высоте не разрешается. В монтажных условиях для защиты от контакта с влажной холодной землей и снегом, а также с холодным металлом конструкции сварщики должны обеспечиваться резиновыми ковриками, подстилками, матами, наколенниками и подлокотниками. При наружных работах используются ватные костюмы и валенки. При производстве сварочных работ на открытом воздухе необходимо предусмотреть устройства (навесы, тенты, козырьки и др.), защищающие рабочее место от природных осадков. К выполнению работ по сварке и резке на высоте допускаются только рабочие, прошедшие дополнительный медицинский осмотр и. специальное обучение методам верхолазных работ.


 

При ручной электродуговой сварке электродами с покрытием выделяется большое количество пыли, вследствие чего в зоне дыхания сварщика концентрация ее всегда больше предельно допустимой величины. Основу пыли составляют окислы железа, а примесями являются соединения Mn, Сг, Ni, V, Mo и других элементов. При сварке образуются газы - окислы азота, окись углерода, иногда фтор. Содержание окислов марганца и фтористых соединений по сравнению с окислами железа невелико, однако вследствие своей токсичности они имеют решающее значение при выборе типа электродов и их покрытий. Образующаяся при сварке пыль очень мелкая. Количество частиц размером меньше 1 мкм составляет 98...99 %, что способствует проникновению ее в легочную ткань; 60...70 % электросварочной пыли задерживается дыхательным аппаратом. Температура сварочной дуги достаточно велика - порядка 6000 °С, поэтому она является источником лучистой энергии широкого диапазона от инфракрасной до ультрафиолетовой радиации. Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом значительно улучшает условия труда сварщика, так как дуга горит под слоем флюса и устраняется вредное влияние ее на органы зрения. Кроме того, ликвидируется опасность ожогов брызгами металла, а при автоматической сварке значительно облегчается трудовой процесс. Однако воздушная среда в производственных помещениях загрязняется газами и частицами пыли от флюса. Особенно опасны в этом случае пары фтористых соединений, имеющихся в некоторых флюсах. При ручной сварке неплавящимся электродом в среде защитных газов выделяется малое количество пыли, образуется незначительное количество шлака. При сварке в среде СО2 выделяется пыль и газы - озон, окислы азота, окись углерода СО. Защитные газы вытесняют из воздуха кислород, если содержание кислорода в воздухе станет менее 15 % (например, при работе в замкнутых, плохо вентилируемых помещениях), может произойти отравление. Наибольшую опасность для здоровья сварщика представляют отравления марганцем и окисью углерода. Электросварка специальных сталей хромоникелевыми электродами вносит дополнительные вредности, связанные с выделением окислов хрома и никеля, а при сварке оцинкованных сталей выделяются окислы цинка. Аргонодуговая сварка плавящимся и неплавящимся электродами также сопровождается значительным выделением пыли и газов (озон, окислы азота, окислы элементов свариваемых материалов). Из образующихся газов наибольшую опасность представляет озон О3, который в весьма небольших концентрациях может вызвать отравление. Он образуется при сварке в любых защитных газах под действием электрических разрядов, ультрафиолетового излучения и высокой температуры дуги. При сварке неплавящимся электродом в среде аргона выделение электросварочного аэрозоля и окислов марганца невелико. Из применяемых при изготовлении и монтаже конструкций газов гелий как наиболее легкий скапливается в верхней части замкнутых, помещений, аргон и двуокись углерода как наиболее тяжелые - в нижней, азот равномерно распределяется по высоте помещений. Газовая сварка металлов связана с загазованностью помещений окисью углерода, окислами азота, ацетиленом и другими горючими газами. Все горючие газы образуют в смеси с кислородом или воздухом смеси, которые взрываются даже при наличии искры. Например, для ацетилена наиболее взрывоопасны его смесь с воздухом при содержании в ней ацетилена 21...82 % и смесь с кислородом при содержании ацетилена более 2,3 %. При взаимодействии сжатого кислорода с жировыми веществами или твердыми горючими, находящимися в мелкодисперсном состоянии, происходит их мгновенное окисление, а выделяющаяся при этом теплота способствует их самовозгоранию. Это может вызвать ожоги людей и привести к пожару и даже взрыву. Профессионально вредным при дуговой сварке является излучение (видимые, ультрафиолетовые, инфракрасные лучи); наиболее опасным является ультрафиолетовое излучение, вызывающее острое заболевание глаз – электроофтальмию. Не менее вредными в сварочном производстве являются шум, вибрация и ультразвук, нередко значительно превышающие нормы. Работать сварщику обычно приходится в неудобной позе и при большом напряжении тела, кроме того, специальная одежда в значительной степени сковывает движения работающего. В закрытых пространствах условия труда особенно тяжелы. К основным профессиональным заболеваниям и отравлениям сварщиков относятся: пневмокониоз, интоксикация марганцем и острые отравления сварочными газами. Для профилактики этих заболевании необходимо проводить комплекс оздоровительных мероприятий: применять наиболее гигиенические способы сварки и менее токсичные сварочные материалы, использовать местную вентиляцию, минимальный объем сварки осуществлять в закрытых пространствах, соблюдать гигиеничный режим труда и использовать индивидуальные средства защиты. Нарушения правил техники безопасности при сварке могут вызвать поражения электрическим током, ультрафиолетовым и тепловым излучением дуги; травмы от взрыва баллонов, рампы, редукторов; поражение глаз при очистке швов и сопла горелки от шлака и брызг металла, отравление выделяющимися токсичными пылью и газами, а также защитными и горючими газами, ожоги расплавленным металлом, брызгами, шлаком, сваренными или нагретыми перед сваркой деталями, ожоги от воспламенения растворителей; охлаждение тела сварщика во время работы при монтаже в зимнее время. Безопасных способов сварки не существует. Например, при электронно-лучевой сварке опасно рентгеновское излучение, при ультразвуковой - облучение ультразвуком, при контактной сварке - возможность механической травмы при сжатии электродов и, так же как и при магнитно-импульсной сварке, сильные магнитные поля. При сварке взрывом основная опасность связана с применением взрывчатых веществ.

Контрольные вопросы

1. Что называют сваркой?

2. Зачем при сварке нужна энергия активации?

3. Как по видам энергии активации и по состоянию вещества в зоне соединения можно разделить способы сварки?

4. Какие известны способы сварки давлением и плавлением?

5. Чем отличаются друг от друга способы сварки плавлением?

6. Что называют сварным соединением и какие типы соединений применяют при сварке?

7. Что такое коэффициент формы шва?

8. Как подразделяют сварные швы в зависимости от типа соединения деталей, наружной поверхности шва, по назначению и по положению в пространстве?

9. Как обозначают сварные швы на чертежах?

10. Каковы особенности протекания металлургических процессов в сварочной ванне?

11. Как кислород взаимодействует с металлом при сварке и как это влияет на прочность шва?

12. Как азот влияет на свойства шва и почему?

13. Что называют диффузионным раскислением и раскислением осаждением?

14. Чем вреден водород в металле шва?

15. Как можно предупредить попадание газов в сварной шов?

16. Что такое рафинирование металла шва?

17. Как можно легировать металл шва в процессе сварки?

18. Что означают термины: кристаллизация первичная и вторичная, кристаллит, столбчатый кристаллит, дендрит?

19. Что такое сварочная ванна?

20. Какие различают стадии процесса кристаллизации металла?

21. Зачем нужны в жидком металле центры кристаллизации?

22. Как особенности роста кристаллитов влияют на свойства шва?

23. Какую структуру металла шва желательно получать при сварке плавлением и как это можно сделать?

24. Что такое околошовная зона и зона термического влияния?

25. Как структура зоны термического влияния может влиять на свойства сварного соединения?

26. Что такое технологическая прочность?

27. Какие трещины называют горячими и холодными и как их отличить друг от друга?

28. Как можно, зная марку свариваемого металла, приближенно определить его склонность к горячим или холодным трещинам?

29. Как можно уберечься от горячих и от холодных трещин?

30. Что называют свариваемостью металла?

31. Какие применяют виды испытаний металла на свариваемость?

32. Что такое сварочные напряжения и деформации?

33. Чем вызываются напряжения и деформации при сварке?

34. Какие виды собственных напряжений различают в сварных соединениях?

35. Какие характерные деформации возникают в различных сварных конструкциях?

36. Как можно ограничить возникновение деформаций при сварке или устранить образовавшиеся деформации?

37. Какие два основных метода применяют при расчете прочности сварных конструкций?

38. Какие напряжения называют рабочими и связующими, как их учитывают при расчете сварных конструкций?

39. Какие существуют опасные и вредные факторы при дуговой и газопламенной сварке?

40. Какие опасности могут возникнуть от применения кислорода, защитных и горючих газов?

41. Чем могут быть опасны способы сварки давлением и лучевые способы сварки?


 

ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА И БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА ПРИ ГАЗОПЛАМЕННОЙ СВАРКЕ

Рабочее место газосварщика может быть передвижным и стационарным. Передвижное рабочее место организуют для монтажных или ремонтных разовых работ. Его оборудуют баллонами с кислородом и горючим газом, установленными на специальной тележке, или кислородным баллоном и ацетиленовым генератором. На этой же тележке сварщик укладывает шланги при перемещениях. Помещение, где организуется передвижное рабочее место, должно иметь объем не менее 300 м3. Баллоны располагают от места сварки не ближе 5 м, а ацетиленовый генератор - не ближе 10 м. Нельзя размещать передвижные рабочие места в горячих цехах, в цехах химических предприятий, в помещениях с легко воспламеняющимися материалами. Стационарные рабочие места обычно снабжаются газами централизованно, по трубопроводам. На рабочем месте у постового отвода от трубопровода устанавливают предохранительные затворы и манометры. Если газы подаются в баллонах, на рабочем месте делают стойки, в которых баллоны крепят к стене хомутами. Рабочее место оборудуется металлическим столом сварщика, стулом с регулируемым по высоте сиденьем, ящиком для инструмента, бачком с водой для охлаждения горелки, а также сборочно-сварочными и подъемными приспособлениями в зависимости от вида и особенностей свариваемых деталей. Рабочее место должно быть оснащено инструментом: сварочной горелкой с набором наконечников и мундштуков, гаечными ключами, молотком, зубилом, плоскогубцами, набором игл для очистки мундштуков и мерительным инструментом. Рабочее место должно быть оснащено вентиляцией, в том числе и местной, особенно если ведется сварка чугуна, свинца, латуни или выполняются другие работы, при которых выделяется много пыли и вредных паров и газов. На рабочем месте должны быть требуемые по технологии присадочные материалы и флюсы, для их хранения должны быть отведены места. Для предохранения сварщика от ожогов необходима брезентовая спецодежда, для защиты глаз - очки со светофильтрами Г-1, Г-2 или Г-3 в зависимости от мощности пламени, а вспомогательные рабочие, работающие со сварщиком, должны пользоваться очками со стеклами В-1, В-2 и В-3. Рабочее место сварщика должно оснащаться противопожарным оборудованием: пенным огнетушителем, ящиком с сухим песком и пожарным инструментом. Требования техники безопасности запрещают работать без водяного затвора или с неисправным затвором. Ацетиленовый генератор необходимо промывать от известкового ила не реже двух раз в месяц. Баллоны с газами нельзя переносить на руках, надо пользоваться тележками или носилками. Нельзя устанавливать баллоны на солнце или у отопительных приборов: при расширении газа от нагрева повышается давление, баллон может взорваться. Взрыв баллона может произойти в момент открывания вентиля, если на штуцер баллона или клапан редуктора попадет масло. Взорваться может и ацетиленовый генератор от обратного удара, если водяной затвор не заправлен водой или сломан. От неосторожного обращения с пламенем горелки могут загореться одежда, волосы сварщика или другого рабочего, может произойти пожар. В качестве заменителя ацетилена запрещается применять этилированный бензин, можно применять лишь бензин А-66. К работам с применением бензина и керосина допускаются только специально обученные сварщики. Применять жидкие горючие на стапельных работах и внутри металлических изделий запрещено.

Контрольные вопросы

1. Что называют газопламенной обработкой?

2. Почему для газопламенной сварки трудно применять газо-воздушное пламя?

3. Какой термин правильнее: газовая сварка, автогенная сварка или газопламенная сварка?

4. Почему при газопламенной сварке свариваемые кромки нагреваются медленнее, чем при дуговой?

5. Какие недостатки газопламенной сварки возникают из-за медленного нагрева свариваемых кромок?

6. Какие типы соединений деталей преимущественно применяют при газопламенной сварке?

7. Какими преимуществами обладает газопламенная сварка перед способами сварки с электрическим нагревом?

8. Каковы основные области применения газопламенной сварки?

9. Какие горючие газы применяют при газопламенной сварке?

10. В каком виде хранят ацетилен в баллонах?

11. По какому свойству горючего газа определяют область его применения при газопламенной обработке?

12. Что такое коэффициент замены ацетилена?13. Как получают ацетилен?

14. Что означает обозначение проволоки Св ЮГА, Св 12X11НМФ?

15. Для чего при газопламенной сварке применяют флюсы?

16. Какие требования предъявляют к флюсам для газопламенной сварки?

17. Что такое ацетиленовый генератор?

18. Какие бывают типы ацетиленовых генераторов?

19. Для чего нужны предохранительные затворы?

20. Как определить, какой газ находится в данном баллоне?

21. Для чего нужен газовый редуктор?

22. Чем отличаются редукторы прямого и обратного действия?

23. Какие выпускаются типы шлангов для подвода газов и как их отличить друг от друга?

24. Какие типы горелок применяют при газопламенной обработке?

25. Какие требования предъявляются к сварочным горелкам?

26. Какие зоны можно выделить в сварочном пламени?

27. Что такое левый и правый способы газопламенной сварки?

28. Из каких параметров состоит режим газопламенной сварки?

29. Как сваривают вертикальные швы?

30. Как сваривают горизонтальные швы?

31. Как лучше сваривать потолочные швы?

32. Что такое ступенчатая и обратноступенчатая сварка?

33. По каким траекториям и зачем при газопламенной сварке колеблют мундштук горелки и присадочную проволоку?

34. Каковы особенности сварки низкоуглеродистых сталей?

35. Каковы особенности сварки высоколегированных сталей?

36. В чем заключаются особенности сварки чугуна?

37. Какие трудности возникают при газопламенной сварке меди?

38. Каковы трудности газопламенной сварки латуни и бронзы?

39. Как газовым пламенем сваривают никель?

40. Как газовым пламенем сваривают свинец?

41. Каковы требования к передвижному рабочему месту сварщика?

42. Как нужно оснащать стационарное рабочее место сварщика?

43. Какие и почему могут произойти несчастные случаи при газопламенной сварке?


 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ СВАРОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Для обеспечения безаварийной, производительной и безопасной работы сварочного оборудования необходимо соблюдать правила его ввода в эксплуатацию и техническое обслуживание при его работе. Мероприятия, проводимые как с вновь поступившим, так и находящимся в эксплуатации оборудованием, должны быть зафиксированы в паспорте — аттестате на данный тип оборудования. Новое сварочное оборудование вводят в эксплуатацию в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя, которые прилагаются к техническому паспорту. Проверку, монтаж и ввод в эксплуатацию нового оборудования проводят в специальных подразделениях, а не на рабочих местах. Допускается монтаж и ввод в эксплуатацию сварочного оборудования на рабочих местах, если оно является частью автоматической линии или имеет большие габ31. Какие применяют виды испытаний металла на свариваемость?аритные размеры и массу. При этом предварительно проводят подготовку к монтажу каждого узла оборудования. Перед вводом![CDATA[ google_ad_client = p1. Что называют газопламенной обработкой? в эксплуатацию нового оборудования необходимо:

1. Снять консервирующую смазку со всех узлов комплекта поступившего оборудования, провести осмотр каждого узла и проверить: все крепежные соединения и при необходимости их подтянуть; сопротивление изоляции обмоток трансформатора источника питания и электроприводов, входящих в состав ходовых тележек, подающих механизмов и т. д.; систему подачи флюса, защитного газа и охлаждающей воды.

2. После окончания осмотра и проведения необходимых испытаний провес33. По каким траекториям и зачем при газопламенной сварке колеблют мундштук горелки и присадочную проволоку?ти сборкpу или монтаж оборудования и проверить его работу в режимах холостого хода и при работе под нагрузкой, а также при необходимости — в режиме короткого замыкания; полученные данные сопоставить с указанными в техническом паспорте, оформить документацию на проведенные испытания и сдать по акту это оборудование в подразделение, где оно будет эксплуатироваться. Техническое обслуживание действующего сварочного оборудования направлено на предупреждение его несвоевременного выхода из строя. В техническое обслуживание входят профилактические осмотры и плановый ремонт оборудования. Профилактические осмотры проводят в соответствии с инструкцией по эксплуатации оборудования для электрической сварки плавлением, утвержденной главным сварщиком, а при отсутствии его — главным инженером предприятия. При проведении профилактических осмотров необходимо обращать внимание на состояние источников питания, сварочных автоматов или полуавтоматов, а также на состояние заземления оборудования, надежности изоляции сварочного кабеля и присоединительных проводов. При обнаружении различного рода загрязнений, нарушения изоляции сварочного кабеля или сопротивления контура заземления необходимо зафиксировать обнаруженные дефекты в специальном журнале для профилактических осмотров и сообщить административному лицу данного подразделения. Плановый ремонт оборудования для электрической сварки плавлением заключается в осмотре и замене определенных узлов этого оборудования согласно инструкции по техническому обслуживанию, прилагаемой к паспорту предприятием-изготовителем. Ремонт сварочного оборудования проводят специальные ремонтные подразделения, входящие в подчинение главного энергетика, главного механика или в отдельных случаях главного сварщика. Испытания сварочного оборудования после ремонта должны проводиться наладчиками. Допуск операторов-сварщиков к наладке и ремонту этого оборудования" категорически запрещается. Периодичность планового ремонта должна соответствовать рекомендациям завода-изготовителя оборудования для электрической сварки плавлением и выполняться строго по утвержденному плану.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СВАРОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Электрическая сварка плавлением как вид работы, связанной с эксплуатацией электрооборудования, а также возможным воздействием на оператора-сварщика сварочной дуги, вредных газов, брызг расплавленного металла и т. д., требует четкой организации производственного процесса и строгого соблюдения мер безопасности. В государственном масштабе правила эксплуатации и меры безопасности при производстве работ регламентируются системой стандартов безопасности труда (ССБТ), на основе которой на каждом предприятии и в каждой отрасли разрабатывают стандарты предприятий и отраслевые стандарты, положения и инструкции по обслуживанию оборудования, в частности сварочного оборудования. Поступаемое в эксплуатацию оборудование должно соответствовать техническим условиям, разработанным на предприятии-изготовителе. Обязательным в технических условиях является раздел «Правила безопасности при эксплуатации оборудования», в котором отражены необходимые меры, обеспечивающие безопасное производство работ.

Создание нормальных условий труда операторов-сварщиков непосредственно на рабочих местах возлагается на мастеров или начальников участков. Рабочие места операторов-сварщиков должны иметь соответствующие ограждения, защитные и предохранительные приспособления, а также общую и местную вентиляцию. Кроме общих положений по технике безопасности и промышленной санитарии должны быть также учтены и особенности выполнения различных работ, связанных с эксплуатацией оборудования для электрической сварки плавлением: поражение электрическим током; отравление вредными газами или испарениями вредных веществ; получение различного рода ожогов или ослепления как от сварочной дуги, так и от расплавленного металла; получение различного рода травм при транспортировке баллонов с сжатым или сжиженным газом или сборке громоздких деталей при подготовке их к сварке. Во избежание поражения электрическим током оборудование для электрической сварки плавлением должно отвечать соответствующим требованиям, зафиксированным в «Правилах по эксплуатации электроустановок», и в частности: корпуса источников питания и сварочных автоматов или полуавтоматов должны быть надежно заземлены; электрические кабели, соединяющие источники питания, сварочные автоматы или полуавтоматы и распределительные щиты должны иметь надежную изоляцию и быть защищены от механических повреждений; при обнаружении повреждения электрических цепей в источнике питания, сварочном автомате, полуавтомате или распределительной сети выключить оборудование и немедленно сообщить административному лицу данного подразделения. Перед выполнением сварочных работ внутри замкнутых Сосудов принять необходимые меры безопасности: установить деревянные щиты или резиновые коврики; получить защитные резиновые перчатки и галоши; работу выполнять с напарником, который должен находиться вне сосуда и наблюдать за производством работ. Источники питания сварочной дуги должны быть оборудованы устройством автоматического снижения напряжения холостого хода. При поражении электрическим током необходимо немедленно выключить источник питания; освободить пострадавшего от обесточенной электрической цепи и обеспечить доступ к нему свежего воздуха; вызвать врача и приступить к искусственному дыханию. Во избежание отравления вредными газами или испарениями вредных веществ (флюсов, обмазок и т. д.) рабочие места сварщиков должны иметь необходимую и достаточную местную и общую приточно-вытяжную вентиляцию, а в особо опасных местах (замкнутые сосуды, помещение или отсеке малого объема) оператору-сварщику должны выдаваться индивидуальные защитные средства (маски, респираторы и т. д.) или должен быть регламентирован режим его работы (работа не более 30 мин с последующим отдыхом на свежем воздухе). При работе на установках для электронно-лучевой сварки необходимо соблюдать требования, зафиксированные в «Правилах по эксплуатации высоковольтных электроустановок». Во избежание получения различного рода производственных травм рабочее место оператора-сварщика должно быть укомплектовано необходимыми подъемно-транспортными механизмами (тельфером, тележкой и т. д.), а также должно быть обеспечено надежное крепление баллонов с сжатым и сжиженным газом. Во избежание получения различного рода ожогов оператор-сварщик должен иметь сухую спецодежду (куртка, брюки, рукавицы, в отдельных случаях капюшон) из брезента или специальной теплостойкой ткани. Обувь оператора-сварщика должна закрываться брюками. Поверх брюк надевается куртка. При работе на открытой площадке для оператора сварщика требуется дополнительная спецодежда, предотвращающая охлаждение его тела, а также теплостойкие эластичные подлокотники, подколенники или подстилки.

ОХРАНА ТРУДА ПРИ КОНТАКТНОЙ СВАРКЕ

При контактной сварке любых конструкционных материалов в случаях завышения силы сварочного тока, загрязнения электродов, перекосов деталей, зазора между ними образуются выплески частиц жидкого металла, с большой скоростью вылетающие из зоны соединения. При стыковой сварке оплавлением выплески - это нормальное явление. Это создает опасность для работающих и требует применения щитков или очков с прозрачными стеклами. Другая

опасность при всех способах контактной сварки - наличие движущихся частей сварочных машин, создающих возможность травм сварщиков. При обслуживании контактных машин и при работе на них нужно соблюдать общие правила электробезопасности, учитывая при этом оголенность токоведущих частей вторичного контура.

Стыковая сварка

Подробности

ТЕХНИКА ВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА СТЫКОВОЙ СВАРКИ

  Стыковая сварка
   

Методы стыковой сварки, рассматриваемые в этом разделе, выбираются в зависимости от сечения, материала, формы заготовок и мощности машины. Сварка сопротивлением рекомендуется для соединения заготовок из низкоуглеродистой стали круглого или квадратного сечений с площадью не более 100 мм2. Сопротивлением свариваются также заготовки из цветных металлов и сплавов: меди, латуни, бронзы и алюминия. При этом площадь свариваемых заготовок ограничивается мощностью машины. Технология контактной сварки При сварке сопротивлением торцы заготовок должны быть ровными и при установке в машину хорошо прилегать друг к другу. Сварку сопротивлением стальных заготовок можно производить на машинах с любым приводом, кроме жесткого электромоторного привода. Сварку цветных металлов и сплавов можно выполнять лишь на машинах с пружинным, грузовым, гидравлическим приводами, обеспечивающими постоянное давление на свариваемые заготовки и автоматическое осаживание их »в момент достижения требуемой пластичности. Процесс сварки сопротивлением выполняется в следующей последовательности: а) б) заготовки закрепляются в зажимах машины с точным соблюдением установочной длины к заготовкам прикладывается усилие,- равное усилию осадки, или меньшее; Значения установочной длины при стыковой сварке в) г) д) включается электрический ток и концы заготовок нагреваются до температуры сварки (для низкоуглеродистой стали 1200-1250°); производится осадка концов заготовок на величину припуска на сварку сопротивлением и выключение тока в конце осадки; заготовки освобождаются из зажимов и подвергаются дальнейшей обработке. Сварка непрерывным оплавлением рекомендуется для соединения: 1) заготовок из незакаливающихся сталей; 2) 3) заготовок из закаливающихся сталей при сравнительно малых сечениях, а также тонкостенных с развитым сечением; стальных заготовок с медными, латунными, алюминиевыми; за медных заготовок с алюминиевыми. Сварку непрерывным оплавлением возможно выполнять на машинах с ручным рычажным, штурвальным, электромоторным, гидравлическим, пневматическим или комбинированным приводом. Перемещение подвижного зажима в период оплавления должно быть плавным с резким ускорением в период осадки. Процесс сварки непрерывным оплавлением осуществляется в следующей последовательности: а) заготовки закрепляются в зажимах с точным соблюдением установочной длины (табл. 95); за включается электрический ток, и подвижный зажим плавно перемещается по направлению к неподвижному зажиму. Скорость перемещения подвижного зажима выбирается в зависимости от сечения металла и вторичного напряжения в пределах 1-25 мм/сек. Искрообразование должно быть непрерывным; вк г) после оплавления концов заготовок на величину, равную заданному припуску на оплавление, производится осадка со скоростью 25-200 мм/сек. Через 0,5-3,5 мм осадки ток выключается, и окончательная осадка производится без тока; заготовки освобождаются из зажимов и поступают на дальнейшую обработку. Сварка оплавлением с предварительным подогревом сопротивлением рекомендуется для соединения заготовок из легированных и углеродистых сталей с площадью сечения более 100 мм2. Для низкоуглеродистых сталей этот способ применяют, когда стыковая машина не имеет достаточной мощности для сварки непрерывным оплавлением. Сварку сильно развитых сечений этим способом производить не следует. Предварительный подогрев сопротивлением позволяет уменьшить припуск на сварку и может быть применен в случае, если включающее устройство машины позволяет производить большое количество включений и выключений тока под нагрузкой. Сварку оплавлением с предварительным подогревом сопротивлением можно выполнять на машинах с ручным рычажным, штурвальным или комбинированным приводом. Привод должен при этом позволять при пониженном давлении осуществлять предварительный подогрев концов заготовок сопротивлением. Процесс сварки оплавлением с предварительным подогревом сопротивлением осуществляется в следующей последовательности: а) заготовки закрепляются в зажимах с точным соблюдением установочной длины и сжимаются небольшим усилием для обеспечения хорошего контакта; за пу « пу под током заготовки подвижным зажимом разводятся на 0,5-1 мм а затем плавно сводятся, как в случае сварки непрерывным оплавлением. по после осадки, начало которой должно протекать (как и в случае сварки непрерывным оплавлением) под током, заготовки немедленно освобождаются из зажимов машины и проходят дальнейшую обработку в зависимости от требований технологического процесса. При этом, ввиду возможности появления трещин и закаленных зон, заготовки из легированных сталей часто отжигаются сразу после сварки. Сварка оплавлением с предварительным подогревом прерывистым оплавлением рекомендуется во всех случаях, когда возможно применение сварки оплавлением с предварительным подогревом сопротивлением. Этот метод сварки требует дополнительного расхода материала заготовок при подогреве и применяется в случае, когда включающее устройство машины не позволяет производить большое количество включений и выключений тока под нагрузкой. Этим методом можно производить сварку на машинах, привод которых позволяет производить замыкание и размыкание заготовок под током. Процесс сварки оплавлением с предварительным подогревом прерывистым оплавлением протекает в следующей последовательности: а) б) заготовки закрепляются в зажимах с точным соблюдением установочной длины (табл. 95). включается ток и подающим устройством концы заготовок периодически смыкаются и размыкаются до тех пор, пока они не Соединения при стыковой сварке будут нагреты до 850-900°. Период выдержки при замыкании должен быть 0,5-3 сек., а при размыкании 2-6 сек. Количество замыканий зависит от площади сечения заготовок и равняется 5-30; в) после последнего размыкания начинается процесс оплавления, а затем следует осадка. Дальнейшие операции должны протекать в той же последовательности, что и при сварке оплавлением с подогревом сопротивлением, 3.

СОЕДИНЕНИЯ ПРИ СТЫКОВОЙ СВАРКЕ

При всех методах стыковой сварки основным условием получения прочного стыка является достаточный и равномерный нагрев участков заготовок в месте их соединения. Помимо этого, необходимо обеспечить нагретым участкам возможность деформироваться в равной степени, что также влияет на прочность стыка. Эти условия обеспечиваются при сварке одинаковых сечений в случае расположения оси стыка перпендикулярно оси свариваемых заготовок (фиг. 165, а). В отдельных случаях стык располагается не перпендикулярно оси свариваемых заготовок (фиг. 165,6), как например, при изготовлении рам, резцов. Надежное выполнение таких соединений представляет некоторые трудности и возможно только методом оплавления. В целом ряде случаев приходится соединять заготовки, различные по форме и сечению. К таким случаям следует отнести приварку труб к фланцам, стержней к дискам, боковую приварку листов, сварку тяг, сварку режущего инструмента, когда сечение державки значительно отличается от сечения режущей части и др. Стабильную прочность при таком соединении заготовок можно получить, лишь обеспечив одинаковую форму и размеры сечения в месте соединения. Отклонения размеров в месте сварки зависят от метода сварки и формы сечения. При сварке сопротивлением отклонения должны быть наименьшими: для круглых стержней отклонения по диаметру 2%, а при сварке квадратных сечений разница в размерах менее 1,5%. При сварке оплавлением эти отклонения могут быть увеличены. В этом случае разница в диаметрах может достигать 15%, а при квадратных и прямоугольных сечениях наибольшая разница в размерах 10%. Разностенность труб при сварке оплавлением не должна превышать 15%. Во всех разобранных случаях оси свариваемых заготовок должны совпадать. В практике широко применяется сварка деталей с замкнутым контуром. При этом в случае больших габаритов заготовок целесообразна сварка с одним стыком, а в случае небольших габаритов с двумя стыками. Схема сварки колец дана. Целесообразность сварки малогабаритных заготовок с двумя стыками объясняется простотой заготовки деталей при почти одинаковом расходе мощности по сравнению со сваркой одностыковых замкнутых заготовок. В последнем случае имеет место шунтирование тока, которое повышается с уменьшением габарита заготовок. На чертежах швы, выполненные стыковой контактной сваркой, должны условно обозначаться в соответствии с ГОСТ 5263-58. Условное обозначение этих швов дано в табл. 96. В соответствии с ранее рассмотренными методами стыковой сварки при сварке оплавлением в чертежах необходимо указы¬вать дополнительно, как ведется процесс нагрева: непрерывным оплавлением, оплавлением с предварительным подогревом сопротивлением или оплавлением с предварительным подогревом прерывистым оплавлением. ТЕХНОЛОГИЯ СТЫКОВОЙ СВАРКИ Нормальный нагрев заготовок, необходимый для получения прочного стыка, в значительной степени зависит от длины конца заготовки, выступающего 13 зажима машины, называемой установочной длиной. При слишком малой установочной длине конец заготовки прогревается недостаточно в результате того, что тепло, сообщаемое ему, отводится в зажим машины.

При слишком большой установочной длине концы заготовок прогреваются на слишком большое расстояние, что приводит к увеличению длины деформирующегося участка и плохому качеству стыка. Кроме того, при слишком большой установочной длине концы, выступающие из зажимов, при осадке могут потерять устойчивость. Установочная длина определяется в зависимости. Распределение припуска при сварке: а - сопротивлением; б - оплавлением. мости от размеров сечения и материала заготовок. Значения установочной длины для круглых и квадратных сечений и различных материалов приведены в табл. 95. Данными табл. 95 следует пользоваться при сварке заготовок, имеющих диаметр или сторону квадрата не менее 8 мм. При сварке стальных заготовок, при значениях d или h от 5 до 8 мм значение а и б следует умножить на 1,2; при значении от 3 до 5 мм на 1,4, а значении до 3 мм на 1,6. При сварке листовой стали значения установочной длины определяются в зависимости от толщины листов и длины стыка. Эти значения приведены в табл. 97. Данные таблицы могут быть использованы как при сварке листов, так и при сварке фигурных сечений и труб. Сварка металла толщиной менее 0,5 мм на стыковой машине трудно осуществима. Большое значение при стыковой сварке имеет припуск на сварку, т. е. та величина, на которую заготовки после сварки будут уменьшены по длине. Величина припуска на сварку зависит в основном от метода сварки и берется наименьшей при сварке сопротивлением и наибольшей при сварке непрерывным оплавлением. При сварке сопротивлением припуск С расходуется на осадку. При сварке непрерывным оплавлением и оплавлением с предварительным подогревом сопротивлением припуск расходуется на оплавление осадку под током С2 и осадку без тока С3. Свариваемые материалы удельное давление в кг/мм. Под током» и «осадку без тока» при всех методах сварки берется одинаковым для одного и того же сечения. При сварке заготовок из листового материала и заготовок с развитым сечением припуск на сварку может быть определен по табл. 99. Приведенные значения припусков минимальные. Данными 98 и 99 можно руководствоваться в случае, когда зазоры между торцами не превышают величин, указанных в табл, 100. Если зазоры будут больше указанных, необходимо увеличивать соответственно общий припуск. При этом общий припуск увеличивается за счет припуска на оплавление. Данными табл. 100 следует руководствоваться при сварке развитых компактных сечений оплавлением. При стыковой сварке меди, латуни и алюминия значения при пуска на сварку можно брать по табл. 101. Указанные в табл. 101 припуски целиком идут на осадку. При этом ввиду высокой теплопроводности цветных металлов большая часть осадки должна осуществляться под током. При сварке меди и латуни со сталью, которая производится методом непрерывного оплавления, припуск на сварку и его распределение выбирается по табл. 102. Сварку меди и латуни со сталью можно производить на стыковых машинах, применяемых для сварки стали. Процесс оплавления протекает устойчиво при этом оплавляется в основном стальная заготовка.

На прочность сварного стыка большое влияние оказывает также давление, приложенное к заготовкам при осадке. Величина давления зависит от материала заготовок и площади сечения в месте сварки. Давление определяется исходя из удельного давления, значение которого приведено в табл. 103. Расчет давления производится по уравнению:

где Рос - давление осадки в кг; Р ос - удельное давление в кг]мм2\ F - площадь сечения заготовок в месте сварки в мм2. На устойчивость процесса, производительность и качество стыковой сварки влияет также напряжение холостого хода на зажимах машины й сила тока во время сварки. Напряжение холостого хода выбирается в зависимости от метода сварки, сечения заготовок и свариваемого материала по табл Минимальные значения напряжения холостого хода при стыковой сварке Сила тока зависит от метода сварки, материала заготовок и определяется исходя из плотности тока и сечения заготовок в месте сварки. Средние значения плотности тока при различных* методах сварки даны в табл. 105. Недостаточный ток может вызвать дефекты в виде непроваров и включений окислов.


 

 

 

  Стыковая сварка
   

Стыковой сваркой соединяют проволоку, стержни, трубы, полосы, рельсы, цепи и другие детали. Разновидности стыковой сварки

 

 

Различают стыковую сварку сопротивлением, непрерывным и прерывистым (импульсным) оплавлением, а также сварку оплавлением в подогревом.

При сварке сопротивлением ток включается после закрепления деталей в электродах и их сжатия. Ток и давление при нагреве могут изменяться по определенной программе или быть постоянными.

Локальность нагрева и деформации в стыке достигаются малым начальным (1—3 кгс/мм2) и большим конечным давлением.

При сварке оплавлением закрепленные в зажимах детали сближаются под напряжением с постоянной или возрастающей. Возникающие электрические контакты-перемычки разрушаются при плавлении взрывообразно с выбросом паров и частиц металла и образованием на торцах небольших кратеров с расплавом. Избыточное давление паров металла и обновление торцов снижают интенсивность окисления расплава. После определенного укорочения (оплавления) деталей и образования на их торцах достаточно равномерного слоя расплава детали сжимаются с большой скоростью и расплав о окислами и перегретый металл около стыковой зоны деформируются, образуя грат.

Возможно оплавление с периодическим возбуждением дуги искровым разрядом или оплавление при повышенных в 3—4 раза напряжениях, форсирующих образование дуг при разрыве контактов. Кратковременно горящая дуга повышает температуру расплава на торцах с выравниванием их поверхности.

Коэффициент использования тепла при оплавлении повышают программированием U2о или U20 одновременно.

При сварке импульсным оплавлением закрепленные в электродах детали сближаются под напряжением б медленно нарастающей скоростью при колебательном движенииамплитудой 0,3—1,0 мм и частотой 3—35 Гц. Периодическое повышение увеличивает длительность существования контактов в твердом состоянии, вызывая их частичное поверхностное плавление, а снижении ускоряет выброс расплава без образования глубоких кратеров и больших потерь тепла с выброшенным металлом.

Длительность импульсов тока в начале достигает 0,5, а пауз — одного периода. По мере прогрева паузы уменьшаются, средняя величина тока растет. Перед осадкой ток протекает без пауз. По сравнению

е оплавлением при низких напряжениях средний ток увеличивается в несколько раз, в 10—15 раз уменьшается необходимая для возбуждения оплавления мощность W, в 4—5 раз уменьшается припуск на оплавление. Импульсное оплавление локализует нагрев и расширяет высокотемпературную зону, предупреждая этим быструю кристаллизацию расплава.

При сварке оплавлением | подогревом в машине детали могут периодически сближаться со скоростью 5—6 мм/с и кратковременно (0,5—4 с) сжиматься под током при небольшом давлении (0,3—0,8 кгс/мм2) или нагреваться импульсами тока при программировании давления. После подогрева до определенной температуры детали оплавляются и осаживаются. Подогрев, расширяя зону нагрева и замедляя кристаллизацию расплава, уменьшает требуемую W, конечную и ШЯ Оплавление после подогрева осуществляется с постоянной или нарастающей по определенной программе скоростью, заметно меньшей в начале, чем скорость сближения при подогреве или равной ей.

Сварку сопротивлением производят с большими (100 — 200 А/мм2) или умеренными (25 — 100 А/мм2) плотностями тока /с. Большие токи при небольшом давлении обеспечивают быстрый нагрев металла и направленную деформацию | в стыке (рис. 52, а). Так сваривают

детали небольшого сечения без защитной среды при || = 150 — 200 А/мм2. При меньших /с соединение имеет более плавное очертание (рис. 52, б). Стали при /с до 100 А/мм2 и медь до 120 А/мм2 сваривают после тщательной подгонки торцов и при специальных схемах деформации или в защитной среде. Детали большого сечения сваривают в защитных средах, вакууме, после специальной подготовки в схемах всестороннего напряженного сжатия или при закладывании пластичных прокладок.

Формирование соединения и его прочность

Окисление при стыковой сварке предупреждается или значительно уменьшается защитными средами, уменьшением длительности и расширением зоны нагрева, а также перегревом расплава при оплавлении на его конечной стадии (см. 1 2).

Схемы стыковой сварки сопротивлением (а, б) и оплавлением (в — начальная, г — промежуточная, д — конечная стадии), а также макроструктура стыка, сваренного оплавлением.

В стыке деталей из низкоуглеродистой стали, сваренном сопротивлением, зерно крупнее, чем в самом металле. Сварка в углеводородной среде сопровождается науглероживанием стыка, а на воздухе — обезуглероживанием и скоплением феррита с мелкими окислами. После сварки оплавлением стык углеродистых сталей имеет плохо травящийся металл (рис. 52, е), который образуется в результате особых условий деформации и охлаждения расплава и металла, находящегося в двухфазном состоянии.

Быстрая осадка, уменьшая окисление и предупреждая кристаллизацию расплава, способствует хорошему взаимодействию частиц соединяемых поверхностей. Расплав на торцах (рис. 52, б), спрессовываясь, заполняет неровности и, утончаясь, частично вытесняется на поверхность (рис. 52, г, д). С увеличением осадки измельчается зерно стыка и перегретой зоны, растет площадь сварки и дробятся окислы, если они возникли и наклёпывается металл. Светлая полоска или скопления карбидов в стыке не ухудшают его прочности, хотя пластичность соединений из-за особых условий его деформации при осадке понижается. Строчечность и другие дефекты стали, мало меняя прочность, заметно понижают пластичность.

Равномерный слой расплава и защитные среды позволяют существенно уменьшить величину осадки. Газовая среда около торцов при интенсивном оплавлении углеродистой стали содержит только 0,3—1% кислорода и 0,5—2% СО и С02. Оплавление в камерах или в электропроводных флюсах уменьшает окисление, однако это усложняет процесс.

При сварке некоторых материалов (например, низкоуглеродистых хромистых сталей с 15—25% Сг) возможны структурные изменения с порчей границ зерен, не устраняемые термообработкой, или насыщение нагретого металла газами. Обычно неблагоприятен как длительный нагрев, снижающий свойства из-за перегрева, так и кратковременный, приводящий к появлению закалочных структур.

Часто у деталей большого компактного сечения перегрев предупреждают охлаждением водой после сварки, а повышение твердости тонких полос замедленным охлаждением.

Выбор разновидности сварки

Наиболее широко применяют сварку оплавлением. Сваркой сопротивлением из-за возможного окисления при нагреве соединяют детали из низкоуглеродистой стали сечением до 200 мм2 и меди до 100 мм2 (стержни, бруски и др.).

Детали большего сечения сваривают после специальной подготовки или при схемах всестороннего сжатия с переменным усилием или с программированием тока.

Непрерывным оплавлением сваривают детали компактного сечения до 1000 мм2, а также листы и трубы до 10 000 мм2. При программировании напряжения и использовании регуляторов возможна сварка деталей компактного сечения до 20 000 мм2. Подогрев, снижая требуемую мощность, позволяет сваривать изделия из закаливающихся сталей площадью до 25 000 мм2. Импульсным оплавлением сваривают детали компактного сечения площадью до 400 000 мм2 и более.?

Подготовка к сварке

Подготовка предусматривает конструктивное оформление деталей, правку, обработку концов и очистку контактных участков. Оплавлением хорошо свариваются специально подготовленные детали (рис. 53, а). Кольцевой выступ при сварке сопротивлением (рис. 53, б) локализует нагрев, изолирует поверхность стыка от доступа кислорода. У труб (рис. 53, в) и прутков конус (рис. 53, е), сфера (рис. 53, г) или конус с притуплением (рис. 53, ж) облегчают сварку сопротивлением

Рис. 53. Подготовка деталей к сварке оплавлением (а) и сопротивлением (б — ж)

и удаление окислов. Равномерный подогрев деталей с перпендикулярными торцами (рис. 53, д) без тщательной их подгонки и импульсного включения тока затруднен.

Трубы и другие сложные детали иногда калибруют. Для сварки оплавлением пригодны детали после резки на механической или термической резке с очисткой от заусенцев и шлака. Различие в диаметрах не должно превышать 15%, а по толщине 10%. Максимальный зазор между торцами свариваемых соприкасающихся деталей не должен превышать 15% от Доли. Если зазор больше, то на такую же величину увеличивают. Уменьшение сечения деталей заточкой облегчает возбуждение оплавления. Подогрев иногда стабилизируют предварительным оплавлением, устраняющим перекосы. При плохой чистке сопротивление /?од и потери W растут, а /с уменьшается, что приводит к пригарам и износу электродов, а также нарушается центрирование деталей.

Зачистка в ряде производств автоматизирована. Окалину удаляют металлической дробью, травлением, нагревом газовым пламенем, резанием. Мелкие детали очищают в галтовочных барабанах.

Детали с горячекатаной окалиной иногда сваривают при больших усилиях зажатия с частичным ее разрушением. Ржавчину удаляют, так как она разлагается в зоне нагрева и повышает окислительную способность среды.

Сварка сопротивлением

Режим сварки сопротивлением определяется установочной длиной, длительностью нагрева, программами усилия, сжатия и плотностью тока. При чрезмерной и малом Р отмечается выплеск, а при малой непровар. Проволоку из углеродистой стали правят 90—120 и сваривают с термообработкой соединений при /т = 0,6 — 0,8/с. С увеличением d проволоки от 1 мм до 5 мм / снижается от 400—450 А/мм2 до 80—100 А/мм2, a tc увеличивается от 0,5 до 2 с. Обычно сваривают при малом начальном и большом конечном Рс. Начальное Рс подбирают, исходя из плавления металла торцов, а конечное с учетом улучшения структуры металла соединения. Возможна также Сварка с постоянным давлением, близким у ста- Ь ли к 2—4 кгс/мм2, меди к 1,5—2 кгс/мм2, алюминия к 1—1,5 кгс/мм3.

Усилие зажатия Рга>,< в 2—3 раза больше Рс.

Потери металла на подогрев при большой / для низкоуглеродистой

стали составляют (0,5—l,0)d, алюминия и латуни (1—2)d и меди (1,5—2,5)d. Припуск на осадку в 1,5—1,7 раза меньше этих потерь. Длительность осадки под током 1ООЛ при повышенном давлении близка к 0,05<1 У высокопрочных проволок конечное давление достигает 10—15 кгс/мм2. Мощность W при ПВ-50% ориентировочно выбирают равной d проволоки или исходя из 0,3—0,5 кВ-А/мм2.

Равномерность нагрева достигается специальной подготовкой торцов (см. рис. 53 е—о/с). Скос на 10—30е у жаропрочных проволок обеспечивает при начальном давлении 1—3 кгс/мм2 равномерный нагрев, а после деформации на 20—25% при давлении до 30—40 кгс/мм. доброкачественные соединения. Также целесообразны скосы на трубах. Проволоку часто сваривают при плоских торцах, полученных резкой на дисковых ножах с отверстиями, перпендикулярными плоскости реза и близкими к d проволоки. Плоскости ножей должны плотно прилегать друг к другу, а подвижный нож должен быть в 2—3 раза толще неподвижного. Повышенная / локализует нагрев торцов. Полезна предварительная опрессовка торцов, включение тока, снижение давления при нагреве до 0,5—0,8 ТПП и повторное повышение давления.

Разнородные металлы иногда сваривают через биметаллические или спеченные пластины, а тугоплавкие металлы через пасту из гидридов металла или порошок металла.

Более теплопроводный из разнородных материалов сваривается при большей установочной длине, которая оценивается по равномерности нагрева. У цветных металлов + /2 увеличивают, раздвигая токоведущие электроды, и обеспечивают промежуточными изолированными вставками, которые уменьшают зону деформируемого металла около стыка.

При такой схеме медные витки сваривают со срезанием грата ножами при начальном давлении 0,3—0,8 кгс/мм2 и конечном — 35—45 кгс/мм2. Плотность тока составляет 110—180 А/мм2, а укорочение (2,0—3)6, из которого на подогрев расходуется (0,5—0,6)6, а на нагрев под током — (1,4—2,4)6. Витки сечением 1,8 X 1,2 и 4,5 X 12,5 мм2 при подогреве укорачиваются на 2 и 4,2 мм, а при осадке — на 3,2 мм и 6,4 мм соответственно. По такой же схеме соединяют провод из. чистой меди диаметром 7—16 мм при / = 380 А/мм2 и средней температуре нагрева 0,7—0,75 Начальное давление составляет 0,1—0,3 кгс/мм2, а конечное — 35—40 кгс/мм2. Концентрированный нагрев контактной зоны и большие скорости осадки vQC = 150 — 250 мм/с исключают разупрочнение металла и обеспечивают высокие пластические и электрические свойства соединений.

Детали сечением более 300 мм2 сваривают в защитных газах. Трубы диаметром 32 X 4 мм из стали 20 и ряда хромистых сталей сваривают в смесях азота с водородом, очищенных от кислорода и влаги при скосе кромок 6°, усилии подогрева 650 кто и осадке 4000 кгс длительности 4 с и токе 11—12 кА. Средняя удельная мощность близка к 0,1 кВт/мм2. Трубы на участках нагрева тщательно зачищают от окислов, ржавчины и грязи; газ подают в камеры через фильтры, исключающие интенсивное омывание нагретого металла.

Иногда стыки изолируют материалами, плавящимися при более низкой температуре. Без расплавления стыки соединяют тогда, когда сварка в жидком состоянии невозможна.

Способы дуговой сварки

Подробности

Электрическая дуговая сварка является одним из способов получения неразъемного соединения двух или нескольких металлических частей путем местного их нагрева теплом дуговых разрядов до температуры плавления. В зависимости от материала электрода все многочисленные способы электрической дуговой сварки можно разделить на две группы: группу способов сварки плавящимся металлическим электродом и группу способов сварки неплавящимся (угольным, вольфрамовым) электродом. Наиболее распространенным является способ сварки металлическим электродом. Он применяется для сварки всех марок сталей и чугунов, а также цветных металлов и сплавов. Сварка этим способом возможна при любом пространственном положении шва на постоянном и переменном токе. Металлический электрод служит во время сварки не только для поддержания горения дуги, но и для образования шва. Дуговая сварка металлическим электродом может выполняться вручную, автоматически и полуавтоматически. Широкое применение имеет автоматическая и полуавтоматическая сварка под слоем флюса. При этих способах зона горения дуги засыпается флюсом, предохраняющим металл от окисления, азотирования, разбрызгивания. В качестве металлического электрода используется сварочная проволока, автоматически подающаяся в зону сварки из мотка. При сварке угольным электродом сварной шов образуется из расплавленного металла свариваемых элементов и подаваемого в дугу присадочного прутка. Угольный электрод служит только для поддержания горения дуги. Этот способ применяется в некоторых случаях для сварки тонкостенных изделий с отбортованными соединениями, а также для горячей сварки чугуна, цветных металлов и наплавки твердых сплавов. В последние годы широкое распространение получают способы дуговой сварки в среде защитных газов. К этим способам относится аргонодуговая сварка, сварка в среде углекислого газа и атомно-водородная сварка. При аргонодуговой сварке металл защищается от воздействия кислорода и азота воздуха с помощью инертного газа аргона, подающегося в зону горения дуги через специальное сопло. Сварка может выполняться плавящимся электродом (с использованием сварочной проволоки) и неплавящимся вольфрамовым электродом. Во втором случае в зависимости от вида сварного соединения сварка ведется без применения или с применением присадочного металла. Аргонодуговая сварка применяется, главным образом, при изготовлении тонкостенных конструкций из специальных сталей и цветных металлов и сплавов. Питание дуги осуществляется переменным или постоянным током от обычного сварочного оборудования. В последние годы все более широкое применение получает полуавтоматическая и автоматическая сварка плавящимся металлическим электродом в среде углекислого газа, который значительно дешевле аргона. Применение его вместо флюса облегчает наблюдение за процессом сварки и обеспечивает относительно высокую производительность процесса, часто не уступающую производительности сварки под флюсом. Однако из-за повышенной окислительной способности углекислый газ не может использоваться при сварке большинства цветных металлов и сплавов. Сварка в среде углекислого газа применяется преимущественно при производстве конструкций из углеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей. Питание дуги при этом способе осуществляется, как правило, на постоянном токе обратной полярности. В некоторых случаях при сварке меди вместо аргона применяется азот (азотно-дуговая сварка). А полуавтоматическую сварку иногда проводят в среде водяного пара вместо углекислого газа. Помимо перечисленных способов, для сварки цветного металла и специальных сталей иногда применяют атомно-водородную сварку. При этом способе дуга горит между двумя вольфрамовыми электродами в атмосфере водорода или азотно-водородной смеси, получаемой разложением аммиака. По технике осуществления и по характеру металлургических процессов, происходящих при сварке, близким к электрической дуговой сварке под флюсом является способ электрошлаковой сварки. Однако при электрошлаковой сварке расплавление свариваемых кромок и электродного металла происходит не за счет тепла дуги, как при дуговой сварке, а за счет тепла, выделяющая дуговая наплавка, гася при прохождении электрического тока через расплавленный шлак. Этот способ отличается высокой производительностью, малым расходом электроэнергии и флюса, возможностью сварки за один проход элементов большой толщины (до 1-2 м). Электрошлаковая сварка осуществляется с помощью специальных автоматических установок. Электрическая дуговая сварка является основным, наиболее широко применяющимся способом сварки. К настоящему времени сварные конструкции почти полностью вытеснили клепаные и часто заменяют литые изделия. Применение дуговой сварки взамен клепки дает экономию металла до 20 %и взамен литья-до 50%; экономию времени на изготовление конструкции; снижение себестоимости конструкции и повышение работоспособности некоторых конструкций (например, химических аппаратов, паровых котлов и др.). Указанные преимущества обусловили широкое применение сварки во многих отраслях промышленности, например, в тяжелом, транспортном, химическом и энергетическом машиностроении, котлостроении, автостроении, самолетостроении, судостроении, промышленном строительстве и ряде других отраслей. Дальнейшее большое развитие получит сварка за годы семилетки. К 1965 г. объем сварочных работ в народном хозяйстве СССР возрастет более чем в 2 раза по сравнению с 1958 г., 40% всех сварочных работ будет механизировано. Применение электрошлаковой сварки возрастет в 2 раза, газоэлектрической в 6 раз.

ДУГОВАЯ НАПЛАВКА

Подобно сварке, наплавка может производиться вручную, полуавтоматически и автоматически, незащищенной дугой, под слоем флюса или в среде защитных газов. Однако техника, технология, режимы, а также электроды и флюсы, применяемые при наплавке, отличаются от применяемых при сварке. Наплавка — высокоэффективный прогрессивный процесс восстановления изношенных деталей и повышения износоустойчивости новых деталей. Она применяется практически во всех отраслях народного хозяйства страны, как при ремонте, так и при изготовлении деталей сельскохозяйственных, землеройных и дорожных машин, автомобильного и железнодорожного транспорта; деталей горного, металлургического оборудования; кузнечнопрессового и режущего инструмента и др. Наплавка широко применяется при заварке дефектов стального, чугунного и цветного литья. Применение наплавки позволяет значительно увеличить срок службы деталей различных механизмов и машин и в результате этого сэкономить много металла и средств, расходуемых на производство запасных частей и инструмента. Так, например, на­плавка бандажей железнодорожных вагонов и локомотивов позволяет продлить срок их службы в 4 раза, наплавка деталей валковых дробилок, ножей блюминга, валков прокатных станков увеличивает срок службы этих деталей в 3-6 раз. Некоторые детали могут подвергаться многократному восстановлению путем наплавки. Семилетним планом развития сварочной техники в стране предусмотрено дальнейшее расширение применения наплавки. В сельскохозяйственном машиностроении, например, объем наплавочных работ в 1965 г. должен возрасти по сравнению с 1959 г. в 6,25 раза, на железнодорожном транспорте в 3,2 раза. Для наплавки будет расходоваться не менее 15% всех электродов. Значительно возрастет применение автоматических способов наплавки, 3. ДУГОВАЯ РЕЗКА Электрическая дуга может применяться не только для сварки и наплавки, т.е. для соединения металлов, но и для резки. В процессе дуговой резки металл, расплавляемый дугой, вытекает из полости реза. Дуговая резка выполняется, как правило, вручную угольными (графитовыми) или металлическими электродами. Резка угольными электродами производится на постоянном токе, металлическими наплавками, постоянном и переменном токе. По производительности труда и чистоте реза дуговая резка значительно уступает газовой резке и имеет, поэтому второстепенное значение. Она применяется преимущественно в тех случаях, когда по каким-либо причинам нет возможности применить газовую резку. Дуговая резка применяется при удалении литников и прибылей чугунных отливок; при разборке и разделке в габаритный лом старых металлических конструкций, особенно если эти конструкции имеют швы или детали хромоникелевых аустенитных сталей, требующих обычно специальных методов газовой резки; при монтажных работах для снятия монтажных приспособлений. В последние годы получает применение способ воздушно-дуговой резки, состоящий в том, что разрезаемый металл расплавляется в месте реза угольной дугой и выдувается сжатым воздухом, подаваемым к месту реза с помощью специального сопла, расположенного концентрично электроду. Применение сжатого воздуха увеличивает производительность процесса и чистоту реза и этим расширяет области эффективного применения дуговой резки.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СВАРОЧНАЯ ДУГА

Электрическая дуга в процессе сварки является важным рабочим элементом, посредством которого осуществляется своеобразная обработка (расплавление) кромок свариваемых деталей. Поэтому свойства и характеристики дуги имеют большое практическое значение. Воздух при обыкновенных условиях не проводит электрический ток. Во время горения дуги газы и пары, находящиеся в дуговом промежутке, становятся проводниками за счет образования в дуге электрически заряженных частиц — электронов и ионов. Электроны, имеющие отрицательный заряд, перемещаются к положительному электроду (аноду), а положительные ионы — к отрицательному электроду (катоду). Направленное перемещение заряженных частиц и создает электрический ток в дуге. Процесс образования заряженных частиц называется ионизацией, а газ, в котором появились заряженные частицы и который вследствие этого получил способность проводить электрический ток, называется ионизированным. Сущность процессов ионизации объясняется теорией строения вещества, согласно которой атомы всех элементов состоят из отрицательных частиц (электронов), положительных частиц (протонов) и нейтральных частиц. Величина отрицательного заряда атома равна положительному заряду, поэтому атом в целом электрически нейтрален. Нейтральными также являются и молекулы, состоящие из атомов. Однако если сообщить нейтральным молекуле или атому достаточное количество энергии, они могут ионизироваться, т.е. от них может отделиться один или несколько электронов. Тогда основная часть молекулы или атома будет нести положительный заряд, и называться положительным ионом. Кроме того, источником электронов в дуговом промежутке служит катод, способный при высоких температурах нагрева излучать со своей поверхности свободные электроны. Наряду с ионизацией в дуге постоянно происходят обратные процессы, приводящие к уменьшению количества заряженных частиц. Поэтому при горении дуги все время должна поддерживаться достаточная степень ионизации. Ионизация газа происходит главным образом за счет подводимой к дуге электрической энергии. Количество энергии, необходимое для ионизации молекулы различных газов и паров, различно. Оно характеризуется величиной потенциала ионизации, показывающей, какое наименьшее количество энергии достаточно для полного освобождения электрона от связи с ядром атома. Чем больше в дуге газов и паров с низким потенциалом ионизации, тем интенсивнее протекает ионизация, устойчивее горит дуга, ниже ее температура. При сварке металлическим электродом температура дуги составляет примерно 5000-6000°. Дуга зажигается (возбуждается) замыканием электрода на деталь. Минимальное напряжение между электродом и деталью, необходимое для зажигания дуги, составляет при сварке металлическим электродом на постоянном токе 30-35 в и на переменном токе 45-50 в. Напряжение на дуге при установившемся ее горении зависит от состава электродного стержня и покрытия, длины дуги и силы тока. Характеристики дуг. Длина дуги 6 мм. Зависимость напряжения на дуге от длины дуги сварочного тока. Зависимость напряжения от силы тока при разной длине дуги в случае ручной дуговой сварки показана на рисунке, где каждая из линий, выражающих эту зависимость, носит название «характеристика дуги». По характеристикам видно, что напряжение на дуге увеличивается с увеличением длины дуги и уменьшается с ростом тока до 40-50 а. Дальнейшее увеличение тока практически не влияет на характеристику дуги. Приведенные характеристики позволяют заключить, что во время сварки напряжение на дуге зависит только от ее длины. Эту зависимость можно выразить формулой напряжение на дуге, а и б — постоянные коэффициенты, зависящие от состава электродного стержня и покрытия, а показывает суммарную величину падения напряжения у поверхностей катода и анода показывает падение напряжения на 1 мм длины дуги. Величина коэффициента а и b при сварке различными электродами различна. В литературе приводятся следующие данные коэффициентов: для меловых электродов (В. М. Рыбаков, К. П. Вощаное). Приведенные характеристики дуги наблюдаются при сварке, когда плотность тока на электроде относительно невелика. Во время автоматической сварки под флюсом большими токами и сварки в среде защитных газов напряжение на дуге при возрастании тока (в пределах применяемых режимов сварки) не остается постоянным, а несколько возрастает. В этих случаях наблюдаются возрастающие характеристики дуги. Зависимость напряжения на дуге от ее длины может быть изображена графически. Такие графики имеют большое практическое значение. Они позволяют точно поддерживать длину дуги с помощью вольтметра, включенного в сварочную цепь для замера напряжения на дуге.

УСТОЙЧИВОСТЬ СВАРОЧНОЙ ДУГИ

Важное практическое значение имеет устойчивость горения сварочной дуги. При недостаточной устойчивости происходят частые обрывы дуги, затрудняющие выполнение сварки и получение качественного соединения. Количественную оценку устойчивости при различных условиях сварки наиболее часто устанавливают по методу действительного члена АН УССР. Сущность метода состоит в следующем. После подбора величины силы тока и напряжения холостого хода электрод зажимают в специальном штативе над опытной пластинкой.

Электрод и планка. Установка для определения подключены к источнику устойчивости дуги, речного тока. Замыкая и размыкая угольным стержнем, промежуток между электродом и планкой, зажигают дугу. Дуга горит до естественного обрыва. Получившееся расстояние между концом электрода и наплавленным металлом, равное длине дуги при обрыве, принимаетсяУстойчивость сварочной дуги происходит испарение материала электрода. Образующиеся пары заполняют дуговой промежуток и таким образом влияют на устойчивость. Следовательно, устойчивость дуги сильно зависит от состава электродных покрытий. Влияние отдельных компонентов покрытий подробно изучал К. К. Хренов. Значения максимальной длины дуги при обрыве, полученные им во время испытаний некоторых веществ, приведены в табл. 1. Опыты проводились на переменном токе с применением непокрытых стальных электродов диаметром 4 мм. Испытываемое вещество перед зажиганием дуги насыпалось на планку. Из этой таблицы видно, что наиболее благоприятно влияют на устойчивость дуги красная кровяная соль, поташ, сульфат натрия, мел, титановая руда. Положительное влияние этих веществ объясняется содержанием в них элементов с низким потенциалом ионизации — калия, кальция, титана. Некоторые вещества, например окись алюминия, каолин, песок, бура не поддерживают или даже затрудняют горение дуги. Ухудшает устойчивость также влага, содержащаяся в покрытиях.

 

 

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ИСТОЧНИКАМ ПИТАНИЯ ДУГИ

Дуговая сварка может производиться на постоянном или переменном токе. Питание сварочной дуги осуществляется при сварке на постоянном токе от сварочных генераторов и выпрямительных установок, при сварке на переменном токе — от сварочных трансформаторов, а также от генератор в повышенной частоты. Сварочные генераторы постоянного тока изготовляются в соответствии с требованиями ГОСТ 304-51, трансформаторы для ручной дуговой сварки — ГОСТ 95-51 и трансформаторы для автоматической дуговой сварки под слоем флюса ГОСТ 7012-54. Основными показателями источников питания сварочной дуги являются: напряжение холостого хода, номинальная сила сварочного тока, пределы регулирования силы сварочного тока, вид внешних характеристик. Напряжение холостого хода однопостовых генераторов при номинальном токе до 350 а должно быть не более 80 в, а генераторов с номинальным оком выше 350 а - не более 90. Вторичное напряжение холостого хода трансформаторов для ручной дуговой сварки не должно превышать при токе 100 а 75 в и при токе 350 а - 70 е. Верхний предел вторичного напряжения холостого хода однофазных сварочных трансформаторов для автомат четкой сварки под слоем флюса с номинальным током 500 а составляет 80 в, а у трансформаторов, рассчитанных на номинальный ток 1000 и 2000 а - 90 в. Под номинальной силой сварочного тока отнимают допустимую из условий нагрева источника питания дуги силу тока при номинальном напряжении на дуге. Поскольку падение напряжения в проводах сварочной цепи обычно очень мало, номинальное напряжение на дуге практически равно номинальному напряжению на зажимах источника питания дуги (с учетом включенного в сварочную цепь регулирующего ток устройства).

Номинальные напряжения однопостовых генераторов постоянного тока приведены в табл. 2. За номинальное напряжение на зажимах многопостовых генераторов при номинальном сварочном токе принимается 50 или 60 в. За номинальное сварочное напряжение при нагрузке на зажимах однопостового трансформатора (включая регулятор) принято 30 е. Номинальное вторичное напряжение трансформатора для автоматической сварки под слоем флюса определяется по данным, приведенным в табл. 3. Номинальная сила сварочного тока различна при различном режиме работы источника питания дуги. Режим работы характеризуется отношением длительности сварки к сумме длительности сварки и длительности холостого хода, выраженным в процентах. Обычно режим работы источников тока при дуговой сварке обозначают знаком ПР%. Таким образом,— время холостого хода. Понятно, что чем больше тем тяжелее режим работы и тем меньше должна быть номинальная сила сварочного тока. За номинальный режим работы однопостовых сварочных генераторе и трансформаторов принят режим при ПР-65% и многопостовых генераторов — при ПР-100%. Длительность рабочего цикла в этих случаях принимается равной 5 мин. Номинальный режим работы трансформаторов для автоматической сварки под флюсом с номинальным током 500 и 1000 а принят при ПР-60% и транс бод щитов с номинальным током 2000 а - при ПР-50%. В этих случаях продолжительность цикла пр. Под внешней характеристикой источника питания сварочной дуги понимают зависимость напряжения на зажимах, к которым подключаются сварочные провода, от силы сварочного тока. Как уже говорилось ранее, напряжение на зажимах отличается от напряжения на дуге только на величину падения напряжения в проводах. Обычно это падение напряжения мало и им пренебрегают. Следовательно, под внешней характеристикой можно понимать зависимость между напряжением на дуге, изменяющим я с изменением длины дуги, и силой сварочного тока. Внешние характеристики изображают в виде графиков (фиг. 4). Если на графике внешней характеристики нанести линию, показывающую напряжение на дуге при сварке (характеристику дуги), то точка в пересечения линий будет точкой горения дуги, а отрезок Ос будет равен величине силы варочного тока. Отрезок окажет величину силы тока короткого замыкания, а отрезок величину напряжения холостого хода. Таким образом, по внешней характеристике источника питания дуги можно судить о величине силы тока при любом напряжении на дуге. Внешняя характеристика является постоянной только для данной настройки источника питания дуги. При регулировании силы сварочного тока или напряжения холостого хода вид внешней характеристики изменяется. Внешняя характеристика Характеристик дуги Сила тока с внешней характеристики источников питания сварочной дуги (однопостовых генераторов и трансформаторов с регуляторами). Различные по назначению источники питания дуги обычно имеют различные внешние характеристики. Так, внешние характеристики генераторов и трансформаторов для ручной сварки должны быть падающими или еще лучше крутопадающими. При таких характеристиках ток короткого замыкания лишь незначительно превышает рабочий ток, а изменения длины дуги не вызывают больших изменений силы тока. Это способствует нормальной работе источника питания (без перегрева) и хорошему формированию сварных швов. Генераторы и трансформаторы для автоматической сварки чаще имеют пологие или даже жесткие характеристики, при которых напряжение на зажимах мало зависит от величины тока. Такие характеристики улучшают устойчивость процесса автоматической сварки на установках с постоянной скоростью подачи электродной проволоки. Современные источники питания сварочной дуги, как правило, снабжаются шкалами-указателями величины сварочного тока и фильтрами для подавления радиопомех.


 

Основные понятия Электрическая сварочная дуга представляет собой устойчивый длительный электрический разряд в газовой среде между твердыми или жидкими электродами, осуществляемый при высокой плотности тока и сопровождаемый выделением большого количества теплоты. Электрический разряд в газе - это электрический ток, проходящий через газовую среду благодаря наличию в ней свободных электронов, а также отрицательных и положительных ионов, способных перемещаться между электродами под действием приложенного электрического поля (разности потенциалов между электродами). Электрон - это частица весьма малой массы, несущая элементарный (наименьший, неделимый) электрический заряд отрицательного знака. Масса электрона равна 9,1 • 10~28 г; элементарный электрический заряд равен ± 1,6 - 10"19. Ионом называется атом или молекула вещества, имеющая один или несколько элементарных зарядов. Положительные ионы имеют избыточный положительный заряд; они образуются при потере нейтральным атомом или молекулой одного или нескольких электронов из своей наружной (валентной) оболочки (электроны, вращающиеся в валентной оболочке атома, связаны слабее, чем электроны внутренних оболочек, и поэтому легко отрываются от атома при столкновениях или под действием облучения): Отрицательные ионы имеют избыточный отрицательный заряд; они образуются, если атом или молекула присоединяет к своей валентной оболочке один или несколько лишних электронов. Свободные электроны, положительные и отрицательные ионы могут быть получены в газе при тепловых столкновениях атомов и молекул, если их энергия достаточно велика (что бывает при высоких температурах). Процесс, при котором из нейтральных атомов и молекул образуются положительные и отрицательные ионы, называется ионизацией. При обычных температурах ионизацию можно вызвать, если уже имеющимся в газе электронам и ионам сообщить при помощи электрического поля большие скорости. Обладая большой энергией, эти частицы могут разбивать нейтральные атомы и молекулы на ионы. Кроме того, ионизацию можно вызвать световыми, ультрафиолетовыми, рентгеновскими лучами, а также излучением радиоактивных веществ. В обычных условиях воздух, как и все газы, обладает весьма слабой электрической проводимостью. Это объясняется малой концентрацией свободных электронов и ионов в газах. Поэтому, для того чтобы вызвать в газе мощный электрический ток, т. е. образовать электрическую дугу, необходимо ионизировать воздушный промежуток (или другую газообразную среду) между электродами. Эту ионизацию можно произвести, если приложить к электродам достаточно высокое напряжение; тогда имеющиеся в газе (в малом количестве) свободные электроны и ионы будут разгоняться электрическим полем и, получив большие энергии, смогут разбить нейтральные молекулы на ионы. Однако при сварке, из соображений техники безопасности, нельзя пользоваться высокими напряжениями. Поэтому применяют другой способ. Так как в металлах имеется большая концентрация свободных электронов, то можно извлечь эти электроны из объема металла в газовую среду и затем использовать для ионизации молекул газа. Существует несколько способов извлечения электронов из металлов; из них для процесса сварки имеют значения два способа: термоэлектронная эмиссия и автоэлектронная эмиссия. При термоэлектронной эмиссии происходит «испарение» свободных электронов с поверхности металла благодаря высокой температуре. Чем выше температура металла, тем большее число свободных электронов приобретают энергии, достаточные для преодоления «потенциального барьера» в поверхностном слое и выхода из металла. При автоэлектронной эмиссии извлечение электронов из металла производится при помощи внешнего электрического поля, которое несколько изменяет потенциальный барьер у поверхности металла и облегчает выход тех электронов, которые внутри металла имеют достаточно большую энергию и могут преодолеть этот барьер.

Ионизацию, вызванную в некотором объеме газовой среды, принято называть объемной ионизацией. Объемная ионизация, полученная благодаря нагреванию газа до очень высоких температур, называется термической ионизацией. При высоких температурах значительная часть молекул газа обладает достаточной энергией для того, чтобы при столкновениях могло произойти разбиение нейтральных молекул на ионы; кроме того, с повышением температуры увеличивается общее число столкновений между молекулами газа. При очень высоких температурах в процессе ионизации начинает играть заметную роль также и излучение газа и раскаленных электродов. Ионизация газовой среды характеризуется степенью ионизации, т. е. отношением числа заряженных частиц в данном объеме к первоначальному числу частиц (до начала ионизации). При полной ионизации степень ионизации равна единице. На рис. 6 представлен график зависимости степени ионизации от температуры нагрева некоторых веществ. Из графика видно, что при температуре 6000-8000 такие вещества, как калий, натрий, кальций обладают достаточно высокой степенью ионизации. Пары этих элементов, находясь в дуговом промежутке, обеспечивают легкость возбуждения и устойчивое горение дуги. Это свойство щелочных металлов объясняется тем, что атомы этих металлов обладают малым потенциалом ионизации. Потенциалом ионизации называется отношение работы W (в джоулях), которое необходимо для удаления одного электрона из атома вещества, к заряду Q этого электрона (в кулонах); V = W/Q. Так как Дж/Кл, то потенциал ионизации для различных веществ указывается в вольтах. Сложные атомы, содержащие в своем составе много электронов, имеют несколько потенциалов ионизации. Первый потенциал ионизации соответствует удалению из атома электрона, который находится в наружной оболочке атома и слабее других связан с ним. Удаление следующих электронов, расположенных ближе к ядру и сильнее связанных с ним, потребует большей работы. Поэтому вторые и последующие потенциалы ионизации, соответствующие удалению второго и последующих электронов, больше. Первые потенциалы ионизации у некоторых элементов следующие: Элементы К Na Ва Li А1 Са Сг Мп С Н ON V1 4,32 5,12 5,19 5,37 5,96 6,08 6,74 7,40 11,22 13,53 13,56 14,50 Как видно, наименьшим потенциалом ионизации обладают калий, натрий, барий, литий, алюминий, кальций и др., поэтому для повышения устойчивости горения электрической дуги эти вещества вводят в зону дуги в виде электродных покрытий или флюсов. Таким образом, электрическая проводимость воздушного промежутка между электродами, а отсюда и устойчивое горение дуги обеспечивается эмиссией катода и объемной ионизацией газов в зоне дуги, благодаря которым в дуге перемещаются мощные потоки заряженных частиц. Возбуждение сварочной дуги постоянного тока происходит при соприкосновении конца электрода и свариваемой детали. Контакт осуществляется между микровыступами поверхностей электрода и свариваемой детали (рис. 7, а). Высокая плотность тока способствует мгновенному расплавлению этих выступов и образованию пленки жидкого металла (рис. 7Т б), которая замыкает сварочную цепь на участке «электрод - свариваемая деталь». При последующем отводе электрода от поверхности детали на 2 ... 4 мм (рис. 7, в) пленка жидкого металла растягивается, а сечение ее уменьшается, вследствие чего возрастает плотность тока и повышается температура металла. Эти явления приводят к разрыву пленки и испарению вскипевшего металла. Возникшие при высокой температуре интенсивные термоэлектронная и автоэлектронная эмиссии обеспечивают ионизацию паров металла и газов межэлектродного промежутка. В образовавшейся ионизированной среде возникает электрическая сварочная дуга (рис. 7, г). Процесс возбуждения дуги кратковременен и осуществляется сварщиком в течение долей секунды.


 

В установившейся сварочной дуге (см. рис. 7, г) различают три зоны: катодную /, анодную 3 и столба дуги 2. Катодная зона длиной около 10~б см начинается с раскаленного торца катода, на котором расположено так называемое катодное пятно. Отсюда вылетает поток свободных электронов, осуществляющих ионизацию дугового промежутка. Плотность тока на катодном пятне достигает 60 ... 70 А/мм*. К катоду устремляются потоки положительных ионов, которые бомбардируют его и отдают ему свою энергию, вызывая нагрев до температуры 2500-3000° С. Анодная зона расположена у торца положительного электрода, в котором выделяется небольшой участок, называемый анодным пятном. К анодному пятну устремляются и отдают свою энергию потоки электронов, накаляя его до температуры 2500 ... ...4000° С. Столб дуги, расположенный между катодной и анодной зонами, состоит из раскаленных и ионизированных частиц. Температура в этой зоне достигает 6000 ...7000° С в зависимости от плотности сварочного тока. В начальный момент для возбуждения дуги необходимо несколько большее напряжение, чем при ее последующем горении. Это объясняется тем, что при возбуждении дуги воздушный зазор неднентов покрытий подробно изучал К. К. Хренов. Значения максимальной длины дуги при обрыве, полученные им во время испытаний некоторых веществ, приведены в табл. 1. Опыты проводились на переменном токе с применением непокрытых стальных электродов диаметром 4 мм. Испытываемое вещество перед зажиганием дуги насыпалось на планку. Из этой таблицы видно, что наиболее благоприятно влияют на устойчивость дуги красная кровяная соль, поташ, сульфат натрия, мел, титановая руда. Положительное влияние этих веществ объясняется содержанием в них элементов с низким потенциалом ионизации — калия, кальция, титана. Некоторые вещества, например окись алюминия, каолин, песок, бура не поддерживают или даже затрудняют горение дуги. Ухудшает устойчивость также влага, содержащаяся в покрытиях.остаточно нагрет и степень ионизации недостаточно высокая. В связи с этим необходимо большее напряжение, способное сообщить свободным электронам достаточно большую энергию, чтобы при их столкновении с атомами газового промежутка могла произойти ионизация. Увеличение концентрации свободных электронов в объеме дуги приводит к интенсивной ионизации дугового промежутка, а отсюда к повышению его электрической проводимости. Вследствие этого напряжение тока падает до величины, необходимой для устойчивого горения дуги. Зависимость напряжения дуги от величины тока в сварочной цепи называют статической вольтамперной характеристикой дуги. Эта зависимость графически представлена на рис. 8. Вольтамперная характеристика дуги (рис. 8, а) ![CDATA[ google_ad_client = в зависимости от разрядного тока при различных условиях имеет три области: падающую /, жесткую 2 и возрастающую 3. В области 1 (до 100 А) с увеличением тока величина напряжения значительно уменьшается. Это происходит в связи с тем, что при повышении тока увеличивается поперечное сечение, а следовательно, и проводимость столба дуги. В области 2 (100 ... 1000 А) при увеличении тока величина напряжения сохраняется постоянной, так как сечение столба дуги и площади анодного и катодного пятен увеличивается пропорционально току. Область характеризуется постоянством плотности тока. В области 3 увеличение тока вызывает возрастание напряжения вследствие того, что увеличение плотности тока выше определенного значения не сопровождается увеличением катодного пятна из-за ограниченного сечения электрода. Поэтому напряжение на дуге возрастает. Дуга области 1 горит неустойчиво и поэтому имеет ограниченное применение. Дуга области 2 горит устойчиво и обеспечивает Я нормальный процесс сварки. Вольтамперная характеристика дуги (рис. 8, б) при ручной дуговой сварке низкоуглеродистой стали представлена в виде кривых а и б. Кривые гид относятся к автоматической сварке под флюсом при высоких плотностях тока. 90 120 150 180 210 240 270 300 Рис. 8 Напряжение тока, необходимое для возбуждения дуги, зависит от рода тока (постоянный или переменный), величины дугового промежутка, материала электрода и свариваемых кромок, покрытия электродов и ряда других факторов. Значения тех напряжений тока, при которых обеспечивается возникновение дуги при величине дугового промежутка, равной 2...4 мм, находятся в пределах 40 ... 70 В. Напряжение тока (В) для установившейся сварочной дуги может быть определено по формуле где а коэффициент, по своей физической сущности составляющий сумму падений напряжений в зонах катода и анода, В; b - коэффициент, выражающий среднее падение напряжения на единицу длины дуги, В/мм; /д - длина дуги, мм. Длиной дуги называется расстояние между торцом электрода и поверхностью ванны расплавленного металла на свариваемой детали. «Короткой» дугой называют дугу длиной 2 ... 4 мм. Длина «нормальной» дуги составляет 4 ... 6 мм. Дугу длиной более 6 мм называют «длинной». Оптимальный режим сварки обеспечивается при короткой дуге. При длинной дуге процесс протекает неравномерно, дуга горит неустойчиво, металл, проходя через дуговой промежуток, больше окисляется и азотируется, увеличивается угар и разбрызгивание металла.

Электрическую сварочную дугу считают гибким газовым проводником, по которому протекает ток, так как дуга может быть отклонена от своего нормального положения. Отклонение дуги производится при помощи магнитных полей, создаваемых вокруг дуги и в свариваемой детали. Эти поля действуют на движущиеся заряженные частицы и тем самым оказывают воздействие на всю дугу. Такое явление принято называть магнитным дутьем. Воздействие магнитных полей на дугу прямо пропорционально квадрату силы тока и достигает заметного значения при сварочных токах более 300 А. Магнитные поля оказывают

свариваемой детали и наклона электрода на отклонение дуги. Наличие вблизи сварочной дуги значительных ферромагнитных масс нарушает симметричность магнитного поля дуги и вызывает отклонение дуги в сторону этих масс. Магнитное дутье в некоторых случаях затрудняет процесс сварки, и поэтому принимаются меры по снижению его действия на дугу. К таким мерам относятся: сварка короткой дугой, подвод сварочного тока в точке, максимально близкой к дуге, наклон электрода в сторону действия магнитного дутья, размещение у места сварки ферромагнитных масс. В сварочной дуге, питаемой переменным током, анодное и катодное пятна меняются местами с частотой, равной частоте тока. С течением времени напряжение и ток периодически изменяются от нулевого значения до наибольшего. Изменение тока и напряжения в дуге, питаемой переменным током за один период показаны на рис. 10, где Ux x - напряжение зажигания дуги. Вследствие изменения напряжения и тока меняются температура дуги и степень ионизации газовой среды зоны дуги. Это приводит к неустойчивому горению дуги. При нулевых значениях напряжения ток в дуге прекращается, дуга гаснет. Чтобы поддержать горение такой дуги, необходимо большее напряжение, чем при постоянном токе. Кроме того, для устойчивости горения дуги при переменном токе применяют электродные покрытия и флюсы, содержащие легко ионизирующие компоненты (калий, натрий, кальций и др.), которые увеличивают количество заряженных частиц в объеме дуги и способствуют устойчивому горению дуги. Важное значение имеет сдвиг фаз между напряжением и током: необходимо, чтобы при переходе тока через нулевое значение величина напряжения была достаточна для возбуждения дуги. Тепловые свойства дуги Энергия мощных потоков заряженных частиц, бомбардирующих катод и анод, превращается в тепловую энергию электрической дуги. Суммарное количество теплоты Q, выделяемое дугой на катоде QK, аноде Qa и в столбе дуги Qc, может быть определено по формуле (MlUt Дж (Q = 0,24/67 кал), (2) где / - сварочный ток, A; U - напряжение дуги, В; t - время горения дуги, с. При питании дуги постоянным током (рис. 11) наибольшее количество теплоты выделяется в зоне анода. Это объясняется тем, что анод подвергается более мощной бомбардировке заряженными частицами, чем катод, а при столкновении частиц в столбе дуги выделяется меньшая доля общего количества теплоты. При сварке угольным электродом температура в катодной зоне достигает 3200° С, в анодной - 3900° С, а в столбе дуги среднее значение температуры составляет 6000° С. При сварке металлическим электродом температура катодной зоны составляет около 2400° С, а в анодной зоне - 2600° С. Разная температура катодной и анодной зон и разное количество теплоты, выделяющееся в этих зонах, используются при решении технологических задач. При сварке деталей, требующих большого подвода теплоты для прогрева кромок, применяют так называемую прямую полярность, при которой анод (плюсовая клемма источника тока) подсоединяют к детали, а катод (минусовая клемма источника тока) - к электроду. При сварке тонкостенных изделий, тонколистовых конструкций, а также сталей, не допускающих перегрева (нержавеющие, жаропрочные, высокоуглеродистые и др.), применяют сварку постоянным током обратной полярности. В этом случае катод подсоединяют к свариваемой детали, а анод - к электроду. При этом не только обеспечивается относительно меньший нагрев свариваемой детали, но и ускоряется процесс расплавления электродного материала за счет более высокой температуры анодной зоны и большего подвода теплоты. Полярность клемм источника постоянного тока может быть определена с помощью раствора поваренной соли (половина чайной ложки соли на стакан воды). Если в такой раствор опустить провода от клемм источника тока, то у отрицательного провода происходит бурное выделение пузырьков водорода. При питании дуги переменным током различие температур катодной и анодной зон и распределение теплоты сглаживаются вследствие периодической смены катодного и анодного пятен с частотой, равной частоте тока. Практика показывает, что в среднем при ручной сварке только 60 ... 70% теплоты дуги используется на нагревание и плавление металла. Остальная часть теплоты рассеивается в окружающую среду путем излучения и конвекции парами и нагретыми газами. (3) Количество теплоты, используемое на нагрев и плавку свариваемого металла в единицу времени, называется эффективной тепловой мощностью дуги Щ. Она равна полной тепловой мощности дуги, умноженной на эффективный коэффициент полезного действия нагрева металла дугой г): Qa = IUr\ Вт (1 0,24/?/т) кал/с). Величина зависит от способа сварки, материала электрода, состав электродного покрытия и других факторов. При ручной дуговой сварке электродом с тонким покрытием или угольным электродом составляет 0,5 ... 0,6, а при качественных электродах - 0,7 ... 0,85. При аргонодуговой сварке потери теплоты значительны (т] = 0,5 ... ... 0,6). Наиболее полно используется теплота при сварке под флюсом (г) = 0,85 ... 0,93). Для характеристики теплового режима процесса сварки принято определять погонную энергию дуги, т. е. количество теплоты, вводимое в металл на единицу длины однопроходного шва, измеряемое в Дж/м (кал/см). Погонная энергия равна отношению эффективной тепловой мощности к скорости сварки v:


 

Потери теплоты при ручной дуговой сварке составляют примерно 25%, из которых 20% уходят в окружающую дугу среду посредством излучения и конвекции паров и газов, а остальные 5% - на угар и разбрызгивание свариваемого металла. При автоматической сварке под флюсом потери составляют только 17%, из которых 16% расходуются на плавление флюса, а на угар и разбрызгивание затрачивается около 1% выделяемой дугой теплоты. Теплота, выделяемая электрической дугой, концентрируется на относительно небольшом пространстве и осуществляет сосредоточенный местный нагрев металла в зоне дуги. Остальная масса металла свариваемой детали подвергается незначительному нагреву. Теплотой сварочной дуги металл электрода и свариваемых кромок детали расплавляется и составляет общую ванну расплавленного металла, которая, остывая, образует сварной шов. Плавление и перенос металла при дуговой сварке Электродный металл, расплавленный сварочной дугой, переходит (в виде капель различного размера) в ванну жидкого металла, которая образуется на поверхности свариваемого изделия у основания дуги (основание дуги называют также кратером). Схематично перенос металла электрода можно представить в следующем виде. В начальный момент металл на конце электрода подплавляется и образуется слой расплавленного металла (рис. 12, а). Затем под действием сил поверхностного натяжения и силы тяжести этой слой металла принимает форму капли (рис. 12, б) с образованием у основания тонкой шейки. Причем поперечное сечение шейки капли (у торца электрода) с течением времени уменьшается. Это приводит к значительному увеличению I плотности тока у шейки капли. Удлинение шейки продолжается до тех пор, пока капля коснется поверхности ванны жидкого металла (рис. 12, б) в кратере. В этот момент происходит короткое замыкание сварочной цепи. Резкое возрастание величины тока приводит к разрыву шейки и в следующее мгновение вновь возникает дуга (рис. 12, г), но уже между торцом электрода и каплей. Под давлением паров и газов зоны дуги капля с ускорением вводится в сварочную ванну металла. При этом часть металла в виде брызг выбрасывается из зоны сварки. Затем процесс каплеобразования повторяется. Установлено, что время горения дуги и короткого замыкания составляет примерно от 0,02 . до 0,05 с. Частота и продолжительность короткого замыкания в значительной степени зависят от длины сварочной дуги. Чем меньше длина Дуги, тем больше коротких замыканий и тем они продолжительнее. Форма и размеры капель металла определяются силой тяжести и силами поверхностного натяжения. При сварке в нижнем положении сила тяжести способствует отрыву капли, а при потолочной сварке препятствует переносу металла в шов. На процесс каплеобразования большое влияние оказывают состав и толщина электродного покрытия, а также величина сварочного тока. Электродное покрытие, как правило, снижает поверхностное натяжение металла почти на 30%. Кроме того, газообразующие компоненты покрытия выделяют большое количество газов и создают в зоне дуги повышенное давление, которое способствует размельчению капель жидкого металла.

При повышении величины сварочного тока размер капель уменьшается. Перенос электродного металла крупными каплями имеет место при сварке на малых токах электродами с тонким покрытием. При больших плотностях сварочного тока и при использовании электродов с толстым покрытием перенос металла осуществляется в виде потока мельчайших капель (струйный перенос металла). На процесс переноса капель металла в дуге действует также так называемое газовое дутье. Газовое дутье представляет собой поток газов, направленный вдоль дуги в сторону сварочной ванны. При сварке электродом с толстым покрытием стержень электрода 1 плавится быстрее и торец его оказывается несколько прикрытым «чехольчиком» 3 покрытия 2 (рис. 13). Интенсивное газообразование в небольшом объеме чехольчика приводит к явлению газового дутья, ускоряющего переход капель металла в сварочную ванну. Важным фактором, влияющим на перенос металла в дуге, являются электромагнитные силы. Плотность тока, проходящего через жидкую каплю, велика, поэтому сжимающее действие магнитного поля оказывается заметным. Магнитное поле ускоряет образование и сужение шейки капли, а следовательно, и отрыв ее от торца электрода. Электрическое поле, напряженность которого направлена вдоль дуги в сторону сварочной ванны, действует на жидкую каплю, ускоряя процесс отрыва капель от торца электрода и переход ее в сварочную ванну металла. Перенос капель электродного металла на свариваемый шов при потолочной сварке обеспечивается в основном действием магнитного и электрического полей, а также явлением газового дутья в дуге. Капли металла, проходящие через дугу, имеют шлаковую оболочку, которая образуется от плавления соответствующих веществ, содержащихся в толстых покрытиях электрода. Эта оболочка защищает металл капли от окисления и азотирования, обеспечивая хорошее качество металла шва. Доля электродного металла в составе металла шва различна и зависит от способа и режима сварки, а также от вида сварного шва. При ручной сварке доля электродного металла колеблется в широких пределах (от 30 до 80%), а при автоматической сварке она составляет 30 ... 40%. Производительность сварки в значительной степени зависит от скорости расплавления электродного металла, которая оценивается коэффициентом расплавления и обозначается ар. Коэффициентом расплавления называется количество электродного металла в граммах, расплавленное в течение одного часа, приходящееся на один ампер сварочного тока. Коэффициент расплавления зависит от ряда факторов, влияющих на процесс плавки электродного металла. При обратной полярности коэффициент расплавления больше, чем при прямой полярности, так как на аноде выделяется больше теплоты и температура анода выше, чем у катода. Состав покрытия и его толщина сильно влияют на коэффициент расплавления. Это объясняется, во-первых, значением эффективного потенциала ионизации газов, а во-вторых, изменением баланса тепла дугового промежутка. Коэффициент расплавления при ручной дуговой сварке составляет от 6,5 до 14,5 г/А ч. Меньшие значения имеют электроды с тонким (меловым) покрытием, а большие значения - электроды с толстым покрытием. Для оценки скорости сварки шва пользуются коэффициентом наплавки. Этот коэффициент оценивает количество электродного металла, введенного в сварной шов. Коэффициент наплавки меньше коэффициента расплавления ар на величину потерь электродного металла из-за угара и разбрызгивания. Эти потери при ручной дуговой сварке достигают 25 ... 30%, а при автоматической сварке под флюсом составляют только 2 ... 5% от количества расплавленного электродного металла. Знание этих коэффициентов позволяет произвести расчет потребного количества электродного металла для сварки шва установленного сечения и определить скорость сварки шва. Количество металла (кг), необходимого для получения сварного шва, где L - длина сварного шва, м; F - сечение шва, м2 - плотность электродного металла, кг/м3. Выразив это же количество металла (кг) через коэффициент наплавки, получим Задавшись диаметром и длиной электрода, по полученной величине вычисляют потребное количество электродов. Диаметр электрода должен соответствовать величине сварочного тока, а длина стержня установлена стандартом.


 

Основные требования Возбуждение сварочной дуги начинается с короткого замыкания сварочной цепи - контакта между электродом и деталью. При этом происходит выделение теплоты и быстрое разогревание места контакта. Эта начальная стадия требует повышенного напряжения сварочного тока. В дальнейшем происходит некоторое уменьшение сопротивления дугового промежутка (вследствие эмиссии электронов с катода и появления объемной ионизации газов в дуге), что вызывает снижение напряжения тока до предела, необходимого для поддержания устойчивого горения дуги. В процессе сварки при переходе капель электродного металла в сварочную ванну происходят очень частые короткие замыкания сварочной цепи. Вместе с этим изменяется длина сварочной дуги. При каждом коротком замыкании напряжение тока падает до нулевого значения. Для последующего восстановления дуги необходимо напряжение порядка 25 ... 30 В. Такое напряжение должно быть обеспечено за время не более 0,05 с, чтобы поддержать горение дуги в период между короткими замыканиями. Следует учесть, что при коротких замыканиях сварочной цепи развиваются большие токи (токи короткого замыкания), которые могут вызвать перегрев в проводке и обмотках источника тока. Эти условия процесса сварки в основном и определили требования, предъявляемые к источникам питания сварочной дуги.

Для обеспечения устойчивого процесса сварки источники питания дуги должны удовлетворять следующим требованиям:

1. Напряжение холостого хода должно быть достаточным для легкого возбуждения дуги и в то же время не должно превышать нормы безопасности. Максимально допустимое напряжение холостого хода установлено для источников постоянного тока (ГОСТ 304-69, 13821 - 68) - 90 В, а для источников переменного тока (ГОСТ 95-69, 7012-69) - 80 В. На Напряжение горения дуги (рабочее напряжение) должно быстро устанавливаться и изменяться в зависимости от длины дуги, обеспечивая устойчивое горение сварочной дуги. С увеличением длины дуги напряжение должно быстро возрастать, а с уменьшением - быстро падать. Время восстановления рабочего напряжения от 0 до 30 В после каждого короткого замыкания (при капельном переносе металла от электрода к свариваемой детали) должно быть менее 0,05 с. На 4. Ток короткого замыкания не должен превышать сварочный ток более чем на 40 ... 50%. При этом источник тока должен выдерживать продолжительные короткие замыкания сварочной цепи. Это условие необходимо для предохранения обмоток источника тока от перегрева и повреждения. Мощность источника тока должна быть достаточной для выполнения сварочных работ. Кроме того, необходимы устройства, позволяющие регулировать величину сварочного тока в требуемых пределах. 400 °500 * 600 200 300 Ток А Сварочное оборудование должно отвечать требованиям следующих ГОСТов: ГОСТ 304-69 «Генераторы постоянного тока для электродуговой сварки», ГОСТ 95-69 «Трансформаторы однофазные однопостовые для ручной электродуговой сварки», ГОСТ 7012-69 «Трансформаторы однофазные однопостовые для автоматической электродуговой сварки под флюсом», ГОСТ 13821-68 «Выпрямители сварочные однопостовые полупроводниковые с крутопадающими внешними характеристиками для дуговой сварки». § 5. Сварочные преобразователи постоянного тока Сварочные преобразователи постоянного тока подразделяют на следующие группы: по количеству питаемых портов - однопостовые, предназначенные для питания одной сварочной дуги; многопостовые, питающие одновременно несколько сварочных дуг; по способу установки - стационарные, устанавливаемые неподвижно на фундаментах; передвижные, монтируемые на тележках; по роду двигателей, приводящих генератор во вращение, - машины с электрическим приводоммашины с двигателем внутреннего сгорания (бензиновым, или дизельным); по способу выполнения - однокорпусные, в которых генератор и двигатель вмонтированы в единый корпус; раздельные, в которых генератор и двигатель установлены в единой рамке, а привод осуществляется через специальную соединительную муфту. Однопостовые сварочные преобразователи состоят из генератора и электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания. Сварочные генераторы изготовляют по электромагнитным схемам, в которых обеспечивается падающая внешняя характеристика и ограничение тока короткого замыкания. Внешняя вольтамперная характеристика показывает зависимость между напряжением и током на клеммах сварочной цепи генератора. Для устойчивости горения сварочной дуги характеристика генератора / должна пересекать характеристику дуги ///, как это показано на рис. 14. Возбуждение дуги осуществляется при соприкосновении электрода и изделия. При этом напряжение тока изменяется от точки / к точке 2. При возникновении и устойчивом горении дуги ее характеристика смещается с положения // и занимает положение III, а напряжение тока возрастает до значения, указанного точкой 3. Эта точка соответствует режиму устойчивого горения сварочной дуги. Ток короткого замыкания (точка 4) не должен превышать сварочный ток (точка 5) более чем в 1,5 раза: /к < 1,5/р. Наибольшее распространение в строительстве получили однопостовые генераторы с расщепленными полюсами и генераторы с размагничивающей последовательной обмоткой. Генераторы с расщепленными полюсами работают по принципу использования магнитного потока якоря для получения падающей внешней характеристики. На рис. 15 показана схема сварочного генератора такого типа. Генератор имеет четыре основных и два дополнительных полюса. При этом одноименные основные полюса расположены рядом, составляя как бы один раздвоенный полюс. Два основных полюса и расположенных горизонтально, называются главными полюсами, а два других полюса Na и Sn, расположенных вертикально, называются поперечными полюсами. Обмотки возбуждения имеют две секции: нерегулируемую 2 и регулируемую I. Нерегулируемая обмотка расположена на всех четырех основных полюсах, а регулируемая помещена только на поперечных полюсах генератора. В цепь регулируемой обмотки возбуждения включен реостат 3. На дополнительных полюсах расположена обмотка 4. По нейтральной линии симметрии между разноименными полюсами на коллекторе генератора расположены основные щетки. Дополнительная щетка с которым подключается сварочная служит для питания обмоток возбуждения. 4 При холостом ходе генератора (рис. 16, а) обмотки полюсов создают два магнитных потока Фг и Фп, которые индуцируют э. д. с. в проводниках обмотки якоря. При замыкании сварочной цепи (рис. 16, б) по обмотке якоря потечет ток, который создает магнитный поток якоря Ф„, направленный по линии главных щеток и замыкающийся через полюсы генератора. Магнитный поток якоря Ф„ можно разложить на два составляющих потока. Поток Фп. направлению совпадает с потоком Фг главных полюсов, но усилить его не может, так как главные полюсы генератора имеют вырезы, уменьшающие площади их поперечных сечений, и поэтому они работают при полном магнитном насыщении (т. е. магнитный поток этих полюсов независимо от нагрузки остается практически постоянным). Поток 0П.П направлен против потока Ф поперечных полюсов и поэтому ослабляет его и даже может изменить направление суммарного потока. Такое действие магнитного потока якоря приводит к ослаблению суммарного магнитного потока генератора, а отсюда к уменьшению напряжения тока на основных щетках генератора. Чем больший ток протекает по обмотке якоря, тем больше магнитный поток Ф, тем больше снижается напряжение тока. При коротком замыкании сварочной цепи напряжение на основных щетках почти достигает нулевого значения. Регулирование сварочного тока у некоторых генераторов производят в два приема - грубое и точное. Грубое регулирование производится смещением щеточной траверсы, на которой расположены все три щетки генератора. Если сдвигать щетки по направлению вращения якоря, то размагничивающее действие потока якоря увеличивается и величина сварочного тока уменьшается. При обратном сдвиге размагничивающее действие уменьшается и сварочный ток увеличивается. Таким образом устанавливают интервалы больших и малых токов. Более плавное и точное регулирование тока производят реостатом, включенным в цепь обмотки возбуждения. Увеличивая или уменьшая реостатом ток возбуждения в обмотке поперечных полюсов, изменяют магнитный поток Ф, тем самым изменяют напряжение тока генератора и величину сварочного тока. В генераторах с расщепленными полюсами поздних выпусков регулирование сварочного тока производится изменением числа витков секционированных обмоток полюсов генератора и реостатом, включенным в цепь обмотки возбуждения. Реостат устанавливают на корпусе генератора. Он имеет шкалу с делениями в амперах. Внешняя вольтамперная характеристика генератора с расщепленными полюсами показана на рис. 17. По такой схеме работают генераторы СГ-300М, используемые в преобразователях ПС-300М. Ранее по такой схеме изготовлялись генераторы СМГ, входящие в комплекты преобразователей СУГ, САК и др. Кроме генераторов с размагничивающим действием реакции якоря применяют сварочные генераторы, у которых падающая внешняя характеристика и ограничение величины тока короткого замыкания обеспечивается размагничивающим действием последовательной обмотки возбуждения, включенной в сварочную цепь. Принципиальная схема такого генератора представлена на рис. 18. Генератор имеет две обмотки: обмотку возбуждения 1 и размагничивающую последовательную обмотку 2. Обмотка возбуждения питается либо от основной и дополнительной щеток (b и с), либо от специального источника постоянного тока (от сети переменного тока через селеновый выпрямитель). Магнитный поток Ф, создаваемый этой обмоткой, постоянный и не зависит от нагрузки генератора. Размагничивающая обмотка включена последовательно с обмоткой якоря так, что при горении дуги сварочный ток, проходя через обмотку, создает магнитный поток Ф, направленный против потока Ф. Следовательно, э. д. с. генератора индуцируется результирующим магнитным потоком Фв - Фа. С увеличением сварочного тока магнитный поток Ф возрастает, а результирующий магнитный поток Ф уменьшается. Как следствие, уменьшается индуцируемая э. д. с. генератора. Таким образом размагничивающее действие обмотки 2 обеспечивает получение падающей внешней характеристики генератора. Регулирование сварочного тока производится переключением витков последовательной обмотки (грубая регулировка 18 два диапазона) и реостатом обмотки возбуждения (плавная и точная регулировка в пределах каждого диапазона). По такой схеме выпускаются генераторы* ГСО-120 (входящие в комплект сварочного преобразователя ПШ-120), ГСО-ЗОО и ГСО-500


 

Сварочный преобразователь этой группы ПСО-500, выпускаемый серийно и нашедший широкое применение в строительно-монтажных работах. Он состоит из генератора ГСО-500 и трехфазного асинхронного электродвигателя АВ-72-4, смонтированных в едином корпусе на колесах для перемещения по строительной площадке. Преобразователь предназначен для ручной дуговой сварки, полуавтоматической и автоматической сварки под флюсом. Регулирование сварочного тока производится следующим образом. Грубое регулирование осуществляется с помощью секционированной последовательной обмотки генератора. Для этого на клеммовую доску генератора выведены один отрицательный и два положительных контакта. Если необходим сварочный ток в пределах 120 ... 350 А, то сварочные провода присоединяют к отрицательному и среднему положительному контактам. При работе на токах 350... 600 А сварочные провода присоединяют к отрицательному и крайнему положительному контактам. Плавное (точное) регулирование сварочного тока производят реостатом, включенным в цепь обмотки независимого возбуждения.] Реостат расположен на корпусе машины и имеет маховик с токоуказателем. Шкала имеет два ряда цифр, соответствующих подключаемым контактам: внутренний ряд до 350 А и наружный ряд до 600 А. Для выполнения сварочных работ при отсутствии электроэнергии (на новостройках, монтажных работах в полевых условиях, при сварке газонефтепроводов, установке мачт электропередач высокого напряжения и других работах) применяют подвижные сварочные преобразователи, состоящие из сварочного генератора и двигателя внутреннего сгорания. Наибольшее распространение получили сварочные машины типа САК, АСБ, АСД, ПАС и СДУ.- Краткая техническая характеристика сварочных преобразователей с двигателями внутреннего сгорания дана в табл. 2. На рис. 20 представлен сварочный агрегат этой группы ПАС-400- VIII. Агрегат состоит из генератора СГП-3-VI и двигателя внутреннего сгорания ЗИЛ-120 или ЗИЛ-164. Генератор работает по схеме с размагничивающей последовательной обмоткой. Регулирование тока производят реостатом цепи основной обмотки возбуждения. Двигатель сварочной машины специально переоборудован для режима длительной стационарной работы. Он имеет автоматический центробежный регулятор скорости вращения, ручное регулирование для работы при малых скоростях, автоматическое выключение зажигания, которое действует при внезапном увеличении скорости. Сварочный агрегат смонтирован на жесткой металлической с катками для перемещения. Наличие крыши и боковых ме1,алли^еских штор, защищающих от атмосферных осадков, позволяет работать на открытом воздухе на монтажно-строительной площадке. Масса агрегата, кг.

Для сварки в защитном газе, а также для полуавтоматической и автоматической сварки применяют генераторы с жесткой или возрастающей внешней характеристикой. Такие генераторы имеют обмотки независимого возбуждения и подмагничивающую последовательную обмотку. При холостом ходе э. д. с. генератора наводится магнитным потоком, который создается обмоткой независимого возбуждения. При рабочем режиме сварочный ток, проходя через последовательную обмотку, создает магнитный поток, совпадающий по направлению с магнитным потоком обмотки независимого возбуждения. Тем самым обеспечивается жесткая или возрастающая вольтамперная характеристика. На рис. 21 представлен преобразователь такого типа ПСГ-350, состоящий из сварочного генератора постоянного тока ГСГ-350 и трехфазного асинхронного электродвигателя АВ-61-2 мощностью 14 кВт. Генератор имеет обмотку независимого возбуждения и подмагничивающую последовательную обмотку. Обмотка независимого возбуждения питается от внешней сети через селеновые выпрямители. Чтобы исключить влияние колебания напряжения в сети на ток возбуждения, генератор питается через стабилизатор напряжения. Последовательная обмотка разделена на две секции: при включении в сварочную цепь части витков генератор работает на режиме жесткой характеристики, а при использовании всех витков обмотки генератор дает возрастающую внешнюю характеристику. Генератор и двигатель размещены в общем корпусе и смонтированы на тележке. В настоящее время выпускают универсальные преобразователи ПСУ-300 и ПСУ-500-2, предназначенные для ручной сварки, автоматической сварки под флюсом, а также автоматической и полуавтоматической сварки в защитном газе. В этих преобразователях путем переключения независимой и последовательной обмоток генератора можно создавать размагничивающий и подмагничивающий поток и таким образом получать падающую или жесткую характеристику. При необходимости развернуть на строительной площадке или заводе (при монтаже и изготовлении стальных конструкций) нескольких сварочных постов, расположенных недалеко друг от друга, применяют многопостовые сварочные ген3795254834ераторы, обеспечивающие одновременную работу не/table скольких постов. Внешняя характеристика такого генератора должна быть жесткой, т. е. независимо от количества работающих постов напряжение генератора должно быть постоянным. Для получения постоянного напряжения многопостовой генератор (рис. 22) имеет параллельную обмотку возбуждения /, создающую магнитный поток Ф1у и последовательную обмотку «3, создающую магнитный поток Ф2 того же направления. При холостом ходе э. д. с. генератора индуцируется только магнитным потоком Ф19 так как в последовательной обмотке ток отсутствует. Напряжение генератора достаточно для зажигания дуги. Во время сварки появляется ток в обмотке якоря и, следовательно, в последовательной обмотке возбуждения. При этом появляется магнитный поток Ф2 и электродвижущая сила (э. д. с.) индуцируется суммарным потоком Фх + Ф2. Падение напряжения внутри генератора при рабочем режиме компенсируется увеличивающимся магнитным потоком, и поэтому величина напряжения остается равной напряжению холостого хода. Для получения падающей внешней характеристики сварочные посты включают в цепь генератора через регулируемые балластные реостаты 4. Регулирование напряжения генератора производят реостатом 2, включенным в цепь параллельной обмотки возбуждения. Величину сварочного тока устанавливают изменением сопротивления балластного реостата. Многопостовой сварочный преобразователь ПСМ-1000 (рис. 23) состоит из сварочного генератора постоянного тока типа СГ-1000 и трехфазного асинхронного двигателя, смонтированных в одном корпусе. Генератор СГ-1000 шести полюсный, с самовозбуждением, имеет параллельную и последовательную обмотки, создающие магнитные потоки одинакового направления. В комплект сварочной машины входят девять балластных реостатов РБ-200, позволяющих развернуть девять постов. Реостатом РБ-200 можно устанавливать сварочный ток в пределах от 10 до 200 А. Преобразователи ПСМ-1000-I и ПСМ-1000-II существенных конструктивных отличий не имеют. Обмотки возбуждения генератора у ПСМ-1000-1 изготовлены из меди, а у ПСМ-1000-II - из алюминия. Последней модификацией является ПСМ-1000-4, состоящий из генератора ГСМ-1000-4 и электродвигателя А2-82-2 мощностью 75 кВт. В комплект преобразователя могут быть включены балластные реостаты РБ-200-1 (9 штук) или РБ-300-1 (6 штук). Балластный реостат РБ-200 (рис. 24) имеет пять рубильников, переключением которых устанавливают сопротивление реостата. Эти переключения позволяют регулировать величину сварочного тока ступенчато через каждый 10 А.


 

Применение многопостовых сварочных преобразователей позволяет значительно уменьшить площади под сварочным оборудованием, сократить расходы на ремонт, уход и обслуживание. Однако к. п. д. сварочного поста значительно ниже, чем при однопостовом генераторе, вследствие больших потерь мощности в балластных реостатах. Поэтому при выборе многопостовых или однопостовых сварочных машин следует произвести экономический расчет для каждого конкретного условия развертывания постов. Если экономически выгодно применение однопостовых сварочных машин, но мощность одного генератора недостаточна для работы сварочного поста, включают параллельно две сварочные машины. При параллельном включении генераторов необходимо соблюдать следующие условия. Генераторы должны быть одинаковыми по типу и внешним характеристикам. До включения необходимо отрегулировать генераторы на одинаковое напряжение холостого хода. После включения генераторов в работу следует с помощью регулирующих устройств установить по амперметру одинаковую нагрузку машин. При неодинаковой нагрузке напряжение одного генератора будет выше другого и генератор с низким напряжением, питаемый током второго генератора, будет работать как двигатель. Это приведет к размагничиванию полюсов генератора и выходу его из строя. Поэтому следует постоянно следить за показаниями амперметров и при необходимости производить" регулировку равномерности нагрузок генераторов.? Для уравнивания напряжения параллельно работающих генераторов G падающими внешними характеристиками применяют перекрестное питание их цепей возбуждения: обмотки возбуждения одного генератора питаются от щеток якоря другого генератора (рис. 25). Сварочные машины для этой цели имеют уравнительные контакты, которые надо при параллельной работе соединить между собой. При параллельном включении многопостовых преобразователей ПСМ-1000 необходимо клеммы на щитках генераторов ГС-1000, обозначенные буквой У (уравнительный), соединить между собой уравнительным проводом. Этим проводом последовательные обмотки генераторов соединяют параллельно, и таким образом исключают колебания в распределении нагрузки между генераторами. Сварочные аппараты переменного тока Применяемые на заводах и на строительно-монтажных площадках сварочные аппараты переменного тока подразделяют на четыре основные группы: сварочные аппараты с отдельным дросселем; сварочные аппараты со встроенным дросселем; сварочные аппараты с подвижным магнитным шунтом, сварочные аппараты с увеличенным магнитным рассеянием и подвижной обмоткой. Они отличаются по конструкции и электрической схеме. Сварочные аппараты состоят из понижающего трансформатора и специального устройства. Трансформатор обеспечивает питание дуги переменным током напряжением 60 ... 70 В, а специальное устройство служит для создания падающей внешней характеристики и регулирования величины сварочного тока. Сварочные аппараты с отдельным дросселем (рис. 26) состоят из понижающего трансформатора и дросселя. Трансформатор Тр имеет сердечник (магнитопровод) 2 из штампованных пластин, изготовленных из тонкой трансформаторной стали толщиной 0,5 мм. На сердечнике расположены первичная 1 и вторичная 3 обмотки. Первичная обмотка из изолированной проволоки подключается к сети переменного тока напряжением 220 или 380 В. Во вторичной обмотке, изготовленной из медной шины, индуцируется ток напряжением 60 ... 70 В. Небольшое магнитное рассеивание и малое омическое сопротивление обмоток обеспечивают незначительное внутреннее падение напряжения и высокий к. п. д. трансформатора. Последовательно вторичной обмотке в сварочную цепь включена обмотка 4 дросселя Др (регулятора тока). Сердечник (магнитопровод) дросселя набран из пластин тонкой трансформаторной стали и состоит из двух частей: неподвижной 5, на которой расположена обмотка дросселя, подвижной 6у перемещаемой с помощью винтового приспособления 7.? Дроссель предназначен для регулирования величины сварочного тока и создания падающей внешней характеристики трансформатора на дуге. При возбуждении дуги (при коротком замыкании) большой ток, проходя через обмотку дросселя, создает мощный магнитный поток, наводящий э. д. с. дросселя, направленную против напряжения трансформатора. Вторичное напряжение, развиваемое трансформатором, полностью поглощается падением напряжения в дросселе. Напряжение в сварочной цепи почти достигает нулевого значения. При возникновении дуги величина сварочного тока уменьшается. Вслед за ним уменьшается э. д. с. самоиндукции дросселя, направленная против напряжения трансформатора, и в сварочной цепи устанавливается рабочее напряжение, необходимое для устойчивого горения дуги, меньшее, чем напряжение холостого хода. Изменяя величину зазора а между неподвижным и подвижным магнитопроводами, изменяют индуктивное сопротивление дросселя и тем самым величину тока в сварочной цепи. При увеличении зазора магнитное сопротивление магнитопровода дросселя увеличивается, магнитный поток ослабляется, уменьшается э. д. с. самоиндукции катушки и ее индуктивное сопротивление. Это приводит к возрастанию сварочного тока. При уменьшении зазора величина сварочного тока уменьшается. По этой схеме изготовлены и эксплуатируются сварочные трансформаторы типа СТЭ. Трансформаторы СТЭ-24-у и СТЭ-34у не сложны по устройству и безопасны в работе и поэтому широко применяются при ручной дуговой сварке. На рис. 27 представлен трансформатор СТЭ-34 G регулятором (дросселем) РСТЭ-34. Трансформатор 1 и регулятор 2 заключены в отдельные кожухи из тонкой листовой стали с жалюзи для естественного охлаждения и установлены на колесики для перемещения. Первичная обмотка из изолированной проволоки размещена на двух катушках. Для включения трансформатора в сеть с напряжением 220 В обмотки катушек соединяются параллельно, а для сети напряжением 380 В используется последовательное соединение обмоток катушки. Вторичная обмотка из голой медной шины расположена поверх первичной обмотки на тех же катушках. При этом вторичная обмотка соединена всегда последовательно. На торцевой стенке кожуха на клеммовой доске расположены выводные концы первичной обмотки. На другой торцевой стенке на клеммовую доску выведены концы вторичной обмотки. Обмотка регулятора тока из голой медной шины размещена на нижней неподвижной части сердечника (магнитол провода). Обмотка имеет асбестовые прокладки, пропитанные теплостойким лаком. Верхняя подвижная часть сердечника перемещается при помощи рукоятки и винтовой пары. При вращении рукоятки по часовой стрелке воздушный зазор, а следовательно, и сварочный ток увеличиваются. Для уменьшения сварочного тока рукоятку вращают против часовой стрелки. Один оборот рукоятки изменяет сварочный ток примерно на 20 А.


 

Добавочный магнитопровод расположен над основным и состоит из неподвижной и подвижной частей, между которыми при помощи винтового механизма 3 устанавливается необходимый воздушный зазор а. Магнитопровод трансформатора собран из пластин трансформаторной стали толщиной 0,5 мм. Магнитный поток, создаваемый обмоткой дросселя, может иметь попутное или встречное направление с потоком, создаваемым вторичной обмоткой трансформатора, в зависимости от того, как включены эти обмотки. При встречном соединении магнитные потоки, возникающие при прохождении тока во вторичной обмотке трансформатора Фт и обмотке регулятора тока Фд, направлены навстречу друг другу. При этом напряжение холостого хода где - напряжение во вторичной обмотке трансформатора, В; х - напряжение в обмотке дросселя, В. При попутном включении магнитные потоки Фт и Фд имеют одинаковые направление и напряжение холостого хода: Регулирование величины сварочного тока производится изменением воздушного зазора а; чем больше зазор а, тем больше величина сварочного тока. Сварочный аппарат этого типа СТН-500, представленный на рис. 29, предназначен для ручной дуговой сварки. Здесь применено встречное включение вторичной обмотки трансформатора и обмотки дросселя. Обмотки трансформатора размещены на двух катушках. Каждая катушка содержит слой первичной обмотки из изолированной медной проволоки и сверху слой вторичной обмотки из голой медной шины. Обмотка дросселя изготовлена из неизолированной медной шины с асбестовыми прокладками, пропитанными теплостойким лаком. Она расположена в верхней части сердечника. Регулирование величины сварочного тока производится вращением рукоятки, как и в регуляторе типа РСТЭ. На торцах кожуха сварочного аппарата установлены клеммовые доски, к которым выведены с одной стороны концы первичной обмотки, а с другой - один конец вторичной обмотки и один конец обмотки дросселя. Для облегчения перемещения аппарат установлен на тележку. Сварочные аппараты СТН-500-1 отличаются от СТН-500 тем, что имеют алюминиевые обмотки. Сварочные аппараты ТСД конструктивно отличаются тем, что имеют дистанционное управление для регулирования величины сварочного тока. Перемещение подвижной части сердечника производится при помощи червячной передачи специальным электродвигателем. Включение привода производится с помощью двух магнитных пускателей. При включении одного из них сварочный ток возрастает, а второй пускатель служит для уменьшения сварочного тока. Для охлаждения аппарата установлен вентилятор с электродвигателем трехфазного тока мощностью 0,25 кВт. Применяются они главным образом при автоматической сварке. Основные данные, характеризующие сварочные аппараты с дросселем, даны в табл. 3. Сварочные аппараты увеличенным магнитным рассеянием и подвижным магнитным шунтом (рис. 30) имеют целый замкнутый магнитопровод, у которого на одном стержне расположены первичная 4 и вторичная 3 обмотки, а на другом - реактивная обмотка 1. Между ними находятся стержень - магнитный шунт 2. Шунт замыкает магнитные потоки, создаваемые первичной и реактивной обмотками. При этом образуются магнитные потоки рассеяния, которые создают значительное индуктивное сопротивление. Таким образом обеспечивается падающая внешняя характеристика трансформатора. Регулирование величины сварочного тока производится перемещением магнитного шунта вдоль направления магнитного потока. При выдвижении шунта рассеяние магнитных потоков первичной и реактивной обмоток уменьшается, вследствие чего уменьшается индуктивное сопротивление трансформатора. При этом величина сварочного тока возрастает. По такому принципу работают сварочные аппараты типа СТАН и СТШ. Сварочные аппараты типа СТШ имеют магнитный шунт, состоящий из двух половин, которые могут сдвигаться и раздвигаться. При полностью сдвинутых половинах шунта сварочный ток минимальный. Если раздвигать половины шунта, то магнитный поток рассеяния уменьшается и поэтому величина сварочного тока возрастает. В строительстве и промышленности применяют сварочные аппараты СТШ-300, СТШ-500 и СТШ-500-80. Аппарат СТШ-500-80 отличается от первых двух типов тем, что имеет два диапазона сварочных токов (катушки обмоток могут переключаться с последовательного соединения для малых сварочных токов на параллельное соединение для больших сварочных токов). Для работы в монтажных условиях рекомендуются аппараты легкого типа СТШ-250 массой. Краткая характеристика сварочных аппаратов типа СТШ приведена в табл. 4. Сварочные аппараты с увеличенным магнитным рассеянием и подвижной обмоткой. Трансформатор имеет магнитопровод, на обоих стержнях которого расположены по две катушки, одна - с первичной обмоткой, а вторая - со вторичной обмоткой. Первичная обмотка закреплена неподвижно в нижней части сердечника. Катушки вторичной обмотки перемещаются по стержню при помощи винтового механизма. Регулирование сварочного тока осуществляется изменением расстояния между первичными и вторичными обмотками. При увеличении этого расстояния магнитный поток рассеяния возрастает, а сварочный ток уменьшается. По этому принципу изготовлены трансформаторы типа ТС (рис. 31), ТСК и ТД с алюминиевыми обмотками. Сварочные аппараты ТСК имеют конденсаторы, которые включены параллельно первичным обмоткам. Они способствуют повышению коэффициента мощности. Трансформаторы типа ТД имеют два диапазона сварочных токов; большие токи при параллельном соединении катушек первичных и вторичных обмоток и малые токи при последовательном соединении обмоток. Переключение обмоток производится одновременно пакетным переключателем. В каждом диапазоне плавное регулирование тока осуществляется изменением расстояния между катушками первичной и вторичной обмоток. Удобны для работы в условиях монтажно-строительной площадки трансформаторы ТД-304, отличающиеся от ТД-300 наличием устройства для дистанционного регулирования сварочного тока в виде дополнительной приставки. Основные данные сварочных аппаратов типа ТС, ТСК и ТД даны в табл. 5. Промышленность выпускает облегченные переносные сварочные аппараты типа ТСП-1 и ТСП-2, очень удобные для эксплуатации в условиях монтажно-строительной площадки. Они предназначены для сварки коротких швов, прихваток, т. е. при сварке с большими перерывами. Вторичная обмотка трансформатора ТСП-1 секционирована, что позволяет ступенчато регулировать сварочный ток переключением секции. Переключение производится перемычкой на броневой доске трансформатора. Масса сварочного аппарата ТСП-1 35 кг, пределы сварочного тока 105 ... 180 А. Масса аппарата ТСП-2 63 кг, номинальный ток 300 А. Трехфазные 'сварочные аппараты применяют при сварке трехфазной дугой спаренными электродами. Процесс сварки осуществляется сварочными дугами, которые возбуждаются между каждым электродом и свариваемой деталью и между электродами. Аппарат (рис. 32) состоит из трехфазного трансформатора, регулятора сварочного тока и магнитного контактора 3. Первичная обмотка включается в силовую сеть напряжением 220 В (соединение обмоток в треугольник) или 380 В (соединение обмоток в звезду). Вторичная обмотка имеет по две катушки на каждом стержне и выполнена из голой медной шины. Регулятор сварочного тока состоит из двух магнитопроводов с изменяющимися воздушными зазорами и трех обмоток. Две обмотки 5 и 6 расположены на одном магнитопроводе и подключены к спаренным в едином электрододержателе, но изолированным друг от друга, электродам 7 и 8. Третья обмотка 4 расположена на втором магнитопроводе и подключена к свариваемой детали. Регулятор вмонтирован в общий корпус и снабжен двумя рукоятками, с помощью которых производится регулирование сварочного тока (изменением воздушных зазоров в магнитопроводах). Одной рукояткой регулируют ток одновременно в обеих фазах, подключенных к электродам, а второй рукояткой - в фазе свариваемого изделия. Магнитный контактор 3 служит для включения и размыкания цепи спаренных электродов. В начальный момент при возбуждении дуги сварочная цепь замыкается через свариваемую деталь и один из электродов (на рисунке электрод 8). Ток проходит по обмотке 4 регулятора и обмотке 2 контактора. Контактор включает обмотку 5 регулятора. Возникает вторая дуга. При отводе электродов от детали ток в обмотке 4 и обмотке 2 прекращается и контактор выключает цепь обмотки 5, гасит дугу между электродами. Трехфазный сварочный аппарат ЗСТ конструкции проф. Н. С. Силунова имеет мощность 45 кВ / А, вторичное напряжение 60 В, сварочный ток 450 А. Заводом «Электрик» выпущены сварочные аппараты Для трехфазной ручной сварки типа ТТС-400 на 400 А, состоящие из двух трансформаторов СТН, спаренных в едином корпусе. Питание трехфазной сварочной дуги при этом может быть осуществлено по схеме, приведенной на рис. 33. Для автоматической сварки заводом «Электрик» выпущены сварочные аппараты типа ТТСД-1000 на 1000 А, состоящие из двух сварочных трансформаторов ТСД-1000-4, спаренных в едином корпусе. Применение трехфазных сварочных аппаратов имеет большое экономическое значение, так как они обеспечивают высокую производительность, экономию электроэнергии (к. п. д. достигает до 0,9) и равномерную загрузку фаз сети при высоком коэффициенте мощности (cos ф = 0,8). Однако сварка трехфазным током получила ограниченное применение ввиду сложности сварочного оборудования и непригодности для сварки в потолочном и вертикальном положениях. При необходимости обеспечить большой сварочный ток и отсутствии сварочных аппаратов достаточной мощности можно применять параллельное включение трансформаторов. Схема такого включения сварочных аппаратов представлена на рис. 34. Для параллельной работы можно применять трансформаторы с одинаковыми внешними характеристиками и одинаковым напряжением первичной и вторичной цепи. Одноименные концы первичных обмоток а соединяют между собой и общие клеммы 1 включают в силовую сеть переменного тока. Одноименные концы вторичной обмотки b также соединены между собой. От одной клеммы 2 провод подключен к дросселю, а от второй клеммы 3 - к детали. Дроссели соединяют между собой также параллельно. Регулирование сварочного тока производят вращением рукояток дросселей так, чтобы обеспечить равенство нагрузок на трансформаторы. Равенство нагрузок проверяют амперметром. В некоторых случаях для повышения устойчивости горения дуги, питаемой переменным током, применяют способ наложения на сварочный ток частотой 50 Гц токов высокой частоты (150 500 кГц) и высокого напряжения (1500 ... 6000 В). Такие меры предпринимают при сварке тонкостенных изделий дугой малой мощности и сварочном токе 20...40 А, а также при сварке в защитном газе, сварке специальных сталей и некоторых цветных металлов. Для получения токов высокой частоты и высокого напряжения применяют осцилляторы. Принципиальная схема осциллятора ОСПЗ-2М и включение его в сварочную цепь показаны на Осциллятор ОСПЗ-2М включают непосредственно в питающую сеть напряжением 220 В. Он состоит из повышающего трансформатора ПТ и колебательного контура. Трансформатор ПТ повышает напряжение с 220 до 6000 В. Колебательный контур, состоящий из высокочастотного трансформатора ВЧТ, конденсатора Сб и разрядника Я, вырабатывает высокочастотный ток. Контур связан со сварочной цепью индуктивно через трансформатор ВЧТ, выводы вторичной обмотки которого присоединяются один - к клемме «Земля» 'выводной панели, а другой - ко второй клемме через конденсатор Св и предохранитель. Конденсатор Св препятствует прохождению тока высокого напряжения и низкой частоты в сварочную цепь и служит для защиты сварщика в случае пробоя конденсатора С5. Предохранитель Пр2 выключает осциллятор в случае пробоя конденсатора Сб. Для устранения радиопомех в питающей сети осциллятор снабжен фильтром из двух защитных дросселей Др1 и Др2 и четырех конденсаторов С2, Сз и С4. Фильтр защищает цепь питания от токов высокой частоты. Для общей защиты от радиопомех осциллятор имеет экранирующий металлический кожух. При применении осциллятора дуга загорается легко даже без прикосновения электрода к изделию (при зазоре 1 ... 2 мм), что объясняется предварительной ионизацией воздушного промежутка между электродом и свариваемой деталью. Подключение осциллятора к клеммам вторичной обмотки сварочного трансформатора производят проводами сечением 1,5 мм2, подключение в сварочную цепь - одножильным высоковольтным проводом сечением 1,5 мм2 с металлической экранировкой. Металлический корпус осциллятора должен быть заземлен. Институтом электросварки им. Е. О. Патона разработан импульсный генератор ГИ-1, который подает ток высокого напряжения (200 ... 300 В) импульсами в те моменты, когда напряжение в сварочной цепи переходит через нулевое значение. Такие генераторы более надежны в работе и более экономичны, так как требуют меньше энергии, чем осцилляторы. § 7. Сварочные выпрямители Сварочные выпрямители получили большое распространение. Основные их преимущества следующие: высокий к. п. д. и относительно небольшие потери холостого хода; высокие динамические свойства при меньшей электромагнитной индукции; отсутствие вращающихся частей и бесшумность в работе; равномерность нагрузки фаз; небольшая масса; возможность замены медных проводов алюминиевыми. Однако следует иметь в виду, что для выпрямителей продолжительные короткие замыкания представляют большую опасность, так как могут вывести из строя диоды. Кроме того, они чувствительны к колебаниям напряжения тока в сети. Все же по основным технико-экономическим показателям сварочные выпрямители являются более прогрессивными, чем, например, сварочные преобразователи. Сварочные выпрямители состоят из двух основных блоков: понижающего трехфазного трансформатора с устройствами для регулирования напряжения или тока и выпрямительного блока. Кроме того, выпрямитель имеет пускорегулирующее и защитное устройства, обеспечивающие нормальную его эксплуатацию. Для выпрямления тока используется свойство полупроводникового вентиля проводить ток только в одном направлении. Наибольшее применение получили селеновые и кремниевые вентили. Селеновые вентили более дешевые, выдерживают небольшие перегрузки, но чувствительны к нагреву, и требуют хорошего охлаждения. Кремниевые вентили имеют более высокий коэффициент полезного действия.? Выпрямление тока осуществляется по трехфазной мостовой схеме Ларионова. Схема представляет собой мост, состоящий из шести плеч. В каждом плече моста установлены вентили, которые обеспечивают выпрямление обоих полупериодов переменного тока в трех фазах (рис. 36). В практике применяют различные типы сварочных выпрямителей (табл. 6).


 

Сварочные выпрямители с жесткой внешней характеристикой типов ВС и ВДГ предназначены для сварки в защитном газе плавящимся электродом, автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, порошковой проволокой и др. Они просты в устройстве и надежны в работе. Имея общую принципиальную схему, выпрямители этого типа отличаются в основном мощностью и количеством ступеней регулирования. Выпрямители состоят из понижающего трехфазного трансформатора, выпрямительного блока, двух универсальных переключателей для переключения витков первичной обмотки трансформатора (для грубой и тонкой регулировки), дросселя (для обеспечения нарастания тока короткого замыкания и сглаживания пульсаций) и вентилятора. Сварочные выпрямители с падающими внешними характеристиками выпускают типов ВСС, ВКС и ВД. Сварочные выпрямители типа ВСС состоят из понижающего трехфазного трансформатора с подвижными обмотками, выпрямительного селенового блока с вентилятором, пускорегулирующей и защитной арматурой. Понижающий трансформатор выполнен с повышенным магнитным рассеянием, которое регулируется изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками.? Два диапазона регулирования сварочного тока получаются путем соединения первичной и вторичной обмоток звездой (малые токи) и треугольником (большие токи). Плавное регулирование в пределах каждого диапазона производится изменением расстояния между катушками первичной (нижней подвижной) и вторичной (верхней неподвижной) обмоток. Оно осуществляется вращением рукоятки, находящейся сверху сварочного выпрямителя. При вращении рукоятки по часовой стрелке катушки обмоток сближаются, индуктивность рассеяния уменьшается, сварочный ток увеличивается. Обмотки трансформатора выполнены из алюминия. Выпрямительный блок из селеновых пластин 100 X 400 мм собран по трехфазной мостовой схеме. Охлаждение блока осуществляется вентилятором. Сварочные выпрямители типа В КС имеют следующие основные отличия от типа ВСС: выпрямительный блок составлен из кремниевых вентилей ВК-200, собранных также по трехфазной мостовой схеме, а перемещение катушек обмоток для регулирования сварочного тока производится асинхронным двигателем с дистанционным управлением. Широкое применение получили сварочные выпрямители ВД-101 и ВД-301 с кремниевыми вентилями и ВД-102 и ВД-302 с селеновыми вентилями. Они не сложны по устройству, обладают достаточно высоким коэффициентом полезного действия и имеют небольшую массу. Сварочные выпрямители типа ВСУ и ВДУ являются универсальными источниками питания дуги. Они предназначены для питания дуги при автоматической и полуавтоматической сварке под флюсом, в защитном газе, порошковой проволокой, а также при ручной дуговой сварке. Выпрямители ВСУ кроме обычных блока трехфазного понижающего трансформатора и выпрямительного блока имеют дроссель насыщения с четырьмя обмотками. Переключением этих обмоток можно получать жесткую, пологопадающую и крутопадающую внешнюю характеристику сварочного выпрямителя. Выпрямители ВДУ основаны на использовании в выпрямляющих силовых обмотках управляемых вентилей-тиристоров. Схема управления тиристорами позволяет получать необходимый для сварки вид внешней характеристики, обеспечивает широкий диапазон регулирования сварочного тока и стабилизацию режима сварки при колебаниях напряжения питающей сети. Для санитарно-технических монтажных сварочных работ на строительстве Институт электросварки им. Е. О. Патона разработал переносный сварочный выпрямитель ВЖ-2М, предназначенный для питания полуавтоматов и автоматов при сварке открытой дугой и в защитном газе стыков труб диаметром от 20 до 100 мм. Внешняя характеристика - пологопадающая; число ступеней регулирования - 9; масса 50 кг. Монтаж и обслуживание сварочного оборудования Сварочный пост дуговой сварки - место производства сварочных работ - оснащается в зависимости от вида сварочных работ, выбранной технологии сварки и ряда других факторов. На заводах сварочные посты располагаются в специальных кабинах площадью не менее 2 X 2,5 м2 каждая. Кабину отгораживают перегородками, а вход закрывают занавесками, пропитанными огнестойким составом. При сварке громоздких деталей и крупногабаритных сварных конструкций сварочные посты развертывают открыто в цехе, на монтажно-строительной площадке, на магистральной трассе. При этом рабочее место по возможности огораживают защитными щитами или ширмами. Основное оборудование сварочного поста состоит из источника питания дуги, сварочных проводов, электрододержателя и различных приспособлений, необходимых для закрепления свариваемых деталей. При размещении поста в кабине в ней устанавливают металлический стол с массивной чугунной или стальной крышкой площадью в 1 м2, на которой производят сварочные работы, и винтовой стул с откидной спинкой. Кабина должна иметь местную вытяжную вентиляцию и заземляющий провод. В условиях монтажно-строительной площадки при отсутствии заземляющей шины или иного заземляющего устройства применяют искусственное заземление. Источники питания дуги размещают непосредственно на каждом рабочем месте или группируют в машинном отделении сварочного цеха. В последнем случае в цехе на определенных расстояниях друг от друга располагают постоянные щитки с клеммами для подключения сварочных проводов. К щиткам ток подводится от источника питания постоянной проводкой. При наличии нескольких сварочных постов следует применять многопостовые сварочные агрегаты, имеющие более высокие коэффициенты использования и мощности. Кроме этого, они более удобны по условиям ухода и обслуживания. Сварочные многопостовые преобразователи типа ПСМ-1000 устанавливают на фундаменте. Допускается установка на временном фундаменте в виде жестко связанной деревянной рамы из брусьев (или бревен), к которой болтами крепится корпус сварочного преобразователя. При наличии на монтажно-строительной площадке электросиловой сети для выполнения сварочных работ применяют передвижные сварочные преобразователи постоянного тока или аппараты переменного тока в зависимости от вида работ. Например, некоторые сорта легированных сталей лучше сваривать постоянным током. Ответственные сварочные работы, выполняемые особыми электродами, как правило, требуют постоянного тока. В этих случаях применяют преобразователи постоянного тока. Однако они требуют более трудоемкого ухода и обслуживания, чем аппараты переменного тока. Сварочные трансформаторы получили более широкое распространение благодаря значительной простоте конструкции, относительно меньшему расходу элДобавочный магнитопроводД-304, отличающиеся от ТД-300 наличием устройства для дистанционного регулирования сварочного тока в виде дополнительной приставки. Основные данные сварочных аппаратов типа ТС, ТСК и ТД даны в табл. 5. Промышленность выпускает облегченные переносные сварочные аппараты типа ТСП-1 и ТСП-2, очень удобные для эксплуатации в условиях монтажно-строительной площадки. Они предназначены для сварки коротких швов, прихваток, т. е. при сварке с большими перерывами. Вторичная обмотка трансформатора ТСП-1 секционирована, что позволяет ступенчато регулировать сварочный ток переключением секции. Переключение производится перемычкой на броневой доске трансформатора. Масса сварочного аппарата ТСП-1 35 кг, пределы сварочного тока 105 ... 180 А. Масса аппарата ТСП-2 63 кг, номинальный ток 300 А. Трехфазные ектроэнергии, высокому к. п. д. и другим экономическим показателям. Приведенные в табл. 7 сравнительные данные позволяют оценить преимущества сварочных аппаратов переменного тока. При отсутствии на монтажно-строительной площадке электроэнергии (например, при монтаже металлических мачт высоковольтной линии, прокладке магистральных трубопроводов, монтаже и изготовлении крупногабаритных емкостей) применяют сварочные преобразователи с приводом от двигателя внутреннего сгорания типа САК, АСБ, АСД, ПАС, СДУ. В процессе эксплуатации источники сварочного тока требуют внимательного ухода и обслуживания. Это гарантирует их длительную и надежную работу. Перед включением источника тока необходимо выполнить следующие работы. Очистить его от пыли и грязи. Осмотреть и при наличии мелких дефектов устранить их. У сварочных преобразователей особое внимание следует обратить на подшипники, коллектор и щеточный механизм генератора. Щетки должны плотно прилегать к чистой поверхности коллектора. У аппаратов переменного тока следует регулярно проверять состояние контактов, изоляции и крепежных деталей сердечника и кожуха. Необходимо чаще смазывать регулировочный механизм. У сварочных выпрямителей особого внимания требует система охлаждения (вентилятор, жалюзи, реле). Кроме того, следует проверять подтяжку крепежных деталей, наличие и надежность крепления заземляющего провода, правильно подобрать и надежно присоединять сварочные пtext/javascriptровода от генератора к свариваемому изделию и к электрододержателю. Сварочные провода выбирают в зависимости от величины наибольшего допустимого сварочного тока. Практика показала, что характер сварочных работ допускает некоторую перегрузку проводов и рекомендует следующие нормы. Эти нормы установлены при длине проводов не более 30 м. Если длина провода значительная, необходимо проверить величину падения напряжения по формуле (13) и сделать корректировку сечения провода. Систематический правильный уход и эксплуатация источников питания дуги позволяют значительно повысить надежность и долговечность их работы. Некоторые узлы источников сварочного тока требуют первоочередного внимания. В сварочных преобразователях постоянного тока особого ухода требуют коллектор, щеточный механизм и подшипники. Коллектор должен быть чистым, без следов нагара. Слюдяные прокладки не должны выступать между пластинами. Еженедельно (при необходимости чаще) перед пуском в ход необходимо протирать коллектор полотняной тряпкой, смоченной в бензине. При обнаружении нагара прежде всего следует выяснить и устранить причину появления нагара, а затем прошлифовать коллектор на ходу при поднятых щетках равномерно по всей рабочей поверхности. Для шлифования применяют мелкозернистую прессованную пемзу или мелкую стеклянную бумагу, натянутую на деревянную колодку, хорошо облегающую рабочую поверхность коллектора. Выступающие слюдяные прокладки необходимо осторожно выбрать специальной пилкой на глубину 1 мм и затем зачистить поверхность коллектора от заусенцев и прошлифовать коллектор. После шлифования следует аккуратно протереть коллектор, не допуская попадания пыли в машину. Щеточный механизм требует регулярной проверки. Изношенные или поврежденные щетки подлежат замене» При этом новую щетку до эксплуатации необходимо притереть к коллектору. Для этого щетку устанавливают на место и под нее на коллектор вводят полоску стеклянной бумаги (стеклом к щетке) в направлении вращения коллектора. Притирку производят при нормальном нажатии щеткодержателя до полного прилегания рабочей поверхности щетки к коллектору. Образующуюся пыль удаляют продувкой воздухом, а для окончательной пришлифовки щеток генератор включают на холостом режиме. Подшипники генератора и электродвигателя требуют не реже двух раз в год тщательной промывки и смазки. Ежедневно в процессе эксплуатации следует внимательно следить за состоянием смазки при необходимости производить замену или долив. Нарушение работы подшипника обнаруживается по нагреву и ненормальному шуму. При работе на открытом воздухе на территории завода или в условиях строительной площадки необходимо принимать меры по защите агрегата от естественных осадков. Уход и обслуживание сварочных аппаратов переменного тока заключается в проверке зажимов и креплений, обеспечении плотного контакта в соединениях проводки. При перемещении аппарата необходимо пользоваться ручками или подъемными кольцами кожуха трансформатора. При работе на открытом воздухе следует принять меры защиты сварочного аппарата от атмосферных осадков. Устанавливать трансформатор следует в местах, безопасных от механического повреждения и от воздействия высоких температур. Сварочные выпрямители через каждые три месяца должны очищаться от грязи и пыли продувкой сухим сжатым воздухом. Все трущиеся части механизмов выпрямителя должны смазываться два раза в год. Особое внимание следует обратить на работу вентилятора, так как его неисправность приводит к перегреву полупроводниковых элементов и выходу из строя выпрямителя. Необходимо в процессе эксплуатации все мелкие дефекты устранять, подтягивать крепежные детали, проверять надежность контактов. Важно также не допускать перегрузки выпрямителя.


 

Понятие о свариваемости Процесс сварки представляет собой сочетание нескольких, одновременно протекающих процессов, которые определяют качество получаемого сварного соединения. К этим процессам относятся: тепловое воздействие на металл около шовных участков, процесс плавления, металлургические процессы, кристаллизация металла шва и процесс взаимной кристаллизации металлов. Протекание этих процессов определяется в основном свойствами свариваемых металлов. Однако такие факторы, как слишком высокая температура, очень большие скорости охлаждения, необоснованный выбор присадочного металла и режима сварки, могут значительно снизить качество сварного соединения. При разнородных металлах процесс взаимной кристаллизации может не произойти, вследствие чего сварка таких металлов не может быть осуществлена. Свариваемостью называется свойство металлов или сочетание свойств металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Большое влияние на свариваемость металлов и сплавов оказывает их химический состав. Это особенно наглядно видно на примере железоуглеродистых сплавов. Свариваемость углеродистой стали изменяется в зависимости от содержания основных примесей. Углерод является наиболее важным элементом в составе стали, определяющим почти все основные свойства стали в процессе обработки, в том числе и свариваемость. Низкоуглеродистые стали (С < 0,25%) свариваются хорошо. Среднеуглеродистые стали, содержащие до 0,35% С, также свариваются хорошо. Стали, содержащие углерод более 0,35%, свариваются хуже. При этом с увеличением содержания углерода в стали свариваемость ухудшается. В около шовных зонах появляются закалочные структуры и трещины, а шов получается пористым. Поэтому для получения качественного сварного соединения возникает необходимость применять различные технологические приемы. Марганец в стали содержится обычно от 0,3 до 0,8% и не затрудняет сварку стали. Однако при повышенном содержании марганца (1,8... 2,5%) прочность, твердость и закаливаемость стали возрастают и это способствует образованию трещин. При сварке высокомарганцовистых сталей (11 ... 16% марганца) происходит выгорание марганца, поэтому предпринимают меры по восполнению марганца через электродное покрытие, флюсы и др. Кремний содержится в обычной углеродистой стали в пределах от 0,02 до 0,3% и существенного влияния на свариваемость не оказывает. При повышенном содержании (0,8 ... 1,5%) кремний затрудняет сварку, так как придает стали жидкотекучесть и образует тугоплавкие окислы и шлаки. Сера является самой вредной примесью стали. Содержание серы в стали допускается не более 0,05%. Сера образует в металле сернистое железо, которое имеет более низкую температуру плавления, чем сталь, и плохо растворяется в расплавленной стали. При кристаллизации стали сернистое железо располагается между кристаллами металла шва и способствует образованию горячих трещин. Фосфор является также вредной примесью стали. Содержание фосфора в стали доходит до 0,05%. Фосфор ухудшает свариваемость стали, так как образует хрупкое фосфористое железо, придает стали хладноломкость. Свариваемость стали принято оценивать по следующим показателям: склонность металла шва к образованию горячих и холодных трещин; склонность к изменению структуры в околошовной зоне и образованию закалочных структур; физико-механические качества сварного соединения; соответствие специальных свойств сварного соединения техническим условиям (жаропрочность, износостойкость и др.). Для определения свариваемости применяют два основных метода: метод МВТУ им. Баумана (валиковая проба) и метод Кировского завода. По методу МВТУ производят широкое исследование свариваемости стали. Для этого изготавливают образцы, на которые наплавляют по одному валику. Наплавка производится при различной погонной энергии в пределах от 420-103 до 840-104 Дж/м (от 1000 до 20000 кал/см). Обработанные и протравленные образцы подвергают макро-и микроисследованиям, а затем механическим испытаниям на загиб и ударную вязкость. Результаты исследования позволяют не только оценить свариваемость стали, но и установить оптимальные режимы сварки. Методом Кировского завода исследование проводят на образцах из толстолистовой стали. Пластины размером 130x130 мм имеют в середине выточку диаметром 80 мм. При этом оставшиеся донышки у выточек должны иметь толщину 2,4 и 6 мм. В выточку по диаметру наплавляют валик и в процессе наплавки пластину охлаждают с наружной стороны проточной водой или струей воздуха. По этому методу стали считаются сваривающимися хорошо, если трещины отсутствуют, удовлетворительно, если трещины образуются при охлаждении водой, но отсутствуют при охлаждении воздухом; ограниченно, если сталь для предупреждения образования трещин требует предварительного подогрева до 100... 150° С и охлаждения на воздухе. Плохо сваривающиеся стали требуют предварительного подогрева до 300° С и выше. Углеродистые стали по свариваемости можно условно подразделить на следующие группы: хорошо сваривающиеся стали: СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4 (ГОСТ 380-71), 08, 10, 15, 20, 25 (ГОСТ 1050-74); удовлетворительно сваривающиеся стали: Ст5 (ГОСТ 380-71), 30,35 (ГОСТ 1050-74); ограниченно сваривающиеся стали: Стб, Ст7 (ГОСТ 380-71), 40 45, 50 (ГОСТ 1050-74); плохо сваривающиеся стали 50Г, 60Г, 65Г, 65, 70, 75, 80, 85 (ГОСТ 1050-74). В сварных строительных конструкциях используют главным образом стали первой группы. Стали СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5 применяют при изготовлении различных строительных конструкций, арматуры железобетонных изделий, горячекатаных и сварных труб с прямым и спиральным швами. Из сталей СтЗ изготовляют бункера, резервуары, газгольдеры, подкрановые балки, конструкции доменного комплекса, балки различных перекрытий. Стали 10, 15, 20, 25 используют для производства горячекатаных труб. Эти стали хорошо поддаются сварке и образуют сварной шов без хрупких структур и пористости.


 

Под воздействием теплоты электрической дуги происходит расплавление кромок свариваемого изделия, электродного (или присадочного) металла и покрытия или флюса. При этом образуется сварочная ванна расплавленного металла, окруженная оболочкой (иногда значительной толщины) относительно холодного металла и покрытая слоем расплавленного шлака. При сварке происходит взаимодействие расплавленного металла со шлаком, а также с выделяющимися газами и воздухом. Это взаимодействие начинается с момента образования капель металла электрода и продолжается до полного охлаждения наплавленного металла шва. Основные особенности металлургических процессов, протекающих при сварке, определяются следующими условиями: высокой температурой процесса, небольшим объемом ванны расплавляемого металла, большими скоростями нагрева и охлаждения металла, отводом теплоты в окружающий ванну основной металл и, наконец, интенсивным взаимодействием расплавляемого металла с газами и шлаками в зоне дуги. Высокая температура сварочной дуги значительно ускоряет физико-химические процессы, происходящие при плавлении металла. Она вызывает также диссоциацию (распад) молекул кислорода и азота в атомарное состояние, при котором эти газы, обладая большей химической активностью, более интенсивно взаимодействуют с расплавленным металлом шва. Кроме того, в зоне дуги происходит распад молекул паров воды с диссоциацией молекул водорода. При этом атомарный водород активно насыщает металл шва. Высокая температура способствует выгоранию примесей и тем самым изменяет химический состав свариваемого металла. Небольшой объем ванны расплавленного металла (при ручной сварке 0,5 ...1,5 см8, при автоматической сварке 24 ... 300 см8) и интенсивный отвод теплоты в окружающий ванну металл не дают возможности полностью завершиться всем реакциям взаимодействия между жидким металлом, газами и расплавленным шлаком. Большие скорости нагрева и охлаждения значительно ускоряют процесс кристаллизации, приводят к образованию закалочных структур, трещин и ряду других дефектов. Под воздействием теплоты происходят структурные изменения в металле около шовной зоны, которые также приводят к ослаблению сварного шва.ть представляют сквозные прожоги и проплавление металла. Сталь толщиной 0,5 ... 1,0 мм "следует сваривать внахлестку с проплавлением через верхний лист (рис. 47, а) или встык с укладкой между свариваемыми кромками стальной полосы (рис. 47, б). Во втором случае расплавление кромок должно происходить при косвенном воздействии дуги. Сварку производят на пониженных режимах. Питание дуги - от преобразователей ПС-100-1? или аппарата переменного тока ТС-120, так как они отличаются повышенным напряжением холостого хода и относительно малыми величинами сварочного тока. Рекомендуются следующие режимы сварки. Применяют электроды с покрытием марок МТ или ОМА-2. Сварку ведут на массивных теплоотводящих медных подкладках. Такой способ теплоотвода предохраняет металл от сквозного прожога и способствует хорошему формированию шва. Тонколистовую сталь можно сваривать с отбортовкой кромок (рис. 47, в). Сварку производят постоянным током неплавящимся электродом (угольным или графитовым) диаметром 6 ... 10 мм при величине сварочного тока 120... 160 А. Применение других способов сварки тонколистового материала рассмотрено в соответствующих главах. Металл большой толщины сваривают в несколько проходов. Разделка кромок может быть заполнена слоями или валиками. При толщине металла 15 ... 20 мм сварку выполняют секциями способом двойного слоя (рис. 48, а). Шов разбивают на участки длиной 250 ... 300 мм и каждый участок заваривают двойным слоем. Наложение второго слоя производят после удаления шлака по неостывшему первому слою. При толщине металла 20 ... 25 мм и более применяют сварку каскадом или сварку горкой. Каскадный способ заключается в следующем. Весь шов разбивают на участки и сварку ведут непрерывно. Окончив сварку слоя на первом участке, продолжают выполнение следующего слоя второго участка по неостывшему предыдущему слою, как показано на рис. 48, б. Сварка горкой является разновидностью сварки каскадом и обычно выполняется двумя сварщиками одновременно. Сварка горкой ведется от середины шва к краям, как показано на рис. 48, в. Такие способы сварки обеспечивают более равномерное распределение температуры и значительное снижение сварочных деформаций. Способы выполнения сварных швов по длине зависят от их протяженности. Условно принято различать: короткие швы длиной до 250 мм, средние швы длиной 250 ... 1000мм и длинные швы протяженностью более 1000 мм. Короткие швы выполняют сваркой на проход (рис. 49, а). Швы средней длины сваривают либо от середины к краям, либо так называемой обратноступенчатой сваркой (рис. 49, б и в). Обратноступенчатая сварка заключается в том, что весь шов разбивают на участки и сварку участка производят в направлении, обратном общему направлению сварки шва. Конец каждого участка совпадает с началом предыдущего участка. Длина участка выбирается в пределах 100 ... 300 мм в зависимости от толщины металла и жесткости свариваемой конструкции. Швы большой длины сваривают обратноступенчатой сваркой. Сварка при низких температурах отличается следующими основными особенностями. Стали изменяют свои механические свойства, понижается ударная вязкость и уменьшается угол загиба, ухудшаются пластические свойства и несколько повышается хрупкость, а отсюда склонность к образованию трещин. Это особенно заметно у сталей, содержащих углерод более 0,3%, а также у легированных сталей, склонных к закалке. Металл сварочной ванны охлаждается значительно быстрее, а это приводит к повышению содержания газов и шлаковых включений и, как следствие, - к снижению механических свойств металла шва. В связи с этим установлены следующие ограничения сварочных работ при низкой температуре. Сварка металла толщиной более 40 мм при температуре 0° С допускается только с подогревом. Подогрев необходим для сталей толщиной 30 ... 40 мм при температуре ниже - 10° С, для сталей толщиной 16 ... 30 мм при температуре ниже - 20° С и для сталей толщиной менее 16 мм при температуре ниже - 30° С. Для подогрева металла применяют индукционные нагревательные устройства или нагреватели иного вида (печи, горелки). Сварку производят электродами типа Э42А, Э46А, Э50А, обеспечивающими высокую пластичность и вязкость металла шва. Величина тока на 15 ... 20% выше нормального. Рабочее место должно быть максимально защищено от ветра и снега. Высокопроизводительные способы ручной дуговой сварки Сварка с глубоким проплавлением (методом опирания) - рис. 50. Для получения глубокого проплавления используют электрод 4 с утолщенным покрытием. Стержень электрода плавится быстрее покрытия, поэтому на конце электрода образуется «чехольчик». Опираясь этим чехольчиком на кромки свариваемого изделия 5, перемещают электрод вдоль шва 3 без колебательных движений (1 - шлак, 2 - металл шва). Для получения узких швов рекомендуется усиливать нажим на электрод в направлении сварки, а для получения более широких швов нажим необходимо ослаблять. Такой метод обеспечивает повышение производительности сварки за счет уменьшения расхода наплавляемого металла на единицу длины шва. Короткая дуга и большая концентрация теплоты значительно увеличивают глубину проплавления основного металла. В закрытой чехольчиком зоне дуги 3 потери металла на угар и разбрызгивание минимальные. Величина сварочного тока может быть повышена на 40 ... 60% по сравнению с нормальной. Такой метод особенно эффективен при сварке угловых и тавровых соединений в нижнем положений или «в лодочку». Производительность сварки при этом повышается по сравнению с обычной на 50 ...70%. Основным электродом для сварки с глубоким проплавлением является ЦМ-7с. Менее эффективно применение электродов ОММ-5, МЭЗ-04. Сварка таким методом не требует квалификации и легко осваивается сварщиком. Сварка пучком электродов (рис. 51). Два или несколько электродов с качественным покрытием связывают в двух-трех местах по длине тонкой проволокой, а оголенные от покрытия концы прихватывают сваркой. Через электрододержатель ток подводится одновременно ко всем электродам. Дуга возбуждается на том электроде, который ближе к свариваемому изделию. По мере проплавления дуга переходит от одного электрода к другому. При таком методе электрод нагревается значительно меньше, что позволяет работать при больших токах. Например, при трех электродах диаметром 3 мм, допустимый сварочный ток достигает 300 А. Потери металла на угар и разбрызгивание не возрастают. При этом производительность сварки повышается в 1,5 ... 2 раза. Коэффициент наплавки электродов увеличивается, так как стержни электродов все время подогреваются теплотой дуги. Однако пучком электродов невозможно обеспечить хороший провар корня шва. Поэтому приходится предварительно одиночным электродом проваривать корень шва и затем производить сварку шва пучком электродов. Этот метод дает высокую производительность при наплавочных работах.


 

Сварка осуществляется двумя электродами, изолированными друг от друга (рис. 52, а). К электрододержателю подводятся две фазы источника тока, а третья фаза подводится к свариваемому изделию. Возбуждаются и одновременно горят три сварочные дуги: по одной между каждым электродом и изделием и третья между электродами. Такая схема значительно повышает устойчивость горения дуги, улучшает степень использования теплоты дуги и позволяет снизить напряжение холостого хода. Для сварки применяют электроды марок ЦМ-7, ОММ-5, УОНИ-13. При сварке трехфазной дугой применяют также следующие схемы: сварку двумя одинарными электрододержателями (рис. 52, б); сварку одним одинарным электрододержателем и вторым электродом, уложенным в разделку шва, но изолированно от свариваемого изделия (рис. 52, ё)\ сварку пучком электродов, из которых только два ведущих, а остальные холостые (т. е. не включены в сварочную цепь и расплавляются от теплоты дуги). Сварка трехфазной дугой применима при любых соединениях в нижнем и наклонном положениях. Такой метод особенно можно рекомендовать для сварки в нижнем положении и «в лодочку» угловых и тавровых соединений. Сварка ванным способом. Ванный способ применяют при сварке стыков арматуры железобетонных конструкций (рис. 53, а). Сущность способа заключается в следующем. К стержням арматуры в месте стыка приваривают стальную форму, в которой теплотой дуги создают ванну расплавленного металла, непрерывно подогреваемую дугой. От теплоты металла ванны плавятся торцы свариваемых стержней, образуется общая ванна металла шва и затем при остывании - сварное соединение. При сварке вертикальных швов в качестве формующей детали применяют штампованную форму из листовой стали (рис. 53, б), которую приваривают к нижнему стержню. Затем прихватывают конец верхнего стержня к нижнему и переходят к заполнению формы наплавляемым металлом. Для выпуска шлака прожигают электродом отверстия в стенке формы, которые затем заваривают. Процесс сварки ведут при больших токах. Например, для электродов диаметром 5... 6 мм величина сварочного тока достигает 400 ... 450 А. Сварку при низких температурах выполняют током выше установленного на 10 ... 12%. Зазор между торцами свариваемых стержней должен быть не менее удвоенного диаметра электрода. Сварку можно выполнять одним или несколькими электродами одновременно. Рекомендуется применять электроды марки УОНИ-13/55 (типа Э50А). Ванный способ значительно уменьшает расход электродов и электроэнергии, а также снижает трудоемкость и себестоимость сварочных работ. Деформации и напряжения при сварке Сварочные деформации и напряжения являются следствием многих причин. Они значительно снижают механическую прочность сварной конструкции. Основными причинами возникновения сварочных деформаций и напряжений являются: неравномерные нагревание и охлаждение изделия, литейная усадка наплавленного металла и структурные превращения в металле шва. Неравномерные нагревание и охлаждение вызывают так называемые тепловые напряжения и деформации. При сварке происходит местный нагрев небольшого объема металла, который при расширении воздействует на близлежащие менее нагретые слои металла. Напряжения, возникающие при этом, зависят главным образом от температуры нагрева, коэффициента линейного расширения и теплопроводности свариваемого изделия. Чем выше температура нагрева, а также чем больше коэффициент линейного расширения и ниже теплопроводность металла, тем больше тепловые напряжения и деформации, развиваемые в свариваемом шве. Литейная усадка вызывает напряжения в сварном шве в связи с тем, что при охлаждении объем наплавленного металла уменьшается. Вследствие этого в близлежащих слоях металла возникают растягивающие усилия, являющиеся причиной образования напряжений и деформаций в металле. При этом, чем меньше количество расплавленного металла, тем меньше величина возникающих напряжений и деформаций. Структурные превращения вызывают растягивающие и сжимающие напряжения в связи с тем, что они в некоторых случаях сопровождаются изменениями объема свариваемого металла. Например, у углеродистых сталей при нагреве происходит образование аустенита из феррита. Этот процесс сопровождается некоторым уменьшением объема. При больших скоростях охлаждения металла шва у высокоуглеродистых сталей аустенит образует мартенситную структуру, менее плотную, чем аустенит. Это сопровождается увеличением объема наплавленного металла. При сварке низкоуглеродистой стали напряжения, возникающие от структурных превращений, небольшие и практического значения не имеют. Стали, содержащие более 0,35% углерода, и большинство склонных к закалке легированных сталей дают значительные объемные изменения от структурных превращений. Вследствие этого развиваемые напряжения оказываются достаточными для возникновения трещин в шве. Внутренние напряжения, возникающие от указанных выше причин, уменьшают прочность сварной конструкции. При сварке сталей, склонных к закалочным структурам, эти напряжения могут превзойти предел прочности металла и вызвать трещины в сваренном шве. Кроме того, если сварной шов нагружен внешними усилиями, от внутренние напряжения, накладываясь на напряжения от внешних усилий, снижают запас прочности конструкции, а в некоторых случаях могут вызвать разрушение конструкции. Для уменьшения внутренних напряжений и деформаций, возникающих при сварке, рекомендуется ряд технологических мер и приемов наложения сварных швов. Важное значение имеют правильный выбор конструкции изделия, расположение сварных швов, последовательность их выполнения и режимы сварки. Уменьшения внутренних напряжений достигают следующими мерами. Длинные швы выполняют обратноступенчатой сваркой на проход (рис. 54, а). Многослойная сварка выполняется каскадным способом или горкой. При этом хорошие результаты дает послойная проковка шва (кроме первого и последнего слоя). Швы накладывают с таким расчетом, чтобы последующий шов вызывал деформации, обратные возникшим от предыдущего шва (рис. 54, б, в). Последовательность выполнения швов должна допускать свободную деформацию элементов конструкций. Например, при сварке настила из нескольких листов следует в первую очередь выполнить швы, соединяющие листы полос, и лишь затем швы, соединяющие эти полосы между собой (рис. 55). Для относительно вязких металлов могут быть рекомендованы способы сварки, значительно снижающие остаточные деформации. К таким способам относится закрепление элементов свариваемой конструкции в специальных сборно-сварочных приспособлениях. В этих приспособлениях производится сборка, сварка и остывание изделия. Второй способ, широко применяемый на практике, заключается в интенсивном отводе теплоты, например, частичным погружением изделия в воду, охлаждением струей воды, применением различных отво¬дящих теплоту медных подкладок. У сталей, склонных к образованию закалочных структур, резкое охлаждение сварного шва и околошовной зоны вызывает значительные внутренние напряжения и даже появление трещин.


 

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА, ЕЕ СТРОЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

Электрическая дуга - это своеобразный проводник электрического тока. В отличие от металлических проводов дуга как проводник представляет собой газовый канал, содержащий в своем объеме по всей длине наряду с нейтральными атомами газа электрически заряженные частицы: электроны и ионы. Под действием разности потенциалов, которая приложена к электродам, в газовом проводящем канале устанавливается упорядоченное движение заряженных частиц электрический ток. Прохождение тока через газ получило название электрического разряда. Физические явления, возникающие при электрическом разряде, зависят от рода и давления газа, материала и геометрии электродов, а также от силы тока. Эти факторы обусловливают возникновение различных видов электрического разряда (тёмный разряд, корона, тлеющий разряд и т.д.). Электрической дугой принято считать конечную форму электрического разряда, развившегося при любых обстоятельствах, если сила тока, проходящего через газ, превышает 0,1 А. Характерной чертой дугового разряда является большая плотность тока в газе и на электродах по сравнению со всеми другими формами устойчивых разрядов при том же давлении газа. В зависимости от температуры проводящего канала дуговые разряды подразделяют на термические (температура таких разрядов может достигать нескольких десятков тысяч градусов Цельсия) и нетермические, температура которых может лишь немного превышать комнатную. Дуговой термический разряд, используемый для сварки, называют сварочной дугой (рис. 45). Сварочная дуга, образуя ярко светящийся высокотемпературный факел, в зависимости от силы тока и типа применяемых электродов может иметь длину газового промежутка (длину дуги) от одного до нескольких миллиметров. В дуге различают три области: прикатодную, газовый столб дуги и прианодную. Напомним, что катодом называют электрод, к которому подключен а анодом - электрод, к которому подключен "+" источника питания. Наиболее нагретые участки прикатодной и прианодной облаborder: 0px none currentColor;стей называют катодным и анодным активными пятнами. Высокая температура катодного пятна - это непременное условие существования дугового разряда. Дуга, как и любой проводник тока, обладает электрическим сопротивлением, чем и обусловлено падение напряжения на промежутке между электродами, когда по этому промежутку проходит ток (когда горит дуга). Это падение напряжения называют напряжением дуги (С/д). Падение напряжения на единицу длины дуги неодинаково на различных участках дугового промежутка. В катодной области, протяженность которой всего около 10"5 см, сосредоточена значительная часть напряжения дуги, называемая катодным падением напряжения (UK). В анодной области около анодного пятна на участке, равном } длине свободного пробега электрона, также наблюдается резкое падение напряжения, называемое анодным (Ua). Столб дуги расположен между катодной и анодной областями. Атмосфера столба дуги представляет собой смесь электронов, ионов (в основном положительных), а также нейтральных атомов. Вещ/trество в таком состоянии называют align= плазмой. Столб дуги в целом электрически нейтрален: в каждом его сечении одновременно находятся равные количества заряженных частиц противоположных знаков. Падение напряжения в столбе дуги (./ст) пропорционально его длине. Катодное и анодное падение напряжения не зависят от расстояния между электродами, если это расстояние превышает суммарную длину этих областей. Таким образом, напряжение дуги может быть представлено выражением Ua = а + Ы, где а - сумма падения напряжения в прикатодной и прианодной областях, В; Ъ - падение напряжения на единицу длины столба дуги, В/мм; * /-длина столба дуги, мм (обычно в расчетах / принимают равной длине всего дугового промежутка, так как суммарная длина прикатодной и прианодной областей намного меньше длины столба дуги). При различных способах дуговой сварки падение напряжения на дуге составляет 9...45 В. Между падением напряжения на дуге и силой тока дуги существует зависимость, которую называют статической вольтамперной характеристикой дуги (рис. 46). При увеличении силы тока от некоторого минимального для устойчивого дугового разряда значения падение напряжения на дуге достаточно резко уменьшается (зона 7 ), далее с увеличением силы тока падение напряжения сначала незначительно (зона 2), а затем интенсивно (зона 5) возрастает. Крутизна каждого участка и количественные значения силы тока и напряжения каждой зоны для различных способов дуговой сварки различны. Однако для любого способа сварки вольтамперная характеристика дуги чувствительна к изменению длины дугового промежутка: при увеличении длины дуги она смещается вверх, при уменьшении - вниз, характер кривой при этом не изменяется. Таким образом, каждой вольтамперной характеристике соответствует определенная неизменная длина дугового промежутка. В ряде случаев при механизированной сварке плавящимся электродом удобнее пользоваться статической вольтамперной характеристикой дуги, снятой не при постоянной ее длине, а при постоянной скорости подачи электродной проволоки (рис. 47). Из рисунка видно, что каждой скорости подачи электродной проволоки соответствует очень небольшой диапазон токов, в котором происходит устойчивое горение дуги. При этом очень небольшое изменение силы сварочного тока вызывает значительное изменение напряжения дуги. Слишком малый сварочный ток может привести к короткому замыканию электрода на изделие, аtext/javascript src= слишком большой - к резкому возрастанию напряжения дуги и к ее обрыву. Сварочные дуги, используемые в технологических процессах сварки, классифицируют по ряду признаков. По составу материала электрода различают дугу с плавящимся и неплавящимся электродом; по степени сжатия столба - свободную и сжатую дугу; по роду тока дугу постоянного и дугу переменного тока; по полярности постоянного тока - дугу прямой полярности ("-" источника питания дуги подключен к электроду, "+" - к изделию) и обратной полярности ("+" - на электроде, - на изделии); на переменном токе различают дуги однофазную и трехфазную.


 

При обычных условиях, когда газы состоят из нейтральных частиц, они не проводят электрический ток, являются изоляторами. Однако если в газовой среде окажутся носители электрических зарядов электроны и ионы, изоляционные свойства нарушаются и газы становятся проводниками электрического тока. Процесс образования в газовой среде электрически заряженных частиц называется ионизацией, а газ, содержащий такие частицы, ионизированным. Различают три вида ионизации в газах: соударением, облучением (фотоионизация) и нагревом (термическая ионизация). Суть ионизации независимо от ее вида заключается в том, что за счет энергии, полученной нейтральным атомом газа тем или иным образом, этот атом теряет электрон и становится положительно заряженным ионом. Количество энергии, которое необходимо затратить для отрыва электрона от ядра атома, называют энергией ионизации; ее измеряют в электронвольтах. Эта энергия численно равна потенциалу ионизации, который измеряется в вольтах и характеризует величину напряженности внешнего электрического поля, при которой электрон приобретает энергию, равную энергии ионизации. Потенциал $ ионизации зависит от строения атома и различен для различных химических элементов. Чем меньше потенциал ионизации, тем легче оторвать электрон от атома. Ионизация при развитии дугового разряда сопровождается процессом эмиссии (испускания) электронов. Различают термоэлектронную эмиссию - испускание электронов с раскаленной поверхности катода, автоэлектронную эмиссию выход электронов с поверхности катода под действием внешнего электрического поля и эмиссию электронов в результате ударов положительных ионов, которые под действием электрического поля устремляются к катоду и передают его атомам энергию, достаточную для отрыва электрона. Оба процесса: эмиссия электронов и ионизация газа - лежат в основе » возбуждения, развития и устойчивого существования дугового разряда. Условия зажигания и горения дуги зависят от рода и полярности тока, химического состава электродов, состава и длины газового промежутка. Зажигание и горение дуги протекают лучше на постоянном токе. Однако независимо от рода тока напряжение зажигания дуги больше по величине, чем напряжение ее горения. При сварке плавящимся электродом возбуждение и горение дуги в основном проходят в парах металла, легко ионизируемых при высокой температуре. При сварке неплавящимся электродом в защитных газах горение дуги в большей мере поддерживается ионизацией защитного газа (аргона, гелия, их смеси, углекислого газа). В практике сварочных работ используют два основных способа возбуждения дуги: способ короткого замыкания и способ высоковольтного высокочастотного разряда. Способ короткого замыкания используют в основном при сварке плавящимся электродом. В момент касания электродом поверхности основного металла происходит замыкание электрической цепи вторичного контура источника питания дуги и в этой цепи возникает электрический ток. Из-за шероховатости поверхностей электрода и основного металла короткое замыкание происходит по отдельным выступам, плотность тока в которых оказывается достаточной для почти мгновенного расплавления выступающих участков. Между электродом и свариваемым изделием образуется жидкая перемычка расплава. При отводе электрода перемычка растягивается, сечение ее уменьшается, сопротивление и температура возрастают. Когда расплавленный металл этой перемычки нагреется до температуры кипения, она разрушается, образуя легко ионизируемые пары металла, в которых и развивается дуговой разряд. Процесс возникновения и развития дуги длится доли секунды. При сварке неплавящимся электродом процесс возбуждения дуги коротким замыканием аналогичен рассмотренному с той лишь разницей, что жидкая перемычка образуется за счет плавления только свариваемого металла. Вместо основного металла электрод можно замыкать на графитовую подкладку, тогда дуга возбудится в результате термоионизации и термоэлектронной эмиссии с мгновенно разогреваемого конца электрода. При втором способе возбуждения дуговой разряд развивается из искрового. Для создания искрового разряда используют специальное устройство - осциллятор, который представляет собой генератор высоковольтного (U = 2000...4000 В) высокочастотного (/ = 250 кГц) электрического разряда. Осциллятор подключают или параллельно газовому промежутку между электродом и изделием, или последовательно с этим промежутком. Напряженность электрического поля, создаваемого осциллятором между электродом и изделием, выше потенциала ионизации газа, что ведет к электрическому пробою газового промежутка. Создается ионизированный канал малого сечения, в котором развивается высокочастотный искровой разряд. Он обеспечивает развитие дугового разряда под действием электрического поля источника питания дуги и термических процессов при возрастании тока сварки. Поскольку работающий осциллятор - это мощный источник радиопомех, то после возбуждения дуги его отключают. Устойчивое (без перерыва) горение дуги легче достигается при ее питании постоянным током. При переменном токе устойчивость дуги может быть нарушена в момент перехода тока через нуль, т.е. при смене его полярности (направления). В этот момент температура газового промежутка и электрода уменьшается, что ведет к уменьшению степени ионизации газа, происходит его деионизация. При активной на грузке момент перехода тока через нуль совпадает с моментом перехода через нуль и напряжения на дуговом промежутке, что усугубляет процесс деионизации. Дуга в этих условиях может погаснуть и вновь не возбудиться. Один из путей, позволяющих облегчить условия повторных возбуждений дуги, - создание сдвига фаз между током дуги и напряжением за счет включения в сварочную цепь индуктивного сопротивления, например дросселя. В этом случае моменты перехода через нуль тока и напряжения не совпадают, в тот момент, когда ток дуги равен нулю, между электродом и свариваемым металлом действует напряжение, поддерживающее ионизацию газа на уровне, достаточном для подержания дуги при смене полярности тока. Индуктивное сопротивление, включенное в сварочную цепь, способствует не только повышению устойчивости горения дуги, но и ее стабильности, т.е. уменьшает колебания силы тока, возникающего по различного рода причинам. Поэтому в настоящее время некоторые сва) рочные источники питания дуги постоянным током (выпрямители) изготавливают с включением в сварочную цепь индуктивности. Это особенно необходимо, если производить полуавтоматическую сварку в углекислом газе: чем больше диаметр сварочной проволоки и сила тока, тем большая величина индуктивности должна быть в сварочной цепи.


 

Сварочная дуга является мощным концентрированным источником тепла, в которое преобразуется почти вся электрическая энергия дугового разряда. Полную тепловую мощность сварочной дуги принято определять из выражения q = /с/д./д, Дж/с, где к коэффициент, учитывающий влияние на мощность дуги искажений синусоидальных кривых напряжения и тока (при сварке на постоянном токе к Щ 1, а при сварке на переменном токе в зависимости от способа сварки и различных факторов принимают к = 0,7...0,97); /д - сила тока дуги, А; ./д - напряжение дуги, В. Количество теплоты, вводимой дугой в свариваемое изделие в единицу времени, называют эффективной тепловой мощностью дуги, q0. Она включает в себя теплоту, непосредственно выделяющуюся в активном пятне на изделии, теплоту, поступающую с каплями электродного металла, покрытия или флюса, и теплоту, вводимую в изделие из столба дуги. Эффективная тепловая мощность дуги меньше ее полной тепловой мощности, часть которой расходуется непроизводительно. Отношение qjq называют эффективным коэффициентом полезного действия (КПД) дуги и обозначают г\э. Числовое значение зависит от способа дуговой сварки, марки электрода и ряда других факторов. Например, при сварке покрытыми электродами Т1э = 0,7...0,85, при сварке под флюсом х\э = 0,85...0,93. Для практики сварочных работ большое значение имеет знание процессов, возникающих в дуговом промежутке при сварке плавящимся электродом в связи с переносом расплавленного металла электрода в сварочную ванну. В зависимости от типа переноса электродного металла изменяются производительность сварки, характер формирования шва и качество сварных соединений. В свою очередь тип переноса металла обусловлен диаметром электродной проволоки, силой тока сварки и напряжения дуги, полярностью тока и совокупностью сил, действующих на капли расплавленного металла электродной проволоки: силы тяжести, силы поверхностного натяжения, электродинамической силы и др. Различают три основных типа переноса электродного металла (рис. 48): крупнокапельный с короткими замыканиями, крупнокапельный (или с каплями средней величины) без коротких замыканий и мелкокапельный, который при большом количестве капель, переходящих в ванну как бы непрерывной струей, называют струйным переносом. Крупная капля образуется на электроде постепенно и долго удерживается на нем. Если капля больше длины дугового промежутка, то переход ее в ванну сопровождается коротким замыканием дугового промежутка и погасанием дуги (рис. 48, а). Если капля меньше длины разрядного промежутка, то переход ее в ванну происходит без короткого замыкания (рис. 48, б). Основными силами, обусловливающими крупнокапельный перенос, являются сила тяжести и сила поверхностного натяжения. Сила тяжести в зависимости от пространственного положения шва способствует отрыву капли от электрода (в нижнем положении), препятствует отрыву (в потолочном) или стремится отклонить каплю от оси электрода (в вертикальном положении). Сила поверхностного натяжения обычно препятствует переносу капель с электрода в ванну. На малых токах отрыв капли от электрода и направление ее перемещения определяются в основном силой тяжести, а на больших токах - электродинамической силой. Эта сила возникает в любом проводнике, по которому проходит и электрический ток; она обусловлена взаимодействием тока с собственным магнитным полем. Если сечение проводника постоянно, то электродинамическая сила направлена по радиусу к оси провод замыканий и стремится его сжать. Если сечение неодинаковое по его длине, то возникает усилие, направленное вдоль оси проводника от меньшего сечения к большему. Это усилие создает газовые потоки, направленные вдоль столба дуги от электрода: возникает сила давления дуги на сварочную ванну. Это усилие способствует также отрыву капли от электрода, так как в месте соединения капли и электрода под действием силы тяжести и поверхностного натяжения образуется шейка жидкого металла, сечение которой меньше диаметра капли. С повышением напряжения дуги, диаметра электрода и переходом на прямую полярность диаметр капель увеличивается, с увеличением силы тока - уменьшается. При сварке покрытыми электродами перенос электродного металла осуществляется в основном крупными каплями различного размера. Внутри крупных капель могут находиться газы, выделяющиеся при плавлении покрытия и металла электрода. Под действием давления газов крупная капля разрывается, образуются более мелкие капли, брызги и частицы пара. К моменту попадания в ванну капли имеют неодинаковые размеры. При крупнокапельном переносе с короткими замыканиями и без них частота образования капель и их размер не остаются постоянными, что ведет к значительным колебаниям силы тока и напряжения дуги, осложняя получение высококачественного шва. Большую стабильность переноса электродного металла возможно получить лишь при струйном переносе (рис. 48, в). С увеличением силы тока размер капель уменьшается, а число их, образующееся в единицу времени, возрастает. Начиная с некоторой силы тока, которую называют критической, крупнокапельный перенос становится мелкокапельным. Мелкие капли образуют почти сплошную струю жидкого металла, которая переходит в сварочную ванну без коротких замыканий. При струйном переносе сила тяжести мелких капель невелика, что позволяет эффективно использовать этот процесс при сварке во всех пространственных положениях. Струйный перенос характеризуется гораздо меньшими колебаниями силы тока и напряжения, а также значительно меньшим разбрызгиванием, чем крупнокапельный. Однако при чрезмерно высоком значении силы тока стабильный струйный перенос переходит во вращательно-струйный, для которого характерно повышенное разбрызгивание, непостоянство длины дуги, напряжения и силы тока. Таким образом, стабильный струйный перенос существует лишь в некотором диапазоне значений силы тока, о чем и следует помнить при выборе параметров режима. Еще одной технологически важной особенностью сварочной дуги, влияющей на ее пространственное положение, является чувствительность столба дуги к неравномерности напряженности магнитного поля в зоне сварки. Отклонение столба дуги под действием магнитного поля, наблюдаемое в основном при сварке постоянным током, называется магнитным дутьем (рис. 49). Возникновение этого эффекта объясняется тем, что в местах изменения направления тока в сварочном контуре создаются различные по величине напряженности магнитного поля. Столб дуги, являясь эластичным электрическим проводником, отклоняется в сторону с меньшей напряженностью магнитного поля (рис. 49, а), поэтому при производстве сварочных работ следует обращать внимание на место подключения сварочного кабеля к изделию и на возможные последствия этого подключения. При сварке переменным током в связи с тем, что полярность меняется с частотой тока, магнитное дутье проявляется значительно слабее и практически не сказывается на результатах сварки (рис. 49, б). Эффект магнитного дутья имеет место и в том случае, если сварка производится вблизи значительных ферромагнитных масс (железо, сталь). Дуга в этом случае отклоняется в сторону этих масс (рис. 49, в). Магнитное дутье ведет к непроварам и ухудшает внешний вид шва. Уменьшить или устранить влияние магнитного дутья на качество сварного шва можно изменением места токоподвода к изделию и угла наклона электрода, временным размещением в зоне сварки дополнительного ферромагнитного материала, создающего симметричное магнитное поле, а также заменой постоянного тока переменным, если это допустимо по условиям свариваемости данного металла.


 

Производительностью расплавления электродов называют массу расплавленного дугой электродного материала в единицу времени, г/ч. Ее определяют по формуле Пэ = аэ/, где аэ - коэффициент расплавления электрода, представляющий собой массу расплавленного электродного металла, приходящуюся на 1А  тока в течение часа горения дуги, и зависящей от марки электродного покрытия, плотности тока, его рода, полярности и др. (обычно аэ = 7...22 г/(А-ч)); / сил а тока сварки, А. Производительность наплавки Пн определяется по формуле Пн-ОСн/. --"^^ЯИ Коэффициент ан меньше коэффициента расплавления аэ на величину потерь электродного материала на разбрызгивание, испарение и угар в процессе горения дуги. Обычно ан < аэ на 1...3 г/(А-ч). Коэффициент потерь электродного металла 1|/ составляет 3...20 %. Менее 3 % потерь электродного металла обычно не бывает. Потери более 20 % делают конкретный способ сварки при данных условиях нерациональным. Значения коэффициентов расплавления и наплавки используются для расчета и учета расхода электродов и нормирования времени сварки. Контрольные вопросы

1. Что называют электрической дугой?

2. Что такое сварочная дуга?

3. Из каких зон состоит сварочная дуга?

4. Каковы особенности вольтамперной характеристики сварочной дуги?

5. Что такое ионизация газа?

6. Как и почему возбуждается дуга при коротком замыкании электрода на изделие?

7. Как возбуждают дугу с помощью осциллятора?

8. В чем особенности горения дуги на переменном токе?

9. Что такое эффективный КПД дуги?

10. Какие известны три основных типа переноса электродного металла через дугу?

11. Что такое магнитное дутье?

12. Как устранить влияние магнитного дутья?

13. Как определить производительность расплавления электрода?

14. Как определить производительность наплавки?

 

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ

Источником питания (ИП) сварочной дуги называют устройство, которое обеспечивает необходимый род и силу тока дуги. Источник питания и сварочная дуга образуют взаимосвязанную энергетическую систему, в которой ИП выполняет следующие основные функции: обеспечивает условия начального возбуждения (зажигания) дуги, ее устойчивое горение в процессе сварки и возможность производить настройку (регулирование) параметров режима. Важной технической характеристикой ИП, которая обусловливает возможность его работы с той или иной разновидностью дуги, является зависимость напряжения U на "сварочных" зажимах (клеммах) ИП от сварочного тока I. Эту зависимость называют внешней вольтамперной характеристикой (В АХ) ИП. Наиболее характерные В АХ для известных ИП (рис. 50): крутопадающая 7, пологопадающая 2 и жесткая 3. Устойчивое горение дуги и, следовательно, качественное формирование сварного шва возможны при выполнении ряда условий. Одно из них - равенство напряжения и тока ИП напряжению и току дуги. Это возможно, если ВАХ источника и ВАХ дуги пресекаются хотя бы в одной точке. Например, дуга будет устойчивой, если ВАХ источника 1 пересекает ВАХ 4,5 и 6 дуги, характерные для ручной дуговой сварки, а это возможно, только если источник имеет крутопадающую ВАХ. В процессе ручной дуговой сварки часто происходят значительные изменения длины дуги и, следовательно, падения напряжения на нее. При таких изменениях точка пересечения ВАХ будет смещаться, например из точки А2 в точку А у Это вызовет изменение силы тока на величину Д/, которая будет тем меньше, чем круче ВАХ источника. Значит, источники с крутопадающей характеристикой для ручной сварки предпочтительнее. Источники с пологопадающей ВАХ применяют для автоматической сварки под флюсом, с жесткой - для полуавтоматической и автоматической сварки плавящимся электродом в защитных газах. Использование таких ВАХ уменьшает потери мощности в сварочных трансформаторах по сравнению с крутопадающими ВАХ и увеличивает эффект саморегулирования дуги, горящей с плавящегося электрода. Рассмотрим сущность этого эффекта. Уменьшение силы тока сварки, например при увеличении длины дуги, ведет к уменьшению скорости плавления электродного металла. При неизменной скорости подачи проволоки конец ее при меньшей скорости плавления приблизится к изделию. Длина дуги уменьшается, возрастают сила тока и скорость плавления проволоки. Процесс продолжается до восстановления прежних значений силы тока и длины дуги. Эффект выражен тем сильнее, чем большими изменениями силы тока сопровождаются колебания длины дуги, что и наблюдается при пологопадающих и жестких ВАХ источника. Другая важная характеристика источника - диапазон регулирования тока от /mjn до / тах , что необходимо при изменениях толщины свариваемого металла и диаметра электрода. Этот диапазон характеризуют отношением Кр = /тах//min, которое называют кратностью регулирования. Современные источники имеют Кр = 3...6. При сварке плавящимся электродом процесс возбуждения дуги начинается с кратковременного (доли секунды) короткого замыкания (к.з.) электрода на изделие. Источники питания должны обеспечивать силу тока /к з, превосходящую рабочее значение силы тока дуги в 1,5...2 раза. Работу любого источника характеризуют три основных его состояния: режим холостого хода (сварочная цепь разомкнута, дуга не горит), режим короткого замыкания (в сварочной цепи течет ток короткого замыкания /к 3) и режим нагрузки (горит дуга при заданном рабочем токе). Этим состояниям соответствуют определенные точки его ВАХ (см. рис. 50). При производстве сварочных работ источник находится или в рабочем состоянии в течение времени /р, или в режиме холостого хода в течение времени tn. Оба состояния периодически повторяются. Поэтому принято говорить, что ИП работает в повторно-кратковременном режиме, который характеризуют продолжительностью включения (ПВ). Этот показатель определяют по одной из формул: или ПВ(%) = —2—100. 'р+'п 'р+'п ГОСТ 18311-72 предусматривает в зависимости от условий работы источника значения ПВ = 5; 10; 15; 30; 65; 100, с учетом которых для каждого типа источника тока рассчитывают номинальный ток /ном, при котором источник не будет нагреваться: 100 ПВ(%) Здесь /дп - длительный допустимый ток при ПВ = 100%. Источники питания изготавливаются различной мощности на номинальные токи —• силой от 40 до 5000 А, конкретные значения которых в этих пределах установлены ГОСТ. Значение ПВ и номинального тока - это параметры источника питания. Наряду с ними возможности источника и область его применения при сварке характеризуются диапазоном регулирования значения ^ сварочного тока, напряжением питающей сети и коэффициентом полезного действия. 3~ По роду тока в сварочной цепи различают источники переменного тока - сварочные однофазные и трехфазные трансформаторы, специализированные установки для сварки алюминиевых сплавов, а также источники постоянного тока - сварочные выпрямители и гене1- раторы с приводами различных типов. По количеству обслуживаемых постов могут быть однопостовые и многопостовые, а по применению - общепромышленные и специализированные источники питания.  К общепромышленным относятся источники питания для ручной .) дуговой сварки покрытыми электродами, а также для механизированной сварки под флюсом. В обозначениях источников питания первая буква - это их тип: [- Т - трансформатор, В - выпрямитель, Г - генератор, У - установка. Вторая и третья буквы - вид и способ сварки: Д - дуговая, П - плазменная, Ф - под флюсом, Г - в защитных газах, У - универсальный источник. Отсутствие третьей буквы означает ручную сварку. Четвертая буква обозначает дополнительные сведения: Д - многопостовой, И - для импульсной сварки. Первая цифра после букв - сила номинального сварочного тока в сотнях ампер, две последующие цифры - регистрационный номер изделия. Буквы и цифры после них климатическое исполнение: У - умеренный, Т - тропический, М морской климат. Например, ТД301У2 означает, что это трансформа я тор (Т) для дуговой (Д) ручной сварки штучными электродами (отсутствие третьей буквы), с номинальным током 300 А, регистрационный номер 01 для умеренного климата (У), второй категории размещения (2).


 

Родина дуговой сварки - Россия. В 1886 г. Николай Николаевич Бенардос получил Российский патент на способ дуговой сварки, а в 1888 г. Николай Гаврилович Славянов разработал способ дуговой сварки плавящимся электродом с применением флюсов. Большинство современных способов сварки основаны на их идеях. В производстве металлоконструкций ручная дуговая сварка покрытыми электродами используется чаще других способов сварки. Это обусловлено ее очевидными преимуществами: достаточно высокими свойствами сварных соединений, возможностью применения в труднодоступных местах, простотой и надежностью оборудования, широким выбором типов сварочных электродов и, следовательно, большим диапазоном технологических возможностей.

ТЕХНОЛОГИЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ

Подготовку кромок под ручную дуговую сварку производят газовыми резаками или резанием с помощью ручного металлообрабатывающего инструмента. В стыковых соединениях допускается превышение кромок друг над другом: где 5 - их толщина. При сварке встык листов неодинаковой толщины на более толстой детали делают скос с одной или с обеих сторон листа (см. разд. 1.2, рис. 6). Листы толщиной до 6...8 мм можно сваривать встык с одной стороны, а до 12... 14 - с двух сторон без разделки кромок. При S > 15 мм обычно делают разделку кромок. Форма разделки должна обеспечить возможность свободного манипулирования электродом при возможно меньшем объеме шва. Сварка по разделке может также вестись с двух сторон. Это предпочтительнее, так как меньше будет наплавленного металла, меньше расход электродов, уменьшится тепловложение в деталь, меньше будут деформации. При зажигании дуги напряжение между электродом и свариваемым изделием должно быть 60 В, реже 70 В для электродов некоторых марок. Зажигание дуги осуществляют путем кратковременного прикосновения концом электрода к изделию. Существуют два основных способа зажигания: "клевком" и "чирком". Первый способ - электрод торцом ударяют в место сварки с небольшим усилием, отводят электрод либо вверх на высоту 4...5 мм, либо вбок и затем приподнимают его на эту высоту. Во втором случае торцом электрода чиркают по месту сварки так, чтобы в конце движения торец был над деталью. Второй способ зажигания используют на только что смененном электроде. Через некоторое время после зажигания дуги на торце электрода образуется козырек (рис. 68). При повторном зажигании электрода козырек нужно разрушить резким ударом торца электрода о свариваемую деталь. Если расстояние между торцом электрода и деталью в момент зажигания дуги будет больше 5...6 мм, то дуга может не возникнуть. В момент отрыва электрода источник питания должен обеспечить быстрый рост напряжения до 20...25 В, что необходимо для возбуждения дуги. После зажигания вести дугу нужно так, чтобы обеспечить проплавление кромок детали и получить требуемое количество наплавленного металла. Для этого нужно поддерживать длину дуги постоянной, равномерно по мере расплавления подавая электрод к изделию. Уменьшение длины дуги ухудшит формирование шва и может вызвать короткое замыкание электрода на деталь. Увеличение длины дуги приводит к уменьшению глубины провара, разбрызгиванию металла электрода, к увеличению растворения газов в металле шва, ухудшению его качества и усилению образования пор. При прямолинейном поступательном движении электрода шири на шва обычно следующая: где 4 - диаметр электродного стержня. Такие швы хороши при сварке корневого стыка в разделке или при сварке тонкого металла. Нормально сформированный шов обычно шире: Ш^Щ^^Г-. ' е = (3.;,5) d3. Это достигается перемещениями конца электрода поперек шва по различным траекториям (рис. 69). Рис. 69. Траектории движения конца электрода при сварке Швы длиной до 250 мм условно считают короткими, 250... 1000 мм средними и более 1000 мм - длинными. При ручной дуговой сварке 0подавляющее большинство швов короткие и средние. Короткие швы сваривают на проход, средние в случае опасности дет / 2 формаций сваривают от середины к краям или, так же как L L-250...1000 и длинные, обратноступенчатым способом (рис. 70). В последнем случае шов делят на участки и каждый из них сваривают последовательно в направлении, обратном общему направлению сварки, перекрывая каждым последующим участком начало предыдущего. Длину участков лучше выбирать такой, чтобы весь участок заваривался одним электродом (100...300 мм). Тогда переход от участка к участку совмещается со сменой электрода, что экономит время. Число проходов при сварке выбирают в зависимости от толщины кромок стыкового соединения или заданной величины катета шва углового соединения (табл. 10). Заполнение разделки при многопроходной сварке деталей большой толщины можно вести узкими валиками, если необходимо уменьшить тепловое воздействие на металл от каждого прохода, например при сварке коррозионно-стойких сталей. Если сталь не склонна к ухудшению свойств при перегреве, то заполнение разделки можно вести широк/pими слоями. Для уменьшения напряжений и деформаций детали заполнение разделки можно вести вразброс каскадным способом и горкой (рис. 71). При каскадном способе стык деталей разбивается на короткие участки и при окончании сварки на каждом последующем участке продолжают накладывать шов на еще не остывший, ранее наложенный слой предыдущего участка. Сварка горкой - разновидность каскадного способа. Ее ведут от середины стыка к краям; лучше, когда это делают два сварщика. Если в конце шва сразу оборвать дугу, то кратер сварочной ванны останется в шве в виде углубления. В нем при усадке металла во время его кристаллизации возникают трещины, раковины, рыхлоты. Поэтому при завершении шва нужно некоторое время не перемещать. Способы заполнения разделки при многопроходной сварке: а - на проход; б - каскадный; в - горкой; 1...4 - номера слоев; S - толщина детали электрод, а затем постепенно поднимать его до обрыва дуги. Так заваривается кратер. Режимом сварки называют основные характеристики сварочного процесса, обеспечивающие получение сварных швов заданных размеров, формы и качества. При ручной дуговой сварке - это диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение на дуге, скорость сварки, род и полярность тока. Это основные параметры режима. К числу дополнительных относят длину дуги, амплитуду, частоту и форму колебаний конца электрода. Определение режима сварки начинают с выбора диаметра электрода в зависимости от толщины свариваемого металла и вида соединения (табл. 11). При сварке угловых и тавровых соединений величина катета шва не может быть больше чем 8 мм за один проход, так как за счет силы тяжести металл стекает на полку, искажая форму шва. При этом возможно излишнее оплавление стенки, ее подрез. При необходимости больших катетов применяют многопроходную сварку. Первый проход выполняют обычно электродом меньшего диаметра, чем остальные проходы. Силу сварочного тока (А) выбирают в зависимости от диаметра (мм) электрода I = (20 + 6d3)d3, или по упрощенной формуле I = 40d3. Это ориентировочное значение силы тока, его корректируют в зависимости от свариваемого материала или особенностей соединения. Например, при сварке высоколегированных сталей для уменьшения перегрева металла силу тока уменьшают на 20...30 %. Минимальный ток должен обеспечивать нагрев и плавление торца электрода, максимальный ток не должен перегревать электрод по всей длине и вызывать осыпание покрытия. Изменение силы тока меняет глубину проплавления. При увеличении силы тока растет давление дуги, жидкий металл больше вытесняется из-под дуги, глубина проплавления увеличивается. Напряжение на дуге зависит от характеристик источника питания, материала электрода и изделия. Изменять его можно, меняя длину дуги. Обычно напряжение дуги составляет 20...30 В. Повышение напряжения дуги за счет увеличения ее длины приводит к снижению силы тока и глубины провара, увеличивает ширину шва. Скорость ручной дуговой сварки зависит от квалификации сварщика и обычно выбирается в диапазоне 4...8 м/ч. С увеличением скорости сварки снижаются глубина провара и ширина шва. Влияние скорости компенсируют увеличением силы тока. При сварке стальных деталей на постоянном токе нужно учитывать магнитное дутье (см. гл. 3), которое ухудшает формирование шва. Дуга выдувается из контура, образованного электродом, дета лью и токоподводом. Поэтому при сварке нужно подключать токоподвод в месте сварки, применять по возможности сварку на перемен ном токе, располагать электрод под углом к поверхности детали, близким к 90°, если это позволяют условия формирования шва. Сварку стыковых швов в нижнем положении ведут обычно с на клоном электрода вперед по направлению его перемещения под уг лом 15...30° к вертикали. Это обеспечивает равномерное покрытие жидкого металла слоем шлака и предотвращает, затекание шлака на нерасплавленный металл перед дугой. Наклон электрода углом на зад по направлению, обратному его перемещению, применяют, когда нужно увеличить глубину проплавления. Металл сварочной ванны при этом больше вытесняется из-под дуги ее давлением, что увеличивает проплавление. Однако это ухудшает формирование шва и его защиту. Основная трудность при сварке в нижнем положении - обеспечить равномерное проплавление с обратной стороны стыка. При недостаточном токе или увеличении длины дуги возникает непровар, чрезмерный ток вызывает прожог или провисание проплава. Поэтому в ответственных соединениях проваривают стык с обратной стороны шва или сваривают его на подкладке, устанавливаемой под кромки деталей. Это позволяет увеличивать силу тока, что повышает производительность. Подкладка может быть медной, медно-флюсовой (с канавкой, заполненной флюсом), керамической, стальной или из свариваемого материала - остающейся. Для угловых и тавровых швов лучшее положение при сварке - "в лодочку" (см. рис. 11). При сварке во всех пространственных положениях, отличных от нижнего, основная проблема - стекание жидкого металла и шлака под действием силы тяжести. Это искажает форму шва, ухудшает его защиту и, следовательно, качество. Силе тяжести противодействует сила давления дуги и сила поверхностного натяжения жидкого металла сварочной ванны. Поверхностное натяжение увеличивается почти по квадратичной зависимости с уменьшением площади поверхности сварочной ванны. Следовательно, уменьшить влияние силы тяжести можно, уменьшив сварочную ванну. Для этого при сварке в потолочном, вертикальном и горизонтальном положениях выбирают электроды диаметром меньше, чем для нижнего положения (< 4 мм). Лучше, если электрод будет обеспечивать меньшее количество расплавляемого в единицу времени металла, не более 10 г/(А-ч). Такой коэффициент расплавления имеют электроды ВИАМ-25, УОНИ-13. Сварку вертикальных швов выполняют при перемещении электрода снизу вверх или сверху вниз. Удобнее сваривать снизу вверх: дуга возбуждается в нижней точке стыка, после образования ванны металла электрод несколько поднимают и располагают углом вперед по отношению к шву. При этом затвердевший металл образует как бы полочку, на которой удерживаются капли электродного металла. При сварке сверху вниз дуга возбуждается в верхней точке шва. После образования сварочной ванны электрод наклоняют на угол 10... 15° в сторону наплавляемого металла. Сварку ведут возможно более короткой дугой с небольшими поперечными колебаниями. Горизонтальные швы сваривать труднее, чем вертикальные. Как правило, используют V-образную и К-образную разделку со скосом одной верхней кромки. Силу сварочного тока выбирают как можно меньшей. Труднее всего сваривать потолочные швы. Для облегчения условий переноса капель электродного металла сварку надо вести короткой дугой при силе тока на 20...25 % меньше, чем в нижнем положении. Пониженные режимы и неудобство работы резко снижают производительность сварки в потолочном положении, поэтому его следует по возможности избегать.


 

Для повышения производительности труда сварщика разработаны электроды, у которых в состав покрытия вводится железный порошок (до 40 % от массы покрытия), при этом коэффициент расплавления может увеличиться в 1,5...2 раза и более. Однако такие электроды могут использоваться только для сварки в нижнем положении. Значительное увеличение производительности можно получить при использовании электродов повышенного диаметра при одновременном увеличении силы сварочного тока. При сварке изделий большой толщины для швов в нижнем положении следует использовать электроды максимально возможных диаметров. Сварка пучком электродов заключается в том, что 2...4 электрода связывают в пучок и сваривают между собой торцы электродов, устанавливаемые в электрододержатель. При соприкосновении с изделием дуга возбуждается между одним из стержней пучка и по мере его оплавления переходит на соседний стержень, между концом которого и изделием окажется меньшее расстояние. В связи с тем что дуга горит поочередно между каждым стержнем пучка и изделием, нагрев стержней при данном токе будет меньше, чем при сварке одностержневым электродом при том же токе. Это позволяет при одинаковом диаметре стержней пучка и одинарного электрода применить большие токи при сварке пучком и увеличить производительность. При этом тепло дуги используется более рационально, так как во время горения дуги между изделием и одним из электродов другие подогреваются за счет излучения дуги. Однако все эти преимущества действительны только при сравнении со сваркой одним электродом того же диаметра, что и каждый электрод пучка. Если сравнение производить с электродом, имеющим площадь поперечного сечения, равную суммарной площади сечений пучка электродов, то преимущества окажутся на стороне сварки одинарным электродом. Эффективность электродов большого диаметра используется при сварке лежачим электродом (рис. 72). Для этого в разделку стыкового или в угол таврового соединения укладывают электрод 1 длиной 500... 1200 мм с толстой обмазкой 2. На него накладывают массивный медный брусок 4 с продольной канавкой для электрода. Между электродом и бруском можно проложить полоску бумаги 3. Деталь и электрод подключают к полюсам источника тока. Угольным стержнем 5 зажигают дугу, которая уходит под брусок 4, становясь невидимой, и двигается вдоль стыка, расплавляя электрод и свариваемые кромки. Образуется сварной шов. Сварку лежачим электродом выгодно применять в труднодоступных местах и при большом количестве длинных швов на изделии. Другой способ повышения производительности - сварка наклонным электродом (рис. 73). Электрод 1 с толстой обмазкой закрепляют в зажиме с обоймой 2, которая под действием собственной массы может перемещаться по стойке 3 до упора 4. После зажигания дуги электрод плавится, обойма 2 опускается по стойке 3, электрод перемещается, сохраняя постоянный угол наклона а к поверхности изделия. Можно сваривать наклонным электродом с переменным углом а (см. рис. 73, б). В этом случае электрод 1 устанавливают в оправке 5, соединенной со стойкой 3 шарниром 6. Укорачиваясь при сварке, электрод поворачивается, конец электрода перемещается по свариваемому изделию. В обоих вариантах электрод в процессе сварки опирается на изделие перед сварочной ванной и стержень электрода изолируется от изделия выступающим краем обмазки - козырьком. На этом же основан способ ручной сварки с опиранием электрода (см. рис. 73, в), который можно считать разновидностью сварки наклонным электродом. При этом способе электрод располагают углом вперед, угол наклона берут несколько меньше обычного, а силу тока - максимальную для выбранного диаметра электрода. Дуга горит внутри чехольчика из обмазки и заглубляется в основной металл. Уменьшается разбрызгивание, улучшается защита шва. Для соединения стержневых изделий (стержней арматуры железобетонных конструкций, рельсов) используется ванный способ сварки , сущность которого состоит в том, что стык помещается в специальную форму-скобку из стали, меди или керамики с зазором между торцами стержней 12...25 мм в зависимости от их диаметра. Сварку начинают в нижней части формы, причем в течение всего времени ванну металла поддерживают в жидком состоянии, для чего смену электродов производят быстро. Сварку ведут до заполнения металлом всей формы несколько выше поверхности стержней.


 

Сущность способа, оборудование, принадлежности, инструмент 1 да» II Наибольший объем среди других видов сварки занимает ручная, дуговая сварка — сварка плавлением штучными электродами, при которой подача электрода и перемещение дуги вдоль свариваемых кромок производятся вручную. Схема процесса показана на рис. 15./ Дуга горит между стержнем электрода 1 и основным металлом 7. Под действи. ем теплоты дуги электрод и основной металл плавятся, образуя металлическую сварочную ванну 4. Капли жидкого металла  с расплавляемого электродного стержня переносятся в ванну через дуговой промежуток. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 2, образуя газовую защиту 3 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла. / Металлическая и шлаковая ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги металл сварочной ванны затвердевает и образуется сварной шовб. Жидкий шлак по мере остывания образует на поверхности шва твердую шлаковую корку 5, которая удаляется после остывания Рис. 15. Ручная дуговая сварка ме шва. Для обеспечения за таллическим электродом с покрытием данного состава и свойств ем (стрелкой указано направление сварки) шва сварку выполняют покрытыми электродами, к которым предъявляют специальные требования (см. § 7). Сварочный пост для ручной дуговой сварки оснащается источником питания, токоподводом, необходимыми инструментами, принадлежностями и приспособлениями. Схема питания дуги приведена на рис. 16. Сварочные посты могут быть стационарными и передвижными. К стационарным постам относятся посты, расположенные в цехе, преимущественно в отдельных сварочных кабинах, в которых сваривают изделия небольших размеров. Передвижны е сварочные посты, как правило, применяют при монтаже крупногабаритных изделий (трубопроводы, металлоконструкции, сосуды) и ремонтных работах. При этом часто используют переносные источники питания. В зависимости от свариваемых материалов и применяемых электродов для ручной дуговой сварки применяют источники переменного или постоянного тока с крутопадающей характеристикой. Основным рабочим инструментом сварщика при ручной сварке служит электрододержатель, который предназначен для зажима электрода и подвода сварочного тока. Применяют электрододержатели пружинного, пластинчатого и винтового типов (рис. 17). Согласно ГОСТ 14651—78 электрододержатели выпускают трех типов в зависимости от силы сварочного тока: I типа — для тока 125 А; II— 125 — 315; III — 315—500 А. Для подвода тока от источника питания к электрододержателю и изделию используют сварочные провода. Сечения проводов выбирают по установленным нормативам для электротехнических установок (5—7 А/мм2). К вспомогательным инст рументам для ручной сварки относятся стальные проволочные щетки для зачистки кро мок перед сваркой и для удаления с поверхности швов остатков шлака, молоток-шлакоотделитель для удаления шлаковой корки, особенно. с угловых и корневых швов в глубокой разделке, зубило, набор шаблонов для проверки размеров швов, стальное клеймо для клеймения швов, метр, стальная линейка, отвес, угольник, чертилка, мел, а также ящик для хранения и переноски инструмента. § 7. Стальная сварочная и наплавочная проволока и электроды Для дуговой сварки и наплавки применяется специальная сварочная и наплавочная проволока. ГОСТ 2246—70 предусматривает 77 марок стальной сварочной проволоки разного химического состава; 6 марок из низкоуглеродистой стали (Св-08, Св-08А, Св-08АА Св-08ГА, Св-ЮГА, Св-10Г2); 30 марок из легированной стали (Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-18ХГС и др.); 41 марку из высоко легированной стали (Св-12Х11НМФ, Св-10Х17Т, Св-06Х19Н9Т и др.). В легированной стали легирующих элементов содержится от 2,5 до 10%, в высоколегированной — более 10%. Буква и цифры в написании марок проволоки обозначают: Св — сварочная, цифра после Св — содержание углерода в сотых долях процента (например, 08 означает 0,08% углерода); А — пониженное, АА — еще более пониженное содержание серы и фосфора; буквы — условные обозначения легирующих элементов; цифры после буквенных обозначений — среднее содержание легирующих элементов в процентах. Химические элементы в сталях условно обозначаются следующим образом: алюминий (А1) — Ю, азот (N) — А (только в высоколегированных сталях), бор (В) — Р, ванадий (V) — Ф, вольфрам (W) — В, кремний (Si) — С, кобальт (Со) — К, марганец (Мп) — Г, медь (Си) — Д, молибден (Mo) — М, никель (Ni) — Н, ниобий (Nb) — Б, титан (Ti) — Т, хром (Cr) — X, цирконий (Zr) — Ц. Стальную сварочную проволоку, предназначенную для всех видов сварки плавлением и изготовления электродов, выпускают по ГОСТ 2246—70 следующих диаметров: 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0 и 12,0 мм. Проволока поставляется свернутой в мотки с внутренним диаметром от 150 до 750 мм, массой от 1,5 до 40 кг, а также намотанной на катушки и кассеты (для автоматической и полуавтоматической сварки). Стальная наплавочная проволока по ГОСТ 10543—82 изготовляется диаметрами от 0,3 до 8,0 мм: из углеродистой стали — 9 марок (Нп-25, Нп-40 и др.), из легированной стали — 11 марок (Нп-40Г, Нп-50Г, Нп-ЗОХГСА и др.), из высоколегированной стали—11 марок (Нп-20Х14, Нп30X13, Нп-30Х10Г10Т и др.). Проволока используется для наплавки под флюсом, в защитных газах, электрошлаковой наплавки и изготовления покрытых электродов для ручной наплавки. Марку проволоки выбирают в зависимости от назначения и требуемой твердости наплавленного металла. Электроды для ручной дуговой сварки. Плавящиеся электроды для ручной дуговой сварки представляют собой стержни длиной до 450 мм из сварочной проволоки, на которую нанесен слой покрытия — смесь веществ для усиления ионизации, защиты от вредного воздействия воздуха и металлургической обработки сварочной ванны. В покрытие входят следующие компоненты: . газообразующие — неорганические вещества (мрамор СаСОз, магнезит MgC03 и др.) и органические вещества (крахмал, пищевая мука и т. п.); шлакообразующие, составляющие основу покрытия,— обычно это руды (марганцевая, титановая), минералы (ильменитовый и рутиловый концентраты, полевой шпат, кремнезем, гранит, мел, плавиковый шпат и др.); легирующие элементы и элементы-раскислители — Si, Мл, Ti и др., используемые в виде сплавов этих элементов с железом, так называемых ферросплавов; А1 вводится в покрытие в виде порошка — пудры; связующие компоненты — водные растворы силикатов натрия и калия, называемые натриевым и калиевым жидким стеклом, а также натриево-калиевым жидким стеклом; формовочные добавки — вещества, придающие покрытию лучшие пластические свойства (бетонит, каолин, декстрин, слюда и др.). Для повышения производительности сварки в покрытие добавляют железный порошок до 60% массы покрытия. Классификация стальных покрытых электродов. Металлические электроды для дуговой сварки сталей и наплавки изготовляют в соответствии с ГОСТ 9466—75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки сталей и наплавки. Классификация, размеры и общие технические требования». Стальные покрытые электроды для ручной дуговой сварки и наплавки подразделяются по назначению (ГОСТ 9467—75): для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 600 МПа ГОСТ предусматривает девять типов электродов (Э38, Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А, Э55, Э60), обозначаются общим индексом У; для сварки легированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 600 МПа — пять типов (Э70, Э85, Э100, Э125, Э150), индекс Л; для сварки легированных теплоустойчивых сталей — девять типов, индекс Т; для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами — 49 типов (ГОСТ 10052—75), индекс В;  для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами — 44 типа (ГОСТ 10051—75), индекс Н. Цифры в обозначениях типов электродов для сварки конструкционных сталей означают гарантируемый предел прочности металла шва. По виду покрытия электроды классифицируются: с кислым покрытием А; основным Б; целлюлозным Ц; рутиловым Р; смешанного вида — соответствующее двойное обозначение, прочими видами покрытий П. Если покрытие содержит железный порошок в количестве более 20%, к обозначению вида покрытия добавляют букву Ж. Кислые покрытия А (электроды АНО-2, СМ-5 и др.) состоят в основном из окислов железа и марганца (обычно в виде руды), кремнезема, ферромарганца. Электроды с кислым покрытием технологичны, однако наличие окислов марганца делает их токсичными. Рутиловые покрытия Р (электроды АНО-3, АНО-4, ОЗС-З, ОЗС-4, ОЗС-6, MP-3, МР-4 и др.) имеют в своем составе преобладающее количество рутила ТЮ2 Рутиловые покрытия технологичны, менее вредны для дыхательных органов сварщика, чем другие. Целлюлозные покрытия Ц (электроды ВСЦ-1, ВСЦ-2, ОЗЦ-1 и др.) состоят из целлюлозы, органической смолы, ферросплавов, талька и др. Эти покрытия удобны для сварки в любом пространственном положении, но дают наплавленный металл пониженной пластичности. Основные покрытия Б (электроды УОНИ-13/45, УП-1/45, ОЗС-2, ДСК-50 и др.) не содержат окислов железа и марганца. Например, покрытие марки УОНИ-13/45 состоит из мрамора, плавикового шпата, кварцевого песка, ферросилиция, ферромарганца, ферротитана, жидкого стекла. Металл шва, выполненный электродом с основным покрытием, обладает большей пластичностью. Этими электродами варят ответственные конструкции. По толщине покрытия в зависимости от отношения диаметра электрода (D) к диаметру стального стержня (d) различают электроды: с тонким покрытием (D/d<! 1,20) — М; со средним покрытием (l,20<D/d<l,45)—С; с толстым покрытием (l,45<D/d<l,80) — Д; с особо толстым покрытием (D/d> 1,80) — Г. По качеству, т. е. точности изготовления, состоянию поверхности покрытия, сплошности выполненного данными электродами металла шва, по содержанию серы и фосфора в наплавленном металле, электроды делят на группы 1, 2 и 3. Чем выше номер, тем лучше качество. По допустимым пространственным положениям сварки и наплавки электроды делят на следующие группы: 1 — для всех положений; 2 — для всех положений, кроме вертикального сверху вниз; 3 — для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх; 4 — для нижнего и нижнего «в лодочку». § 8. Сварочная дуга Виды сварочных дуг. Источником теплоты при дуговой сварке является сварочная дуга — устойчивый электрический разряд в сильно ионизированной смеси газов и паров материалов, используемых при сварке, и характеризуемый высокой плотностью тока и высокой температурой. В зависимости от числа электродов и способов включения электродов и свариваемой детали в электрическую цепь различают следующие виды сварочных дуг (рис. 18): прямого действия, когда дуга горит между электродом и изделием; косвенного действия, когда дуга горит между двумя электродами, а свариваемое изделие не включено в электрическую цепь; трехфазную дугу, возбуждаемую между двумя электродами, а также между каждым электродом и основным металлом. По роду тока различают дуги, питаемые переменным и постоянным током.


 

При применении постоянного тока различают сварку на прямой и обратной полярности. В первом случае электрод подключается к отрицательному полюсу и служит катодом, а изделие — к положительному полюсу и служит анодом; во втором случае электрод подключается к положительному полюсу и служит анодом, а изделие — к отрицательному и служит катодом. В зависимости от материала электрода различают дуги между неплавящимися электродами (угольными или вольфрамовыми) и плавящимися металлическими электродами. Сварочная дуга обладает рядом физических и технологических свойств, от которых зависит эффективность использования дуги для сварки. К физическим свойствам относятся электрические, электромагнитные, кинетические, температурные, световые. К основным технологическим свойствам относятся: мощность дуги, пространственная устойчивость, саморегулирование. Электрические свойства дуги. Для образования и поддержания горения дуги необходимо иметь в пространстве между электродами электрически заряженные частицы — электроны, положительные и отрицательные ионы. Процесс образования ионов и электронов называется ионизацией , а газ, содержащий электроны и ионы, ионизированным. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения. В дуговом промежутке выделяют следующие области (рис. 19): катодную L« и анодную La, где наблюдается значительное падение напряжения, вызванное образованием около электродов пространственных зарядов (скоплением заряженных частиц), и расположенную между ними область дугового разряда, называемую столбом дуги Lc. На поверхности анода и катода образуются электродные пятна, представляющие собой основание столба дуги, через которые проходит весь сварочный ток. Электродные пятна выделяются яркостью свечения. Общая длина сварочной дуги Lq равна сумме длин всех трех областей: L^=LK+Lc+La, где Ld — общая длина сварочной дуги; La — длина катодной области, равная примерно 10"® см; LK— длина столба дуги; La — длина анодной области, равная примерно 10~3— Ю-4 см. Общее напряжение сварочной дуги соответственно слагается из суммы падений напряжений в отдельных областях дуги: l/d=l/K+t/c+t/a» ^а» ^к» ^с» ^а — соответственно общее падение напряжения на дуге, в катодной области, столбе дуги и анодной области, В. Зависимость напряжения в сварочной дуге от ее длины описывается уравнением Ud—a+bLd, где а — сумма падений напряжения в прикатодной и прианодной областях, В; Ld — длина столба дуги, мм; b — удельное падение напряжения в дуге, отнесенное к 1 мм столба дуги, В/мм. Тепловая мощность дуги. Основной характеристикой сварочной дуги как источника энергии для сварки является эффективная тепловая мощность qK. Эффективная тепловая мощность источника сварочного нагрева — это количество теплоты, введенное в металл за единицу времени и затраченное на его нагрев. Эффективная тепловая мощность является частью общей тепловой мощности дуги q, так как некоторое количество теплоты дуги непроизводительна расходуется на теплоотвод в металле, излучение, нагрев капель при разбрызгивании. Отношение эффективной тепловой мощности к полной тепловой мощности источника теплоты называется эффективным коэффициентом полезного действия (к.п.д.) процесса нагрева т]и =qjq. Полную тепловую мощность сварочной дуги, т. е. количество теплоты, выделяемое дугой в единицу времени, приближенно считают равной тепловому эквиваленту ее электрической мощности q=IUd, где I — величина сварочного тока, A; U^ — падение напряжения на дуге, В. Соответственно эффективная тепловая мощность определяется выражением qn=IUdr|и. Значение г)и может меняться от 0,3 до 0,95 и для различных видов сварки ориентировочно составляет: открытая угольная дуга — 0,5—0,65; дуга в аргоне — 0,5—0,6; сварка штучными покрытыми электродами — 0,7—0,85; сварка под флюсом — 0,85—0,93. Количество теплоты, вводимое в металл источником нагрева и отнесенное к единице длины шва, называется погонной энергией сварки. Погонная энергия, Дж/м, равна отношению эффективной мощности столба дуги уменьшается, поэтому падает потребное для поддержания разряда напряжение и характеристика дуги является падающей. При дальнейшем росте тока (// область) столб дуги начинает сжиматься, объем газа, участвующего в переносе заряда, уменьшается, это приводит к меньшей скорости роста числа заряженных частиц. Поэтому напряжение дуги становится мало зависящим от тока, а характеристика становится пологой и жесткой. Дальнейшее увеличение тока характеризуется сильным сжатием столба дуги (III область), и вольтамперная кривая становится возрастающей, что указывает на увеличение энергии, расходуемой внутри дуги. Участки I и II ВАХ соответствуют режимам сварки, применяемым при ручной сварке плавящимся покрытым электродом, а также неплавящимся электродом в среде защитных газов. Механизированная сварка под флюсом соответствует II области и частично захватывает III область при использовании тонких электродных проволок и повышенной плотности тока, сварка плавящимся электродом в защитных газах соответствует III области ВАХ. Для питания дуги с падающей или жесткой ВАХ применяют источники питания с падающей или пологопадающей внешней характеристикой. Для питания дуги с возрастающей ВАХ применяют источники тока с жесткой или возрастающей внешней характеристикой. Для питания сварочной дуги применяют источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и источник постоянного тока — сварочные генераторы с приводом от электродвигателя (сварочные преобразователи), сварочные генераторы с приводом от двигателя внутреннего сгорания (сварочные агрегаты) и полупроводниковые сварочные выпрямители. Сварочные трансформаторы благодаря своим технико-экономическим показателям имеют преимущества по сравнению с источниками постоянного тока. Они проще в эксплуатации, долговечнее, обладают более высоким к.п.д. Источники постоянного тока предпочтительнее в технологическом отношении: при их применении повышается устойчивость горения дуги, улучшаются условия сварки в различных пространственных положениях и др. Основные технические показатели источников питания сварочной дуги — внешняя характеристика, напряжение холостого хода, относительная продолжительность (ПР) работы и относительная продолжительность включения (ПВ) в прерывистом режиме. Величина ПР определяется как отношение продолжительности рабочего периода источника питания к длительности полного цикла работы и выражается в процентах: ПР=(/р//ц)100, где /р — непрерывная работа под нагрузкой (сварка); — длительность полного цикла (сварка + +пауза). Оптимальная величина ПР принята 60%. Различие между ПР и ПВ состоит в том, что в первом случае источники питания во время паузы не отключаются от сети и при разомкнутой сварочной цепи работают на холостом ходу, а во втором случае источники полностью отключаются от сети, что имеет место при механизированной сварке.


 

Это специальные понижающие трансформаторы, имеющие требуемую внешнюю характеристику, обеспечивающие питание сварочной дуги и регулирование  сварочного тока. Трансформаторы, как правило, имеют падающую характеристику, их используют для ручной дуговой сварки и автоматической сварки под флюсом. Трансформаторы с жесткой характеристикой применяют для электрошлаковой сварки. Трансформатор имеет сердечник — магнитопровод из трансформаторной стали, на сердечнике размещаются две обмотки — первичная и вторичная. Переменный ток из сети, проходя через первичную обмотку трансформатора, намагничивает сердечник, создавая в нем переменный магнитный поток, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней переменный ток. Напряжение индуктированного тока зависит от числа витков вторичной обмотки: чем. меньше витков, тем напряжение индуктируемого тока будет меньше и, наоборот, чем больше витков, тем напряжение выше. Регулирование величины сварочного тока и создание внешней характеристики обеспечивается изменением потока магнитного рассеяния или включением в сварочную цепь дополнительного индуктивного сопротивления. В соответствии с этим сварочные трансформаторы подразделяют на две основные группы.300 К первой группе относят трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием. Трансформаторы этой группы можно разделить на три основных типа: трансформаторы с магнитными шунтами, подвижными катушками и витковым (ступенчатым) регулированием (трансформаторы типов ТС, ТД, СТШ, ТСК, ТСП). Ко второй группе относятся трансформаторы с нормальны м магнитным рассеянием и дополнительной реактивной катушкой — дросселем (типов СТН, ТСД). В качестве примера рассмотрим устройство трансформатора ТСК-500 (рис. 22) с повышенным магнитным рассеянием, с подвижной катушкой, при перемещении которой регулируется сварочный ток. В нижней части сердечника / находится первичная обмотка 3, состоящая из двух катушек, расположенных на двух стержнях магнитопровода. Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно. Вторичная обмотка 2, также состоящая из двух катушек, расположена на значительном расстоянии от первичной. Катушки как первичной, так и вторичной обмоток соединены параллельно. Вторичная обмотка подвижная и может перемещаться по сердечнику с помощью винта 5, с которым она связана, и рукоятки 6, находящейся на крышке кожуха трансформатора. Сварочный ток регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. При вращении рукоятки 6 по часовой стрелке вторичная обмотка приближается к первичной, магнитный поток рассеяния и индуктивное сопротивление уменьшается, сварочный ток возрастает. При вращении рукоятки против часовой стрелки вторичная обмотка удаляется от первичной, индуктивное сопротивление и магнитный поток рассеяния растут и Сварочный ток уменьшается. Пределы регулирования сварочного тока 165—650 А. Последовательное соединение катушек первичной и вторичной обмоток позволяет получать малые сварочные токи с пределами регулирования 40—165 А. Для приближенной установки силы сварочного тока на крышке кожуха расположена шкала с делениями. Более точно ток устанавливают по амперметру. Для повышения коэффициента мощности сварочный трансформатор ТСК-500 имеет в первичной цепи конденсатор 4 большой мощности. Сварочные выпрямители. Это источники постоянного сварочного тока, состоящие из сварочного трансформатора с регулирующим устройством и блока полупроводниковых выпрямителей (рис. 23). Иногда в комплект сварочного выпрямителя входит еще дроссель, включаемый в цепь постоянного тока. Дроссель служит для полscript type=учения падающей внешней характеристики. Действие сварочных выпрямите лей основано на том, что полупроводниковые элементы проводят ток только в одном направлении. Наибольшее применение в сварочных выпрямителях получили селеновые и кремниевые полупроводники. Сварочные выпрямители выполняют в подавляющем большинстве случаев по трехфазной схеме, преимущества которой заключаются в большом числе пульсаций напряжения и более равномерной загрузке трехфазной сети. Сварочные выпрямители обладают рядом преимуществ перед преобразователями с вращающимися частями. Они имеют лучшие энергетические, динамические и массовые показатели, более высокий к. п. д., просты в обслуживании, более надежны из-за отсутствия вращающихся частей, при их работе отсутствует шум. Сварочные выпрямители в зависимости от внешних характеристик можно разделить на три типа: с крутопадающими (ВСС-300-3, ВСС120- 4, ВКС-500 и др.), жестки § . ми (или пологопадающими) характеристиками (ВС-200, ВС-300, ВС-600, ВС-1000, ИПП-120,ИПП-300, ИПП-500, ИПП-1000) и универсальные (ВСУ-300, ВСУ-500). Универсальные выпрямители обеспечивают возможность получения как жестких, так и падающих внешних характеристик, поэтому их можно применять для различных видов дуговой сварки. Цифра в мар ке выпрямителя означает номинальный ток при ПР = = 604-65%. Сварочные генераторы. Это специальные генераторы постоянного тока, внешняя характеристика которых позволяет получать устойчивое горение дуги, что достигается изменением магнитного потока генератора в зависимости от сварочного тока. Сварочный генератор постоянного тока состоит из статора с магнитными полюсами и якоря с обмоткой и коллекторами. При работе генератора якорь вращается в магнитном поле, создаваемом полюсами статора. Обмотка якоря пересекает магнитные линии полюсов генератора, и поэтому в витках обмотки возникает переменный ток, который с помощью коллектора преобразуется в постоянный. Вращение якоря сварочного генератора обеспечивается в сварочных преобразователях электродвигателем, а в сварочных агрегатах — двигателем внутреннего сгорания. К коллектору прижаты угольные щетки, через которые постоянный ток подводится к зажимам. К этим зажимам присоединяют сварочные провода, идущие к электрододержателю и изделию. Сварочные генераторы выполняют по различным электрическим схемам. Они могут быть с падающей характеристикой (генераторы типа ГСО в преобразователях типа ПСО-ЗОО, ПСО-500 и др.), с жесткой и пологопадающей характеристикой (типа ГСГ в преобразователях типа ПСГ-500) и универсальные (преобразователи типа ПСУ-300, ПС-500). Наибольшее распространение получили сварочные генераторы с падающими внешними характеристиками, работающие по следующим схемам: с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой; с самовозбуждением и размагничивающей последователь ной обмоткой. Схема генератора с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой показана на рис. 24, а. Генератор имеет обмотку независимого возбуждения, питаемую от отдельного источника постоянного тока, и последовательную размагничивающую обмотку РО, включенную в сварочную цепь последовательно с обмоткой якоря. Ток в цепи независимого возбуждения регулируется реостатом Р. Магнитный поток Фн, создаваемый обмоткой независимого возбуждения #0 , противоположен по своему направлению магнитному потоку Фр, создаваемому размагничивающей обмоткой РО. Результирующий поток представляет разность потоков Фрез. С увеличением тока в сварочной цепи будет увеличиваться Фр, а Фн остается неизменным, результирующий поток Фрез, э. д. с. и напряжение на зажимах генератора будут падать, создавая падающую внешнюю характеристику генератора. Сварочный ток в генераторах этой системы регулируется реостатом Р и секционированием последовательной обмотки, т. е. изменением числа ампер-витков. В генераторах с самовозбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой возбуждения (рис. 24, б) используется принцип самовозбуждения. Напряжение на намагничивающую обмотку возбуждения НО снимается со щеток а и с самого генератора, это напряжение почти постоянно по величине, поэтому магнитный поток Фн практически не меняется.


 

Металлургические процессы при сварке плавлением Плавление металла. Электродный металл при дуговой сварке плавится за счет теплоты, выделяемой на конце электрода в приэлектродной области дуги; теплоты, по падающей из столба дуги; нагрева вылета электрода при прохождении сварочного тока от токопровода и до дуги. Чем больше вылет электрода, тем больше его сопротивление и тем больше выделяется теплоты. Конец электрода нагревается до температур 2300— 2500°С, что и обеспечивает его плавление. На конце элект рода образуются капли расплавленного металла, которые переносятся через дуговое пространство в сварочную ванну. Капли формируются на конце электрода и переносятся под воздействием сил поверхностного натяжения, веса, давления газов, образующихся внутри расплавленного металла, давления газового потока, электростатических и электродинамических сил, реактивного давления паров металла. В зависимости от соотношения сил, действующих на каплю, характер переноса электродного металла может быть различным: крупнокапельным (характерен для ручной дуговой сварки покрытым электродом) или мелкокапельным (наблюдается при сварке под флюсом и в защитных газах — аргоне, углекислом газе и др., рис. 25, а); струйным (имеет место при сварке в аргоне при токах, больших некоторых критических значений, рис. 25, в)\ за счет коротких замыканий (характерен для сварки в углекислом газе, рис. 25, б). Главными силами, формирующими и удерживающими каплю на конце электрода, являются силы поверхностного натяжения, возникающие на поверхности капли и направленные внутрь нее. Отрыв капли и ее перенос обеспечивается электродинамическими силами и давлением газовых потоков. Эти силы увеличиваются с ростом сварочного тока, увеличение тока приводит к измельчению капель. Сила тяжести капли имеет существенное значение при малых плотностях тока и способствует отрыву и переносу капель металла только при сварке в нижнем положении. Перенос электродного металла в дуге сопровождается выбросом части металла за пределы сварочной ванны разбрызгиванием. Разбрызгивание связано главным образом с электрическим взрывом перемычки между отделяющейся каплей и торцом электрода под действием электромагнитных сил. Основной металл плавится в результате выделения теплоты в активном пятне (в приэлектродной области) на поверхности изделия и теплоты столба дуги. Форма проплавления (глубина и ширина) определяется концентрацией теплового и силового воздействия дуги. Основные компоненты силового воздействия дуги: поверхностные силы — давление, вызываемое торможением струи плазмы дуги о поверхность металла, реактивное давление струи пара с поверхности сварочной ванны; объемная электродинамическая сила в жидком металле. Давление осевого плазменного потока вызывается электромагнитными силами, его величина пропорциональна квадрату тока. Дуга с плавящимся электродом оказывает большее силовое воздействие на сварочную ванну, чем дуга с неплавящимся электродом. Сила давления от газового потока невелика и составляет около 1 % силы давления потока, вызываемого электромагнитными силами. Процесс проплавления металла определяется тепловым и силовым воздействием дуги. Формирование и кристаллизация сварочной ванны. Формирование сварочной ванны происходит под действием силы тяжести расплавленного металла Рм, давления источника теплоты (например, давление дуги) Рд и сил поверхностного натяжения Рп, действующих на поверхности металла (рис. 26). Характер действия этих сил зависит от положения сварки. При сварке в нижнем положении при сквозном проплавлении жидкая ванна удерживается на весу силами поверхностного натяжения Рп, которые уравновешивают давление, оказываемое на ванну источником теплоты Рд , и силу тяжести Рм (вес жидкого металла). В том случае, если сила тяжести расплавленного металла и сила давления источника теплоты превысят силы поверхностного натяжения, т. е. произойдет разрыв поверхностного слоя в проплаве, и жидкий металл вытечет из ванны, образуя прожог. В условиях движущейся сварочной ванны (во время сварки) возникают дополнительные гидродинамические силы, вызванные перемещением расплавленного металла в хвостовую часть ванны. В случаях, когда силы поверхностного натяжения не могут уравновесить разрушающие силы, необходимо применять специальные меры — ограничивать объем сварочной ванны, применять сварку на подкладках, использовать удерживающие приспособления. Удержание ванны от стекания имеет особенно важное значение при сварке в вертикальном и потолочном положениях. При сварке в вертикальном положении процесс можно вести сверху вниз (на спуск) и снизу вверх (на подъем). В обоих случаях сила тяжести ванны направлена вниз по продольной оси шва. При сварке на спуск удержанию ванны от стекания способствует давление дуги и силы поверхностного натяжения. При сварке на подъем ванна удерживается только силами поверхностного натяжения. При сварке в вертикальном положении для удержания ванны необходимо ограничивать тепловую мощность и размеры ванны. Выполнение швов в потолочном положении осложняется не только опасностью стекания ванны. Возникает необходимость переноса присадочного металла в ванну в направлении, противоположном действию силы тяжести. При сварке в потолочном положении ванна удерживается силами поверхностного натяжения и давлением дуги. Для удержания ванны в потолочном положении также необходимо ограничивать ее объем. Очень неблагоприятные условия формирования шва при выполнении горизонтальных швов на вертикальной плоско сти. Расплавленный металл ванны натекает на нижнюю свариваемую кромку, что приводит к формированию несимметричного усиления шва, а также подрезов. При сварке горизонтальных швов предъявляются жесткие требования к сокращению размеров сварочной ванны. Кристаллизация металла сварочной ванны. При сварке плавлением сварочную ванну можно условно разделить на два участка: головной, где происходит плавление основного и дополнительного металлов, и хвостовой, где происходит затвердевание расплавленного металла. Переход металла сварочной ванны из жидкого состояния в твердое называют кристаллизацией.

Отличительные особенности кристаллизации сварочной ванны:

1. Источник теплоты при сварке перемещается вдоль соединяемых кромок, а вместе с ним движутся плавильное пространство и сварочная ванна. При дуговой сварке столб дуги, расположенный в головной части ванны, оказывает механическое воздействие (давление) на поверхность расплавленного металла за счет удара заряженных частиц, давления газов и дутья дуги. Давление приводит к вытеснению жидкого металла из-под основания дуги и погружению столба дуги в толщу основного металла. Жидкий металл, вытесненный из-под основания дуги, по мере передвижения дуги отбрасывается в хвостовую часть сварочной ванны. При удалении дуги отвод теплоты начинает преобладать над притоком и начинается затвердевание — кристаллизация сварочной ванны. В процессе затвердевания по границе расплавления образуются общие кристаллиты, что и обеспечивает монолитность соединения.

2. Малый объем сварочной ванны, который зависит от вида и режима сварки и изменяется от 0,1 до 10 см3. Поэтому теплоотвод в прилегающий холодный металл очень велик, велика и скорость кристаллизации.

3. Значительный перегрев расплавленного металла и его интенсивное перемешивание.

4. Кристаллизация металла сварочной ванны при сварке плавлением начинается в основном от готовых центров кристаллизации — частично оплавленных зерен основного металла. Металл шва, выполненного сваркой плавлением, имеет столбчатое строение, так как состоит из вытянутых (столбчатых) кристаллитов, растущих при кристаллизации в направлении, обратном теплоотводу.


 

При сварке без защиты расплавляемый металл интенсивно поглощает газы атмосферы, поэтому сварные швы обладают низкими механическими свойствами. Для изоляции металла от воздуха в процессе сварки применяют различные средства защиты: электродные покрытия, флюсы, защитные газы, вакуум. Однако полностью изолировать металл от воздуха обычно не удается, сами средства защиты также взаимодействуют с металлом, даже инертный газ и вакуум, содержащие некоторое количество примесей. Химические реакции взаимодействия расплавленного металла с газами и средствами защиты называются сварочными металлургическими реакциями. Выделяют две основные зоны или стадии взаимодействия расплавленного металла с газами и шлаком — торец электрода с образующимися на нем каплями и сварочную ванну. Полнота протекания металлургических реакций зависит от температуры, времени взаимодействия, поверхности и концентрации реагирующих веществ. Характерные условия металлургических реакций при сварке, как и при кристаллизации,— высокая температура нагрева, относительно малый объем расплавляемого металла, кратковременность процесса. Средняя температура капель электродного металла, поступающих в ванну, увеличивается с увеличением плотности тока и составляет при сварке сталей от 2200 до 2700°С, т. е. характеризуется значительным перегревом. Температура сварочной ванны при дуговой сварке также характеризуется значительным превышением над точкой плавления, перегрев составляет 100—500°С. Высокая температура способствует высокой скорости протекания реакций, однако из-за больших скоростей охлаждения реакции при сварке обычно не успевают завершиться полностью. Металлургические реакции при сварке одновременно протекают в газовой, шлаковой и металлической фазах. Взаимодействие металла с газами. При дуговой сварке газовая фаза зоны дуги, контактирующая с расплавленным металлом, состоит из смеси N2, 02, Н2, С02, СО, паров Н20, а также продуктов их диссоциации и паров металла и шлака. N2 попадает в зону сварки главным образом из воздуха, источниками 02 и Н2 являются воздух, сварочные материалы (электродные покрытия, флюсы, защитные газы и т. п.), а также окислы, поверхностная влага и другие загрязнения на поверхности основного и присадочного металлов. Наконец, 02, Н2 и N2 мбгут содержаться в избыточном количестве в переплавляемом металле. В зоне высоких температур происходит распад молекул газа на атомы (диссоциация). Молекулярный кислород, азот и водород распадаются и переходят в атомарное состояние 0 а ^20 , N2 ^2N, Н 2 ^2Н . Активность газов в атомарном состоянии резко повышается. При контакте расплавленного металла, содержащегося в газовой или шлаковой фазе, происходит растворение 02 в металле, а при достижении предела растворимости — химическое взаимодействие с образованием окислов. Одновременно происходит окисление примесей и легирующих элементов, содержащихся в металле. В первую очередь окисляются элементы, обладающие большим сродством к 02. Например, Ti окисляется по реакции Ti+0 2=Ti02, Мп — по реакции Мп+0 2=Мп0 2. Железо образует с 02 три соединения (оксида): оксид железа FeO, содержащий 22,27% 02; оксид железа Fe304, содержащий 27,64% 02; оксид железа Fe02, содержащий 30,06% 02 . Наличие этих соединений в металле снижает его прочностные и пластические свойства. Азот растворяется в большинстве конструкционных материалов и со многими элементами образует соединения, которые называются нитридами. С железом он образует нитриды Fe2N (11,15% N2) И Fe,N (5,9% N2), что вызывает охрупчивание, поры и старение сталей. Водород также растворяется в большинстве металлов. Металлы, способные растворять Н2, можно разделить на две группы. К первой относятся металлы, не имеющие химических соединений с Н2 (Fe, Ni, Со, Си и др.). Ко второй группе относятся металлы (Ti, Zr, V, Nb, Та, Ра, редкоземельные элементы и др.), образующие с водородом химические соединения, которые называются гидридами. Водород очень вредная примесь, так как является причиной пор, микро и макротрещин в шве и в зоне термического влияния. Углекислый газ, присутствующий в зоне дуги при сварке в С02, активно окисляет металл по реакции, которая протекает в две стадии: С02ч±С0+1/202, Реж+1/202=[Ре0]. В суммарном виде реакция имеет вид С0 2 +Ре ж = =[FeO]+COf, где [FeO]— оксид железа, растворившийся в железе. Образующаяся окись углерода СО в металле шва не растворяется, в процессе кристаллизации сварочной ванны она выделяется и может образовать поры. Углекислый газ применяют для защиты зоны сварки при использовании раскисляющих элементов (Mn, Si), нейтрализующих окислительное действие С02. Водяной пар, находящийся в газовой фазе, взаимодействует с жидким металлом по уравнению H20+Fe== = [FeO]+H2. Основные способы борьбы с вредным влиянием газов — качественная защита и применение элементов раскислите лей в сварочных материалах. Взаимодействие металла со шлаком. При расплавлении электродного покрытия, сварочного флюса, сердечника порошковой проволоки образуется шлак. Основное назначение сварочного шлака — изоляция расплавленного металла от воздуха. Флюсы и покрытия стабилизируют дугу, способствуют качественному формированию шва, осуществляют металлургическую обработку расплавленного металла — его раскисление и легирование. Характерными реакциями раскисления являются реакции раскисления закиси железа кремнием и марганцем, содержащимися в сварочных флюсах и покрытиях: 2FeO+ +Si^2Fe+SiOa, FeO+Mn^Fe+MnO. Оксиды кремния и марганца переходят в шлак. Сварочные материалы наряду с окислителями могут содержать вредные компоненты — S и Р, которые являются причиной горячих трещин и охрупчивания металла шва. Сера, соединяясь с Fe, образует сульфид железа FeS. Металл очищают от S, вводя более активный элемент, чем свариваемый металл, по реакции FeS+Mn^ ^Fe+MnS . Сульфид марганца менее растворим встали, чем сульфид железа, что вызывает перераспределение серы из расплавленного металла в шлак. Химический состав металла шва. Химический состав металла шва и его свойства зависят от состава и доли участия в формировании шва основного и электродного (присадочного) металла, реакций взаимодействия расплавляемого металла с газами атмосферы и защитными средствами. Металл шва в общем случае при сварке плавящимся электродом или применении металлических присадок (проволоки, порошка и т. п.) образуется в результате перемешивания в ванне основного и электродного (присадочного) металла. Доля основного металла (ф0) в шве зависит от вида соединения (с разделкой, без разделки), вида и режима сварки и может быть определена по отношению площади, занятой основным металлом в поперечном сечении шва, ко всей его площади (рис. 27): .=Fnp/(Fnp+F<>)> где F Fnp — площади, занятые основным и электродным (присадочным) металлом соответственно. При ручной дуговой сварке покрытым электродом доля основного металла в шве составляет 0,15—0,40 — при на 3—458 65 плавке валиков, 0,25—0,50 — при сварке корневых швов, 0,25—0,60— при сварке под флюсом. При отсутствии химических реакций в зоне сварки содержание любого элемента в металле шва (Сш) может быть найдено по формуле, где С0, Сэ— исходное содержание элемента в основном и электродном металле, F0 — доля основного металла. Например, определим содержание никеля в металле шва при дуговой сварке стали, содержащей 1,2% Ni, с использованием электродной проволоки с содержанием 1,5% Ni (сварка встык без разделки). Принимая среднее значение Чго=0,3, получаем Сш(№ %)=(1,2 0,3)+[1,5-(1-0,3)1=1,41%. В случае химических реакций расплавленного металла с газами, покрытиями, шлаковой ванной состав металла шва определяют с учетом коэффициентов перехода, показывающих, какая доля металла, содержащегося в электродной проволоке, переходит в металл шва Сш==С0Чг0+,пСэ(1— где г] — коэффициент перехода, он изменяется в широких пределах (0,3—0,95) в зависимости от химической активности элемента, вида и технологии сварки и др. § 11. Технология ручной дуговой сварки Выбор режима ручной дуговой сварки. Под режимом сварки понимают совокупность контролируемых параметров, определяющих условия сварки. Параметры режима сварки подразделяют на основные и дополнительные. К основным параметрам режима ручной сварки относят диаметр электрода, величину, род и полярность тока, напряжение на дуге, скорость сварки. К дополнительным относят величину вылета электрода, состав и толщину покрытий электрода, положение электрода и положение изделия при сварке. Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины металла, катета шва, положения шва в пространстве. Примерное соотношение между толщиной металла 5 и диаметром электрода dd при сварке в нижнем положении шва составляет: Сил а ток а в основном зависит от диаметра электрода, но также от длины его рабочей части, состава покрытия, положения сварки. Чем больше ток, тем больше производительность, т. е. большее количество наплавляемого металла: G=aH/CBtf, где G — количество наплавленного металла, г; коэффициент наплавки, г/(А ч); /с в — сварочный ток, A; t — время, ч. Однако при чрезмерном токе для данного диаметра электрода электрод быстро перегревается выше допустимого предела, что приводит к снижению качества шва и повышенному разбрызгиванию. При недостаточном токе дуга неустойчива, часто обрывается, в шве могут быть непровары. Величину тока можно определить по следующим формулам: при сварке конструкционных сталей для электродов диаметром 3—6 мм /d=(20+6da)da; для электродов диаметром менее 3 мм где da — диаметр электрода, мм. Сварку швов в вертикальном и потолочном положениях выполняют, как правило, электродами диаметром не более 4 мм. При этом сила тока должна быть на 10—20% ниже, чем для сварки в нижнем положении. Напряжение дуги изменяется в сравнительно узких пределах — 16—30 В.


 

Дуга может возбуждаться двумя приемами: касанием впритык и отводом перпендикулярно вверх или «чирканием» электродом как спичкой. Второй способ удобнее, но неприемлем в узких и неудобных местах. В процессе сварки необходимо поддерживать определенную длину дуги, которая зависит от марки и диаметра электрода. Ориентировочно нормальная длина дуги должна быть в пределах Ld=(0,5—l,l)d9, где Ld—длина дуги, мм; йэ — диаметр электрода, мм. Длина дуги оказывает существенное влияние на качество сварного шва и его геометрическую форму. Длинная дуга способствует более интенсивному окислению и азотированию расплавляемого металла, увеличивает разбрызгивание, а при сварке электродами основного типа приводит к пористости металла. В процессе сварки электроду сообщается движение в трех направлениях. Первое движение — поступательное, по направлению оси электрода. Этим движением поддерживается постоянная (в известных пределах) длина дуги в зависимости от скорости плавления электрода. Второе движение — перемещение электрода вдоль оси валика для образования шва. Скорость этого движения устанавливается в зависимости от тока, диаметра электрода, скорости его плавления, вида шва и других факторов. При отсутствии поперечных движений электрода получается так называемый ниточный валик, на 2—3 мм больший диаметра электрода, или узкий шов шириной <l,5d3. Третье движение — перемещение электрода поперек шва для получения шва шире, чем ниточный валик, так называемого уширенного валика. Поперечные колебательные движения конца электрода (рис. 28) определяются формой разделки, размерами и положением шва, свойствами свариваемого материала, навыком сварщика. Для широких швов, получаемых с поперечными колебаниями, е=(1,5—5)db. Для повышения работоспособности сварных конструкций, уменьшения внутренних напряжений и деформаций большое значение имеет порядок заполнения швов. Под порядком заполнения шва понимают как порядок заполнения разделки шва по поперечному сечению, так и последовательность сварки по длине шва. По протяженности все швы условно можно разделить на три группы: короткие — до 300 мм, средние — 300— 1000, длинные — свыше 1000 мм. В зависимости от протяженности шва, материала, требований к точности и качеству сварных соединений сварка таких швов может выполняться различно (рис. 29). Короткие швы выполняют на проход — от начала шва до его конца. Швы средней длины варят от середины к концам или обратно-ступенчатым методом. Швы большой длины выполняют двумя способами: от середины к краям (обратноступенчатый способ) и вразброс. При обратноступенчатом методе весь шов разбивается на небольшие участки длиной по 150—200 мм, на каждом. Сварку соединений ответственных конструкций большой толщины (свыше 20—25 мм), когда появляются объемные напряжения и возрастает опасность образования трещин, выполняют с применением специальных приемов заполнения швов «горкой» или «каскадным» методом. 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 все время находится в горячем состоянии, что предупреждает появление трещин. «Каскадный» метод яв ляется разновидностью горки. Соединения под сварку собирают в приспособлениях, чаще всего с прихватками. Сечение прихваточного шва составляет примерно от сечения основного шва, длина его 30—50 мм. Угловые швы сваривают «в угол» или «в лодочку » (рис. 31). При сварке «в угол» проще сборка, допускается большой зазор между свариваемыми деталями (до 3 мм), но сложнее техника сварки, возможны дефекты типа подрезов и наплывов, меньше производительность, так как приходится за один проход сваривать швы небольшого сечения (катет <8 мм) и применять многослойную сварку. Сварка лодочкой более производительна, допускает большие катеты шва за один проход, но требует более тщательной сборки. Обеспечение нормативных требований по технологии и технике сварки — основное условие получения качественных сварных швов. Отклонения размеров и формы сварного шва от проектных чаще всего наблюдаются в угловых швах и связаны с нарушением режимов сварки, неправильной подготовкой кромок под сварку, неравномерной скоростью сварки, а также с несвоевременным контрольным обмером шва. Непроваро м называют местное отсутствие сплавления между свариваемыми элементами, между металлом шва и основным металлом или отдельными слоями шва при многослойной сварке. Непровар уменьшает сечение шва и вызывает концентрацию напряжений, поэтому может значительно снизить прочность конструкции. Участки шва, где выявлены непровары, величина которых превосходит допустимую, подлежат удалению и последующей заварке. Непровар в корне шва в основном вызывается недостаточной силой тока или повышенной скоростью сварки, непровар кромки (несплавление с кромками) — смещением электрода с оси стыка, а также блужданием дуги, непровар между слоями — плохой очисткой предыдущих слоев, большим объемом наплавляемого металла, натеканием расплавленного металла перед дугой. Подрезо м называют местное уменьшение толщины основного металла у границы шва. Подрез приводит к уменьшению сечения металла и резкой концентрации напряжений в тех случаях, когда он расположен перпендикулярно действующим рабочим напряжениям. Наплывом называют натекание металла шва на поверхность основного металла без сплавления с ним. Прожогом называют полость в шве, образовавшуюся в резу/trльтате вытекания сварочной ванны, является недопустимым дефектом сварного соединения. Кратером называют незаваренное углубление, образующееся после обрыва дуги в конце шва. В кратере, как правило, образуются усадочные рыхлости, часто переходящие в трещины. Ожогам и называют небольшие участки подвергшегося расплавлению металла на основном металле вне сварного шва.  Подрезы, натеки, наплывы, прожоги, незаваренные кратеры, оставшиеся после сварки шлак и брызги, оплавление кромок (в угловых швах) вызываются преимущественно чрезмерной силой тока и напряжения на дуге, большим диаметром электродов, неправильными манипуляциями электродом, плохой сборкой под сварку, низкой квалификацией или небрежностью сварщика. Ручную дуговую сварку широко используют в процессах наплавки при восстановлении изношенных поверхностей, восстановлении брака литья и для наплавки по0верхностей со специальными свойствами. Наплавка имеет ряд отличительных особенностей по сравнению с соединительной сваркой. При наплавке поверхностных слоев с заданными свойствами химический состав наплавленного металла существенно отличается от химического состава основного металла. Наплавляемый металл выбирают с учетом эксплуатационных требований и свариваемости. Технологическими требованиями и особенностями наплавки по сравнению с соединительной сваркой являются! минимальное перемешивание наплавляемого слоя с основным металлом для обеспечения заданного химического состава слоя и предотвращения трещин; обеспечение минимальной зоны термического влияния; минимальные деформации и напряжения. Эти требования обеспечивают за счет уменьшения глубины проплавления регулированием параметров режима, погонной энергии, техники наплавки, колебаниями электрода, увеличением его вылета, применением широкой лен ты малой толщины, наплавкой симметричных слоев вразброс, их проковкой после наплавки и другими технологическими приемами. Техника наплавки должна обеспечивать максимальную производительность наплавки, т. е. максимальное количество расплавляемого электродного (присадочного) металла в единицу времени.


 

Ручную дуговую наплавку выполняют покрытым плавящимся и неплавящимся электродами. Перед наплавкой плавящимся электродом поверхность детали должна быть тщательно зачищена, после чего приступают к наплавке металла отдельными валиками. При этом каждый последующий валик должен расплавлять предыдущий на Va—7а ширины. Электроды выбирают исходя из условий эксплуатации наплавляемой поверхности. Производительность ручной дуговой неплавки покрытыми электродами составляет 0,8—3 кг/ч. Порошковые смеси наплавляют угольным (графитовым) электродом постоянным током прямой полярности. На очищенную от загрязнений поверхность насыпают тонкий слой флюса (0,2—0,3 мм), чаще всего прокаленную буру, затем слой шихты высотой 3—5 мм и шириной 20—60 мм. Дугу возбуждают на основном металле, затем переносят на шихту, шихта расплавляется с минимальным проплавлением основного металла. § 12. Повышение производительности ручной дуговой сварки Производительность сварки плавящимся электродом определяется коэффициентами расплавления и наплавки. Расплавление присадочного металла характеризуется коэффициентом расплавления: оср=Gp/(/св0» где <хр — коэффициент расплавления, г/(А-ч); Gp— масса расплавленного за время t электродного Металла, г; t — время горения дуги, ч; /с в — сварочный ток, А. Количество наплавленного металла или скорость наплавки определяется коэффициентом наплавки aH=GH/(/GB/), где ан— коэффициент наплавки, г/(А«ч); GH — масса наплавленного за время t металла, г (с учетом потерь). Разница в коэффициентах ар и ан определяется потерями эле /ктродного металла на угар, разбрызгивание, испарение и т. п. Коэффициент этих потерь определяется по формуле -| ар гРп Коэффициенты ар, ан, зависят от вида, способа и параметров режима сварки. При малых плотностях тока (ручная дуговая сварка) значение коэффициентов расплавления и наплавки не превышает 7—10 г/(А «ч). С увеличением плотности тока значение коэффициентов возрастает до 17 г/(А-ч) и более. Коэффициент потерь для различных способов сварки составляет 1—5%. Производительность сварки определяется количеством расплавляемого металла Gtt в единицу времени. Из формулы следует, что для уменьшения основного времени необходимо стремиться, с одной стороны, к увеличению сварочного тока и коэффициента наплавки ан, с другой — к уменьшению поперечного сечения наплавленного металла FH. Ток и объем расплавленного металла увеличивают применением электродов больших диаметров (6—10 мм), сваркой пучком электродов, сваркой специальными спаренными электродами при использовании трехфазной дуги. Во всех этих случаях увеличение тока достигается увеличением суммарной площади поперечного сечения электродных стержней. Следует иметь в виду, что увеличение массы электрода и электрододержателя увеличивает утомляемость сварщика. Появляются трудности с обеспечением провара в узких разделках кромок и угловых швов. Эти способы целесообразно использовать при заварке дефектов литья, заполнении разделок толстолистового металла. Повышение производительности за счет увеличения коэффициента наплавки ан достигается применением электродов с большим ан и электродов, содержащих железный порошок в покрытии. Электроды с железным порошком содержат в покрытии до 50—60% порошка (например, ОЗС-6), поэтому сварной шов образуется за счет расплавления стержня и порошка покрытия. При этом коэффициент наплавки увеличивается до 12—18г/(А«ч), а производительность— в 1,5—2 раза. Площадь сечения наплавленного металла FH при заданной толщине свариваемого металла уменьшают соответствующей разделкой кромок, например применением двустороннего скоса кромок вместо одностороннего. Уменьшение FH за счет увеличения глубины и площади проплавления достигается сваркой методом опирания (с глубоким проваром, погруженной дугой). Сущность способа заключается в том, что электрод опирают с легким нажимом покрытия о свариваемый металл под углом 15—20° к вертикал class=и, перемещают углом назад по линии наложения валика без поперечных колебаний. Используют электроды с повышенной толщиной покрытия. Сварочный ток увеличивают на 20— 40% й выбирают по формуле /СВ=(60+70)<2Э. Увеличенная мощность сварочной дуги, концентрированный ввод теплоты, быстрое перемещение электрода под углом и интенсивное вытеснение расплавленного металла сварочной ванны из-под дуги давлением дуги создают условия для глубокого провара при минимальном разбрызгивании. Этот метод используют при сварке в нижнем положении стыковых швов и угловых «в лодочку». Повышение производительности достигается также применением сварки наклонным и лежащим электродом за счет того, что один рабочий может одновременно обслуживать 3—4 поста. § 13. Безопасность, труда при дуговой сварке Основными опасностями и вредностями, приводящими к производственным травмам при сварке, являются: поражение электрическим током при электросварочных работах; поражение зрения и открытой поверхности кожи излучением электрической дуги; отравление организма вредными газами, пылью и испарениями, выделяющимися при сварке; травмы от взрывов баллонов сжатого газа, ацетиленовых генераторов и сосудов из-под горючих веществ; пожарная опасность и ожоги; механические травмы при заготовительных и сборочно-сварочных операциях; опасность радиационного поражения при контроле сварных соединений радиационными методами. Каждый рабочий при поступлении на работу проходит инструктаж или специальный техминимум по технике безопасности. Техника безопасности — совокупность технических и организационных мероприятий, направленных на создание безопасных и здоровых условий труда. Ответственность за организацию и состояние техники безопасности на предприятиях несет администрация этих предприятий. Общий контроль за выполнением норм и правил охраны труда, в том числе правил техники безопасности, осуществляют соответствующие инспекции (Госгортехнадзор, Госсанинспекция, Инспекция пожарного надзора, Госэнергонадзор) и профсоюзные организации. Комплекс мероприятий по производственной санитарии, гигиене труда, организации отдыха, медицинскому обслуживанию и технике безопасности обеспечивает охрану труда работающих на социалистических предприятиях. Электробезопасность. Поражение электрическим током происходит при прикосновении с токоведущими частями электропроводки и сварочной аппаратуры, применяемой для дуговой, контактной и. лучевой видов сварки. Токи, проходящие через тело человека, величиной более 0,05 А (при частоте 50 Гц) могут вызвать тяжелые последствия и даже смерть (>0,1 А). Сопротивление человеческого организма в зависимости от его состояния (утомленность, влажность кожи, состояние здоровья) меняется в широких пределах от 1000 до 20 000 Ом. Напряжение холостого хода источников питания нормальной дуги достигает 90 В, а сжатой дуги — 200 В. В соответствии с законом Ома при неблагоприятном состоянии сварщика через него может пройти ток, близкий к предельному.


 

Электробезопасность обеспечивается: выполнением требований электробезопасности электросварочного оборудования, надежной изоляцией, применением защитных ограждений, автоблокировки, заземлением электрооборудования и его элементов, ограничением напряжения холостого хода источников питания (генераторы постоянного тока до 80 В, трансформаторы до 90 В); индивидуальными средствами защиты (работа в сухой и прочной спецодежде и рукавицах, в ботинках без металлических шпилек и гвоздей); соблюдением условий работы (прекращение работы при дожде и сильном снегопаде при отсутствии укрытий; пользование резиновым ковриком, резиновым шлемом и галошами при. работе внутри сосудов, а также переносной лампой напряжением не более 12 В; ремонт электросварочного оборудования и аппаратуры специалистами-электриками). При поражении электрическим током пострадавшему необходимо оказать помощь: освободить от электропроводов (с соблюдением техники безопасности), обеспечить доступ свежего воздуха, при потере пострадавшим сознания немедленно вызвать скорую медицинскую помощь, а до прибытия врача делать искусственное дыхание.. Защита зрения и открытой поверхности кожи. Электрическая сварочная дуга создает три вида излучения: световое, ультрафиолетовое, инфракрасное. Световые лучи оказывают ослепляющее действие, так как их яркость значительно превышает допустимые нормы. Ультрафиолетовое излучение даже при кратковременном действии в течение нескольких секунд вызывают заболевание глаз, называемое электроофтальмией. Оно сопровождается острой болью, резью в глазах, слезотечением, спазмами век. Продолжительное действие ультрафиолетового излучения приводит к ожогам кожи. Инфракрасное излучение при длительном действии вызывает помутнение хрусталиков глаз (катаракта), что может привести к ослаблению и потере зрения, тепловое действие этих лучей вызывает ожоги кожи. Защита зрения и кожи лица при дуговой сварке обеспечивается применением щитков, масок или шлемов из жаростойких диэлектриков (фибры, пропитанной специальным раствором фанеры, и т. п.) с защитными стеклами — светофильтрами (размер 52x102 мм), задерживающих и поглощающих излучение дуги. В зависимости от мощности дуги применяют различные светофильтры. Для защиты от излучения дуги в стационарных условиях устанавливают закрытые кабины, а при строительных и монтажных работах применяют переносные щиты и ширмы. Для предохранения тела применяют спецодежду из плотного брезента или сукна, иногда из асбестовой ткани. Защита от отравлений вредными газами, пылью и испарениями. Состав и количество вредных газов, пыли и испарений зависит от вида сварки, состава защитных средств (покрытий, флюсов, газов), свариваемого и электродного материалов. Количество сварочной пыли (аэрозоли) и летучих соединений при сварке составляет от 10 до 150 г на 1 кг расплавленного электродного металла. Основными составляющими являются окислы железа (до 70%), марганца, кремния, хрома, фтористые и другие соединения. Наиболее вредными являются хром, марганец и фтористые соединения. Кроме аэрозоли воздух в рабочих помещениях при сварке загрязняется различными вредными газами: окислами азота, углерода, фтористым водородом и др. Наряду с кратковременным отравлением, которое проявляется в виде головокружения, головной боли, тошноты, рвоты, слабости и др., отравляющие вещества могут откладываться в тканях организма человека и вызывать хронические заболевания. Особое внимание обращается на концентрацию марганца, так как его наличие в воздухе свыше 0,3 мг/м3 может вызвать тяжелые заболевания нервной системы. Наиболее вредной является сварка покрытыми электродами, при автоматических методах сварки количество вред ных выделений значительно меньше. Основными мероприятиями, направленными на защиту от отравления вредными выделениями при сварке и улучшение условий труда, являются: применение местной и общеобменной вентиляции; механизация и автоматизация сварочных процессов; замена вредных процессов и материалов менее вредными (например, замена электродов с кислым покрытием с большим содержанием окиси марганца на рутиловые); применение изолирующих и защитных устройств; в особо опасных случаях пользование индивидуальных средств защиты (респираторы с химическим шлемом, противогазы). Пожарная безопасность. Причинами пожара при сварочных работах могут быть искры и капли расплавленного металла и шлака, неосторожное обращение с пламенем горелки при наличии горючих материалов вблизи рабочего места сварщика. Опасность пожара особенно следует учитывать на строительно-монтажных площадках и при ремонтных работах в неприспособленных для сварки помещениях. Основные требования пожарной безопасности изложены в «Правилах пожарной безопасности при проведении сварочных и других огневых работ на объектах народного хозяйства ». Места, где выполняется сварка, должны быть оснащены огнетушителями, ящиками с песком, лопатами и совками, бочками или ведрами с водой. Деревянные конструкции, расположенные ближе 5 м от сварочных постов, оштукатуривают или обивают листовым асбестом или листовой сталью по войлоку, смоченному в глинистом растворе. В зоне попадания брызг металла и искр не должно быть воспламеняющихся предметов. Легковоспламеняющиеся и взрывоопасные материалы должны быть на расстоянии не менее 30 м от места сварки. Деревянные полы, настилы, помосты при необходимости защищают от искр и капель расплавленного металла и шлака листами асбеста или железа. Сварщики обеспечиваются спецодеждой, обувью, рукавицами и головным убором. Для обеспечения взрывобезопасности сварочные работы в емкостях из-под горючих продуктов выполняют только после их тщательной очистки от остатков продуктов и двух-, трехкратной промывки горячим 10%-ным раствором щелочи с последующей продувкой паром или воздухом. Газопроводы можно ремонтировать только после тщательной продувки. Травмы (ушибы, порезы) имеют место при заготовительных и сборочно-сварочных операциях. Причиной таких травм являются несоблюдение техники безопасности при работе на металлорежущем оборудовании при заготовительных операциях; отсутствие приспособлений для транспортировки и сборки тяжелых деталей; неисправные транспортные средства — тележки, краны и т.д.; непроверенный такелаж — канаты, цепи, тросы, захваты; несоблюдение персоналом основных правил по такелажным работам; неисправный инструмент — кувалды, молотки, зубила, ключи и т. д. Основными мерами по снижению травматизма являются продуманная с точки зрения безопасности работ технология заготовки, сборки и сварки, правильное оснащение рабочих мест и соблюдение персоналом основных правил по технике безопасности.

 

Контрольные вопросы

В чем заключается сущность ручной дуговой сварки плавящимся электродом? Назовите основное оборудование, принадлежности и инструмент для ручной дуговой сварки.
Как классифицируют и обозначают сварочные проволоки?
Как классифицируются стальные покрытые электроды для сварки и наплавки? Что такое тип электрода, марка электрода?
Назовите основные металлургические процессы при дуговой сварке.
Назовите основные особенности ручной дуговой сварки. Как выбирают параметры режима сварки?
Опишите принципиальную схему источников питания для дуговой сварки: трансформаторов, выпрямителей, генераторов.
Как повысить производительность ручной дуговой сварки?
Расскажите об основных правилах безопасности труда при ручЩ дуговой сварке.


 

Способы резки стальным электродом Резка стальным электродом с тугоплавким покрытием является одним из видов разделительной резки. Она основана на выплавлении металла из зоны резания теплотой электрической дуги, возбуждаемой между электродом и разрезаемым металлом. Этот способ широко применяется при строительно-мотажных работах для грубой разделки металла. Резку производят стальными электродами с качественным покрытием, но более тугоплавким, чем для сварки. Такое покрытие обеспечивает при резке образование небольшого козырька, закрывающего зону дуги. Козырек предохраняет электрод от короткого замыкания на разрезаемый металл. Кроме того, наличие козырька способствует более сосредоточенному нагреву металла и позволяет производительнее вести резку. В качестве покрытия применяют смесь, содержащую 70% марганцевой руды и 30% жидкого стекла. Толщина слоя покрытия составляет 1...1,5 мм. Успешно используются также электроды о покрытием ЦМ-7 и ЦМ-7с. Электроды диаметром от 4 до 6 мм являются наиболее рекомендуемыми. Величину тока при резке выбирают в пределах 60...60 А на 1 мм диаметра электрода. Источником питания дуги могут служить обычные сварочные генераторы или сварочные трансформаторы. Дуговую резку применяют для разрезания металлов толщиной не более 30 мм. Производительность процесса низкая. При толщине разрезаемого металла 15 мм скорость резки не превышает 120...150 мм/мин. При этом расход электрода составляет от 1,0 до 1,5 кг на 1 м разрезаемого металла. Кислородно-дуговая резка отличается от дуговой резки тем, что на нагретый до плавления участок поверхности металла подают струю чистого кислорода. Кислород прожигает металл участка резания и выдувает образовавшиеся окислы и расплавленный металл из зоны резания. При сгорании металла выделяется дополнительная теплота, которая ускоряет процесс плавки и резки металла. Такой способ применяют при строительных и монтажных работах, когда выполняют короткие разрезы на различных строительных конструкциях. ВНИИавтогенмаш разработал способ ручной кислородно-дуговой резки резаком типа РГД. При этом способе резчик в правой руке держит электрододержатель, а в левой - резак. Возбудив дугу и нагрев металл до плавления, резчик нажимает на рукоятку кислородного клапана и направляет струю кислорода на линию резания. Затем в процессе резки дугу и резак перемещают вдоль линии резания. Электродами служат стальные стержни диаметром 4...5 мм с покрытиями ЦМ-7, ОММ-5, ОЗС-З и др. Величина тока в зависимости от диаметра электрода составляет 160...250 А. Этим способом можно разрезать металл толщиной до 50 мм. Металл толщиной от 10 до 20 мм режут электродом диаметром 4 мм со скоростью 450...550 мм/мин. При этом расход кислорода составляет 100... 160 л/мин. Углеродистые и низколегированные стали толщиной 50 мм режут электродом диаметром 5 мм со скоростью 200 мм/мин при расходе кислорода до 400 л/мин. Важным преимуществом кислородно-дуговой резки является возможность сочетания резки со сварочными работами при монтаже различных строительных конструкций. Способы резки неплавящимся электродом Применяются следующие виды дуговой резки неплавящимся электродом: разделительная резка неплавящимся электродом, воздушно-дуговая резка и плазменно-дуговая резка. Разделительная резка металла неплавящимся электродом производится с помощью угольного, графитового или вольфрамового электрода. Угольные и графитовые электроды диаметром от 12 до 25 мм позволяют разрезать металл толщиной до 100 мм. Резку производят постоянным током прямой полярности. Величина тока в зависимости от диаметра электрода составляет от 40 до 1000 А. Угольные электроды в процессе резки науглероживают кромки разреза и этим затрудняют последующую механическую обработку. Графитовые электроды дают более чистый разрез, дольше сохраняются и допускают большие плотности тока. Воздушно-дуговая резка используется как для разделительной, так и для поверхностной резки. При этом способе между неплавящимся электродом и разрезаемым металлом возбуждают дугу. Теплотой дуги расплавляют металл участка резания, а струей сжатого воздуха непрерывно удаляют его из полости резания. Для воздушно-дуговой резки низкоуглеродистой и нержавеющей стали толщиной до 20 мм ВНИИавтогенмаш сконструировал универсальный резак РВД-4А-66 (рис. 79, где / - электрод; 2 - головка; 3 - нажимной рычаг; 4 - корпус; 5 - кабель-шланг). Он имеет сменные угольные электроды диаметром от б до 12 мм. Величина тока достигает 300 А, а при кратковременном форсированном режиме - до 500 А. Давление воздуха составляет 0,4...0,6 МПа (4...6 кгс/см2). Расход воздуха при давлении 0,5 МПа (5 кгс/см2) не превышает 20 м3/ч. Процесс резки протекает устойчиво при питании резака постоянным током обратной полярности. При постоянном токе прямой полярности и при переменном токе процесс идет неустойчиво, производительность низкая при плохом качестве поверхности резания. Производительность резки зависит от величины тока. При токе 200 А за 1 ч работы можно удалить до 7 кг низкоуглеродистой стали, при токе 300 А - до 10 кг, а при 500 А - около 20 кг. Кроме того, с повышением величины тока снижается удельный расход электроэнергии с 3 кВт-ч/кг при токе в 300 А до 2 кВт-ч/кг при 500 А. Плазменно-дуговая резка является прогрессивным высокопроизводительным способом резки металлов. Она осуществляется путем глубокого проплавления металла сжатой дугой в зоне резания и удаления частиц расплавленного металла газовым потоком. На рис. 80 представлена схема процесса. Дуга возбуждается и горит между вольфрамовым электродом / и разрезаемым металлом 5. Ток постоянный прямой полярности. Электрод находится внутри охлаждаемого медного мундштука 2. В канал мундштука под давлением подается плазмообразующий газ, струя которого сжимает столб дуги 3, Под действием дуги газ разогревается до высокой температуры, образуя плазму с температурой > 10000°G. Струя плазмы 6, имея высокую температуру и большую скорость истечения, проплавляет металл по линии реза 4 и выдувает расплавленный металл из зоны резания.? Плазменно-дуговую резку можно применять для резки легированных и углеродистых сталей, чугуна, цветных металлов и их сплавов. Наиболее рационально и экономично ее применение при резке высоколегированных сталей, цветных металлов и их сплавов. Электроды изготовляют из лантанированного вольфрама ВЛ-10или торированного вольфрама ВТ-15. Плазмообразующими газами служат чистый аргон высшего сорта (ГОСТ 10157-73), технический азот 1-го сорта (ГОСТ 9293-59), смеси аргона с техническим водородом, воздух. Источниками питания дуги являются однопостовые сварочные преобразователи ПСО-500 и выпрямители ВКС-500. Для обеспечения повышенного напряжения холостого хода используют последовательное включение двух-трех преобразователей на одну дугу. Применяются также специальные источники питания плазменной дуги ИПГ-500-1 и выпрямители типа ВДГ-502. Толщина разрезаемого металла в значительной степени зависит от напряжения тока. Например, при рабочем напряжении 75 В максимальная толщина резки алюминия достигает 25 мм, а при напряжении 250 В-300 мм. Величина тока составляет 150 ... 800 А. Для ручной плазменно-дуговой резки используют плазморез РДМ-2-66-А (рис. 81), работающий на смеси аргона, водорода и азота и позволяющий резать металлы толщиной до 80 мм при максимальном токе до 450 А. ВНИИавтогенмаш разработал универсальную аппаратуру «Плазморез», состоящую из трех комплектов: КДП-1, КДП-2, КДП-3. Комплект КДП-1 с резаком РДП-1 предназначен для резки алюминия толщиной до 80 мм, нержавеющей стали - до 60 мм и меди - до 40 мм. В качестве газа используется аргон, азот и водород. Комплект КДП-2 допускает резку алюминия толщиной до 50 мм, стали - до 40 мм и меди - до 20 мм. Резак этого комплекта РДП-2 имеет воздушное охлаждение и поэтому может быть использован на монтажных работах при любых температурах. Комплект КДП-3 с резаком РДП-3 позволяет производить резку алюминия толщиной до 30 мм, нержавеющей стали-до 25 мм и меди - до 15 мм. В качестве газа используется воздух при давлении 0,25...0,4 МПа (2,5...4 кгс/см2). Источником питания дуги для всех комплектов служат два последовательно соединенных выпрямителя типа ВДГ-501. Это обеспечивает необходимое напряжение холостого хода 180 В. Большое применение получили установки, в которых плазмообразующим газом служит воздух. К ним относится установка УПР-201, предназначенная для ручной плазменной резки металлов толщиной до 40 м при температуре окружающей среды от +40 до -40° С. Установка состоит из источника питания, аппаратуры управления процессом резки и плазмотрона. Максимальный рабочий ток 250 А, давление воздуха 0,5...0,8 МПа (от 5 до 8 кгс/см2), расход воздуха от 70 до 100 м8/ч. Для машинной резки применяют установки АПР-402, УВПР «Киев»? ОПР-6 и др. Установка АПР-402 может производить резку черных и цветных металлов и их сплавов толщиной до 160 мм. Установка обеспечивает раскрой листового материала, резку труб и круглого проката, резку сложного профиля, снятие фасок под углом 45°. Рабочий ток устанавливается в пределах от 100 до 450 А, напряжение холостого хода - 300 В, рабочее напряжение на дуге - 250 В, максимальное давление воздуха - 0,4 МПа (4 кгс/см2), плазмообразующий газ - воздух. Замена дорогостоящих газовых смесей обычным воздухом экономически выгодна, значительно упрощает конструкцию установки и повышает производительность труда в 3...5 раз. Для плазменной резки легированных сталей, цветных металлов и их сплавов в строительно-монтажных условиях эксплуатируется монтажный передвижной пост КПМ-1. Оборудование состоит из сварочного выпрямителя ВКС-500-1, компрессора, двух балластных реостатов РБ-300-1, горелки ГДС-150, резака РДП-2, баллонов с аргоном и азотом. Все оборудование поста смонтировано на одноосном автоприцепе ГАПЗ-755А. Пост снабжен коллектором, допускающим переход от сетевых коммуникаций к кабель шланговому пакету. Вентиляция на режиме резки - принудительная. Все оборудование поста защищено от атмосферных осадков металлическим кожухом. Оборудование поста позволяет производить резку меди толщиной до 20 мм, стали - до 40 мм и алюминия - до 50 мм, а также сварку металла толщиной До 2,5 мм в защитном газе. Масса передвижного поста 1500 кг.


 

СВОЙСТВА СВАРОЧНОЙ ДУГИ И ТРЕБОВАНИЯ К ИСТОЧНИКАМ ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ

 

СТРОЕНИЕ СВАРОЧНОЙ ДУГИ ПОСТОЯННОГО ТОКА И ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В НЕЙ

Сварка является технологическим процессом получения неразъемных соединений как металлических, так и неметаллических изделий. Различают сварку давлением и сварку плавлением. Наибольшее распространение получила электрическая сварка плавлением, в которой ведущее место занимает дуговая сварка. Физический процесс дуговой сварки основан на прохождении электрического тока большой плотности через газовый промежуток. Этот процесс впервые описан русским ученым В. В. Петровым (1802 г.) и получил название дугового разряда.

В зависимости от физико-химических свойств свариваемых металлов и технологических требований, обеспечивающих необходимое качество сварных изделий, применяют следующие виды дуговой сварки: покрытым электродом, под флюсом и в среде защитного газа. Дуговой разряд возбуждается и поддерживается энергией, получаемой от источника питания постоянного или переменного тока.

При рассмотрении физического процесса дуговой сварки применяют каналовую модель, в соответствии с которой сварочную дугу изображают в виде цилиндра, опирающегося своим нижним основанием на изделие. По внешним признакам сварочную дугу практически невозможно разделить на какие-либо конкретные зоны, так как вся область между электродом и изделием, называемая дуговым промежутком, представляет собой светящийся ионизированный газ. Вместе с тем в контактных областях: электрод — ионизированный газ — изделие находятся промежуточные слои газа, температура которых значительно ниже температуры ионизированного газа. Поэтому условно дуговой промежуток представляют тремя участками: столб дуги и две приэлектродные области.

Столб дуги — это ионизированный газ, который содержит атомы газов, паров, нейтральные молекулы, свободные электроны и положительные ионы. Количество отрицательных ионов при применяемых способах сварки очень мало. Свободные электроны движутся к аноду, а положительные ионы —- к катоду. Столб дуги считается квазинейтральным, так как в каждом сечении столба дуги имеется равное количество отрицательно и положительно заряженных частиц. При движении заряженных и нейтральных частиц в столбе дуги происходит их соударение, что вызывает ионизацию газа столба дуги. Степень ионизации

газа очень мала и определяется температурой столба дуги, потенциалами ионизации и возбуждения компонентов газовой смеси и паров, находящихся в дуговом промежутке. Газ с малой степенью ионизации называют низкотемпературной плазмой. Температура столба дуги по его продольной оси составляет более 6000 °С.

Области сварочной дуги, прилегающие к электроду и изделию, называют приэлектродными областями. Приэлектродная область, прилегающая к аноду (положительный полюс), называется анодной, а область, прилегающая к катоду (отрицательный полюс), называется катодной. Длина приэлектродных областей составляет 1 (10 5 -Ч- 107) м.

В приэлектродных областях происходит концентрация заряженных частиц, приводящая к возникновению объемного заряда. Создание объемного заряда вызывает резкое изменение напряженности электрического поля в приэлектродных областях. Распределение падения напря¬жения по длине дугового промежутка (напряжения дуги) зависит от физических условий, в которых горит сварочная дуга, и является суммой падения напряжений в приэлектродных областях и столба дуги (рис. I):

где U, — падение напряжения на сварочной дуге; UK — падение напряжения в приэлектродной области катода; UCT — падение напряжения в столбе дуги; Ua — падение напряжения в приэлектродной области аноде.

Для сварочной дуги при плавящемся электроде характерно UK"> Ua и С/к —f- ?/а> Ucx. Теплота, выделяемая в приэлектродных областях, расходуется на нагрев и плавление электрода и изделия.

При сварке плавящимся электродом, в приэлектродных областях температура столба дуги снижается до температуры плавления и кипения метал ia изделия и электрода, а при сварке неплавящимся электродом — до температуры нагрева конца электрода. В приэлектродных. областях на поверхности катода и анода образуются активные пятна. Активное пятно катода является источником свободных электронов, а активное пятно анода — местом нейтрализации электронов. Через активные пятна катода и анода проходит весь ток сварочной дуги, и поэтому они наиболее нагреты.

При горении сварочной дуги у активных пятен катода и анода возникают потоки ионизированного газа, называемые плазменными. Причина их возникновения — испарение металла электрода и изделия. Плазменные потоки, обладая значительной тепловой мощностью, влияют на баланс энергии всех областей сварочной дуги. Кроме того, эти потоки

поддерживают перпендикулярное направление столба дуги относительно поверхности активных пятен катода и анода, определяя, при сварке глубину проплавления и высоту валика. Во время /strongгорения сварочной дуги активные пятна хаотично перемещаются по поверхности катода и анода, заставляя хаотично перемещаться в пространстве плазменные потоки. Это увеличивает анизотропию дугового промежутка.

При горении сварочной дуги происходит взаимодействие электрического и магнитного полей, в результате чего возникают электромеханические силы. Эти силы направлены от наружной поверхности дуги к ее оси и оказывают сжатие (пинч-эффект) столба дуги.

При сварке происходит отклонение сварочной дуги от оси. Это приводит к снижению качества сварных изделий, а в отдельных случаях — к браку. Отклонение сварочной дуги обусловлено неравномерностью напряженности магнитного поля в зоне сварного шва, вызванной различными причинами (подключение токоподвода к изделию вдали от оси сварочной дуги, наличие ферримагнитных масс вблизи сварочной дуги и т. д.). Это явление называется магнитным дутьем. Для снижения магнитного дутья необходимо правильно выбрать наклон электрода относительно сварного шва, применить перемещаемый токоподвод или временно разместить дополнительные ферримагнитные массы.

При сварке плавящимся электродом особое значение имеет закономерность переноса капель жидкого металла с электрода в сварочную ванну. Размер капель расплавленного металла, переходящего с электрода в сварочную ванну, зависит от плотности сварочного тока и напряжения дуги. При увеличении плотности сварочного тока происходит уменьшение размера капель жидкого металла, а их число увеличивается. При повышении напряжения дуги размер капель жидкого металла увеличивается, а их число уменьшается. Для уменьшения разбрызгивания металла при дуговой сварке плавящимся электродом сварку проводят на повышенных плотностях сварочного тока при относительно малых значениях напряжения дуги или применяют импульсный режим сварки.

Ограничение площади поперечного сечения столба дуги приводит к уменьшению площади активного пятна анода, зоны его перемещения и, как следствие, к увеличению концентрации! энергии и температуры в приэлектродной области анода. Сварочная дуга с ограниченной площадью поперечного сечения столба дуги называется сжатой. Уменьшают площадь поперечного сечения столба дуги соплом специальной конструкции. Изменяя напряжение дуги, скорость движения охлаждающего газа и диаметр сопла, получают необходимые режимы сварки или резки.


 

При любом способе сварки напряжение дуги находится в определенной зависимости от сварочного тока при постоянной длине сварочной дуги. За длину дуги принимают длину столба дуги, пренебрегая при этом малой протяженностью приэлектродных областей. Зависимость напряжения дуги от сварочного тока при постоянной длине

 

дуги называют статической вольт - амперной характеристикой, т. е. С/д = /(/со) при /fl = const. Эта зависимость хорошо согласуется с внешней характеристикой источника питания, показывающей зависимость выходного напряжения источника питания от сварочного тока, т. е. Uaых = Si (/св.)

Сварочная дуга является нелинейным участком сварочного контура, поэтому для описания ее статической вольтамперной характеристики используют дифференциальное сопротивление, численно равное отношению бесконечно малого приращения напряжения дуги к бесконечно малому приращению сварочного тока.

В зависимости от значения дифференциального сопротивления при прочих равных условиях различают три типа статических вольтамперных характеристик (рис. 2): падающая, жесткая и возрастающая.

Падающую вольтамперную характеристику (рис. 2, а) имеют дуги, свободно горящие в воздухе и в среде аргона при сварочном токе от единиц ампер до 80 А. Снижение напряжения дуги при увеличении сварочного тока объясняется тем, что сумма падений напряжений в приэлектродных областях катода и анода не зависит от сварочного тока и определяется падением напряжения в столбе дуги. В сварочной дуге, свободно горящей в воздухе, с увеличением сварочного тока более интенсивно протекает ионизация, возрастает проводимость столба дуги и увеличивается площадь его поперечного сечения. В сварочной дуге, свободно горящей в среде аргона, рост проводимости столба дуги сопровождается интенсивно протекающей ионизацией защитного газа при повышении его температуры. На участке падающей вольтамперной характеристики дифференциальное сопротивление равно нулю.

Жесткую вольтамперную характеристику (рис. 2, б) имеют сварочные дуги при токах от 80 А и выше. Напряжение дуги в этом случае определяется суммой падений напряжений в приэлектродных областях и в столбе дуги, площадь поперечного сечения которых пропорциональна увеличению сварочного тока, проводимость дугового промежутка при этом остается без изменения. На участке жесткой вольтамперной характеристики дифференциальное сопротивление равно нулю.

Возрастающую вольтамперную характеристику имеют сварочные дуги при токах от 300 А и выше. Напряжение дуги в этом случае

растет не за счет увеличения площади поперечного сечения активного пятна катода, которое занимает весь торец электрода, а вследствие увеличения концентрации зарядов в нем. Это приводит к  увеличению падения напряжения в приэлектродной области катода, которое является составной частью напряжения дуги.

При сварке под флюсом малыми диаметрами электродов и при больших сварочных токах вольтамперная характеристика дуги (рис. 2,6, штриховая линия). При сварке плавящимся электродом в среде углекислого газа и неплавящимся электродом в среде аргона сжатой дугой вольтамперная характеристика круто - возрастающая (рис. 2, в). На участке возрастающей вольтамперной характеристики дифференциальное сопротивление больше нуля.

Статической вольтамперной характеристикой описывают сварочный процесс в установившемся режиме. При описании сварочного процесса в реальном масштабе времени используют динамическую вольтамперную характеристику, которая показывает зависимость мгновенных значений напряжения дуги от сварочного тока. Форма динамической вольтамперной характеристики определяется свойствами источника питания, от которых зависит устойчивость сварочного процесса при питании дуги как постоянным, так и переменным током.

При дуговой сварке происходит изменение длины сварочной дуги. Поэтому важное значение для устойчивого горения сварочной дуги имеет ее эластичность. Сварочная дуга считается эластичной, если при значительном увеличении длины дуги сварочный процесс является устойчивым.

Эластичность сварочной дуги зависит от сварочного тока, формы статической и динамической характеристик источника питания Увеличение сварочного тока приводит к увеличению эластичности дуги. Улучшение динамических свойств источника питания уменьшает время переходного процесса в сварочном контуре при различных возмущениях (изменение напряжения сети, сварочного тока и напряжения дуги).

Применение источников питания с полого падающей или жесткой внешней характеристикой при условии их согласования с жесткой и возрастающей вольтамперной характеристикой сварочной дуги для заданных параметров напряжения дуги и сварочного тока улучшает устойчивость горения сварочной дуги.

Вся электрическая мощность, без учета потерь, потребляемая сварочной дугой от источника питания, превращается в тепловую мощность. Тепловые процессы, происходящие при горении сварочной дуги, характеризуются основными параметрами — полной тепловой мощностью, действующей тепловой мощностью и КПД сварочной дуги.

Полная тепловая мощность сварочной дуги есть эквивалент электрической мощности, получаемой сварочной дугой от источника питания:

где Q — полная тепловая мощность сварочной дуги, Дж/с; д—-напряжение дуги, В; Iсв — сварочный ток, А.?

Однако не вся тепловая мощность сварочной дуги затрачивается на нагрев и плавление металла электрода и изделия. Часть тепловой мощности расходуется на нагрев окружающего воздуха, защитного газа, на плавление электродного покрытия или флюса и т. д. Тепловая мощность, расходуемая на непосредственный нагрев и плавление металла электрода и изделия, называется действующей тепловой мощностью сварочной дуги, где q — действующая тепловая мощность сварочной дуги, Дж/с; г\ — КПД сварочной дуги.

Откуда КПД сварочной дуги, для различных способов сварки КПД сварочной дуги имеет разное значение.


 

СВАРОЧНАЯ ДУГА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И УСЛОВИЯ ЕЕ ГОРЕНИЯ

Условия горения сварочной дуги переменного тока значительно отличаются от условий горения сварочной дуги постоянного тока. При питании сварочной дуги от источника переменного тока, например трансформатора, к концу каждого периода напряжение дуги и сварочный ток уменьшаются до нуля. Это приводит к снижению температуры и ионизации газовой смеси в приэлектродных областях и в столбе дуги и уменьшению проводимости дугового промежутка, дуга угасает. В начале следующего периода напряжение дуги и сварочный ток меняют свое направление, вызывая рекомбинацию объемных зарядов в приэлектродных областях за счет изменения направления электрического поля сварочной дуги. Это вызывает большее снижение ионизации газовой смеси, затрудняя возбуждение сварочной дуги.

Рассмотрим электрическую схему питания сварочной дуги переменного тока (рис. 3). Источником питания в данной схеме является однофазный понижающий трансформатор Т с жесткой внешней характеристикой. Резистор R предназначен для изменения значения сварочного тока и формирования падающей внешней характеристики источника питания сварочной дуги. К выходу электрической схемы подключены электрод Э и изделие И.

Изменение мгновенных значении напряжения и.г вторичной об-, мотки трансформатора, напряжения дуги и тока, протекающего по сварочному контуру, в течение положительного и отрицательного полупериодов показано на рис. 4. Эта зависимость получена с помощью светолучевого осциллографа. Так как в сварочном контуре преобладает активное сопротивление R, то максимальное и нулевое значения тока /2, напряжений U2 и иА совпадают по фазе. В отрицательном полупериоде в момент времени t = ty угасания дуги напряжение «2 снижается до напряжения угасания, значение которого недостаточно для создания необходимых условий существования сварочной дуги, т. е. ток /2 и напряжение дуги ил снижаются до значения, близкого к нулю, при этом наблюдается угасание дуги. Такое состояние продолжается до момента времени / = /„ возбуждения дуги в положительном полупериоде. Интервал времени от t = ty до t = tB называют временем перерыва tn в горении сварочной дуги. В этот интервал времени ток /2, протекающий по сварочному контуру, не равен нулю. Это объясняется тем, что в дуговом промежутке в данный момент времени активное пятно катода еще способно излучать электроны, а также наличием плазменных потоков в столбе дуги. В дуговом промежутке в течение времени tn наблюдается тлеющий разряд, а не дуговой. В момент времени t = tQ напряжение «2 достигает необходимого значения напряжения повторного возбуждения сварочной дуги, и в дуговом промежутке создается напряженность электрического поля такого значения, при котором начинается интенсивное зарождение свободных электронов, приводящее к восстановлению дугового разряда.

Если в сварочном контуре преобладает активное сопротивление, то в течение времени /„ отсутствуют условия для дугового разряда, сварочная дуга угасает. Сила тока /2 и скорость нарастания тока dii/dt в течение этого времени очень незначительны, сварочный контур разомкнут. Начиная с момента времени t = tB создаются необходимые условия для возбуждения сварочной дуги, что приводит к резкому увеличению силы тока |g; и скорости его нарастания di2/dt.

Уменьшения времени перерыва в горении сварочной дуги tn можно достичь следующими способами: введением химических элементов с низким потенциалом ионизации в газовую среду сварочной дуги, увеличением напряжения вторичной обмотки трансформатора или частоты питающего напряжения, увеличением индуктивного сопротивления сварочного контура и введением в сварочный контур батареи конденсаторов.

При введении химических элементов с низким потенциалом ионизации в сварочную дугу снижается значение напряжения повторного возбуждения, улучшаются условия горения сварочной дуги. Это объясняется

сохранением проводимости дугового промежутка в течение длительного времени после угасания дуги. Химические элементы с низким потенциалом ионизации входят в состав покрытия электродов для ручной дуговой сварки или в состав флюсов при автоматической сварке под флюсом.

При постоянном значении напряжения повторного возбуждения время перерыва горения сварочной дуги можно уменьшить путем повышения напряжения холостого хода сварочного трансформатора. Однако повышение напряжения холостого хода ограничено условиями электробезопасности при проведении сварочных работ и технико-экономическими показателями источников питания (увеличение габаритных размеров источника питания, расход обмоточных материалов и т.д.). Поэтому для источников питания переменного тока принято отношение между напряжением холостого хода источника и напряжением дуги.

При постоянном значении напряжения повторного возбуждения U„. во время перерыва  горения сварочной дуги можно уменьшить до /„2 увеличением частоты напряжения питания сварочной дуги (рис. 5). При этом частота напряжения питания сварочной дуги должна быть в 5—9 раз больше частоты fi напряжения питающей сети. С повышением частоты напряжения питания сварочной дуги при прочих равных условиях уменьшаются размеры и масса трансформатора, а также увеличивается индуктивное сопротивление его обмоток. Однако сварочная дуга, питаемая напряжением -повышенной частоты, издает звук высокой тональности, что приводит к быстрой утомляемости сварщиков.

Для снижения времени перерыва горения сварочной дуги широкое распространение получил метод увеличения индуктивного сопротивления обмоток трансформатора, С этой целью трансформаторы для ручной дуговой сварки и сварки под флюсом изготовляют с увеличенными магнитными потоками рассеяния, обмотки которых имеют повышенное индуктивное сопротивление. Причем индуктивное сопротивление обмоток. Уменьшение времени перерыва горении дуги при увеличении частоты напряжения сети.

Изменение мгновенных значений, в сварочном контуре с большой индуктивностью трансформатора выбирают с таким расчетом, чтобы падение напряжения на индуктивном сопротивлении было несколько больше или равно напряжению повторного возбуждения.

На рис. 6 показано изменение мгновенных значений напряжения вторичной обмотки трансформатора U2, тока zV, протекающего по сварочному контуру, напряжения дуги мд и падения напряжения на индуктивном сопротивлении вторичной обмотки трансформатора. Изменение значений мг, справедливы при условии, что сварочная дуга заменена активным сопротивлением Ra. Увеличение индуктивного сопротивления' приводит к снижению коэффициента мощности сварочного трансформатора. Для обеспечения условия устойчивости горения сварочной дуги и повышения коэффициента мощности трансформатора в сварочный контур последовательно вторичной обмотке трансформатора включают батарею конденсаторов необходимой емкости. На рис. 7 приведена электрическая схема сварочного трансформатора Т с конденсаторной батареей С, в которой катушка индуктивности, состоящая из активного сопротивления R и индуктивности L, имитирует повышенное индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора. Определенное отношение индуктивного и емкостного сопротивлений в сварочном контуре (рис. 8) приводит к снижению напряжения холостого хода трансформатора.

Для повышения устойчивости горения сварочной дуги и ее возбуждения широко применяют специальные вспомогательные устройства, к которым относятся импульсный стабилизатор горения дуги и осциллятор, принципиальные схемы которых рассмотрены в гл. 6, § 1.

Сварочная дуга переменного тока так же, как и сварочная цуга постоянного тока, характеризуется статической и динамической вольт- амперными характеристиками. Полная и действующая тепловые мощности сварочной дуги переменного тока оцениваются теми же зависимостями, что и для сварочной дуги постоянного тока, только с учетом коэффициента мощности источника питания переменного тока.

При аргонодуговой сварке неплавящимся электродом на переменном токе дуга приобретает выпрямляющее свойство, которое выражается в различии значений сварочного тока в соседних полупериодах. При этом в сварочном контуре появляется постоянная составляющая сварочного тока, значение которой тем больше, чем больше разница температур кипения металла электрода и изделия. Постоянная составляющая сварочного тока ухудшает работу сварочного трансформатора и сварочного дросселя, так как создает постоянное подмагничивание их магнитопроводов. Это ухудшает устойчивость сварочной дуги. Для устранения постоянной составляющей тока в сварочный контур последовательно вторичной обмотке трансформатора и обмотке дросселя включают разделительный конденсатор необходимой емкости (конденсаторную батарею).

Сварочные работы

Подробности

Этот сайт является дополненным и переработанным изданием справочного пособия для рабочих. Его содержание представляет последовательное изложение всех основных вопросов электросварочного дела, сайт рассчитан на то, чтобы служить систематическим пособием для повышения квалификации рабочих-электросварщиков. На сайте собраны справочные сведения по оборудованию для дуговой и контактной сварки, а также сварочным материалам. Эти сведения соответствуют действующим Гостам, каталогам и экспериментальным данным. Сайт может служить пособием для конструкторов и технологов при решении вопросов технологии сварочного производства: выборе оборудования, электродной проволоки, электродов, флюсов, режимов сварки и нормировании процессов сварки. На сайте рассматриваются вопросы техники безопасности, имеющие существенное значение при электрических способах сварки. На страницах сайта приведены правила Госгортехнадзора по испытанию сварщиков, а также методические указания по проведению этих испытаний. Знание этих правил и методических указаний позволит производственникам исключить те ошибки, которые встречаются при проведении испытаний сварщиков. Помимо практических и справочных сведений, в книге даны теоретические сведения, необходимые для понимания дальнейших пояснений и обоснований практических методов и приемов работы, рассматриваются также теории действия электросварочного оборудования и физические принципы дуговой и контактной сварки.

Освещение теоретических вопросов соответствует современному уровню подготовки электросварщиков. Авторами были использованы работы советских ученых и исследователей, опубликованные в печати. На сайте отражен опыт авторов в организации сварочной технологии на заводах Урала. На сайте также освещаются вопросы полуавтоматической и автоматической сварки.

В промышленности исключительно широкое применение нашли электрические способы сварки, являющиеся великим русским изобретением. Эти способы разделяются на сварку плавлением и сварку давлением. В основе разнообразных методов электросварки плавлением лежит расплавление металла теплом электрической дуги. Все виды электросварки давлением основаны на нагреве до пластичного состояния соединяемых частей теплом, выделяемым при прохождении электрического тока через контактные сопротивления и металл свариваемых деталей. Впервые явление горения электрической дуги было открыто в 1802 г. великим русским физиком, проф. Петербургской медико-хирургической академии Василием Владимировичем Петровым. Проводя свои опыты, В. В. Петров первый в мире наблюдал и изучал расплавление металлов с помощью тепла дуги, положив этим начало практическому применению электрической дуги в электросварке и электрометаллургии. Электрическая дуговая сварка изобретена талантливыми русскими изобретателями Николаем Николаевичем и Николаем Гавриловичем Славяновым. В 1882 г. Н.Н. Бенардос предложил способ электрической дуговой сварки угольным электродом и запатентовал его. Этот способ впервые был использован в мастерских Орловско-Витебской железной дороги при исправлении паровозных колес и рам. Н. Н. Бенардос является автором 16 различных изобретений в области сварки. Он первый изобрел способ сварки косвенной дугой, горящей между двумя или несколькими электродами; способ сварки в струе защитных газов; способ магнитного управления сварочной дугой; несколько систем автоматов для дуговой сварки; несколько видов держателей, электродов и т. д. В 1887 г. Н.Н. Бенардос запатентовал способ точечной, а впоследствии шовной, или роликовой контактной сварки. В 1888 г. Н. Г. Славянов изобрел способ дуговой сварки, металлическим электродом. Этот способ впервые, был широко Введение применен в ремонтных работах на пермских пушечных заводах, где работал изобретатель. Н. Г. Славяновым сделано очень многое для развития этого самого распространенного теперь способа сварки. Он спроектировал и построил первые сварочные генераторы постоянного тока, организовал первый в мире сварочный цех, в котором под его руководством проводились крупные работы по ремонту литых деталей из стали, чугуна и цветных металлов. Он создал и широко применил первый сварочный автомат, явившийся родоначальником современных автоматических установок. Н. Г. Славянов написал несколько книг и статей, в которых изложил основы сварки и примеры ее применения. Однако гениальные изобретения Н. Н. Бенардоса и Н. Г. Славянова не получили широкого применения в условиях отсталой промышленности царской России. Только после Великой Октябрьской социалистической революции сварка получила должную оценку и такое развитие, которое сделало нашу страну передовой в мире в области применения сварки. Широкое применение в нашей стране электросварки, как наиболее производительного и экономичного способа соединения металлов, тесно связано со всем ростом советской индустрии в годы пятилеток. Развитие электросварки шло не только по пути увеличения количества свариваемых изделий, но и по линии усовершенствования техники сварки и сварочного оборудования. Советские ученые и техники находят все более совершенные и производительные способы электросварки. На специализированных заводах строятся разнообразные сварочные машины и аппараты. В настоящее время сварка получила такое развитие, которое позволяет применять ее при изготовлении любых ответственных конструкций. Применение сварки базируется на научных основах, разработанных советскими учеными-сварщиками. Широкое развитие сварки в нашей стране обусловлено повседневной заботой Коммунистической партии и Советского правительства. Решения и указания партии и правительства являются руководящей основой в созидательной работе многотысячного коллектива сварщиков. Еще более важное значение приобрела сварка в свете директив XXI съезда КПСС по семилетнему плану, а также решений июньского (1959 г.) и июльского (1960 г.) Пленумов ЦК КПСС. Намеченное директивами съезда и решениями пленумов дальнейшее развитие народного хозяйства будет основано на широком применении сварки.

Сварочные работы

Сварочные работыСваркой - называется процесс получения неразъемного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. Современная сварочная техника располагает большим разнообразием способов сварки. Наибольшее распространение получила электрическая дуговая сварка, при которой местный нагрев свариваемых кромок осуществляется теплом электрической дуги. Явление электрического дугового разряда впервые было открыто в 1802 г. русским ученым, профессором физики Петербургской медико-хирургической академии Василием Владимировичем Петровым. В своих трудах он не только описал явление электрической дуги, но и предсказал возможность использования тепла, выделяемого дугой, для плавления металлов. Таким образом, В. В. Петров первым указал на возможность электрической плавки металлов. Однако это открытие не нашло практического применения и развития в условиях низкого уровня техники. Только спустя 80 лет, в 1882 г. талантливый русский изобретатель Николай Николаевич Бенардос разработал и предложил практический способ использования электрической дуги для сварки металлов. По этому способу сварка производилась электрической дугой, возбуждаемой между угольным электродом и изделием. Несколько позже, в 1888 г., русский инженер-изобретатель Н. Г. Славянов разработал способ сварки при помощи металлического электрода. Этот способ в настоящее время широко применяется в сварочном производстве. Кроме того, Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов разработали также основные положения и других методов сварки: с несколькими электродами, в защитных газах, контактной сварки. В условиях царской России эти изобретения получили ограниченное практическое применение, поддерживаемое самими изобретателями, а затем были почти забыты. Великая Октябрьская социалистическая революция создала условия для мощного развития науки и техники. Возродилась и получила дальнейшее развитие и сварочная техника. В 1929 г. советский инженер-изобретатель Д. А. Дульчевский разработал способ автоматической дуговой сварки под флюсом. С 1940 г. этот способ был тщательно изучен, развит и внедрен в промышленность и строительство. В этом большая заслуга Института электросварки имени Е. О. Патона Академии наук УССР. Институт разработал теорию автоматической сварки, флюсы и автоматы для сварочных работ. Большую работу провел институт по широкому внедрению автоматической сварки в народное хозяйство. Эта работа продолжается и в настоящее время; институт имеет тесную связь со многими отраслями народного хозяйства, в которых применяются сварочные работы. Большое участие в дальнейшем развитии теории и технологии сварочных работ принимают Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения (ЦНИИТмаш), Московское высшее техническое училище имени Н. Э. Баумана, Всесоюзный научно-исследовательский институт электросварочного оборудования (ВНИИЭСО), Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт автогенного машиностроения (ВНИИавтогенмаш), Ленинградский политехнический институт имени Калинина, завод «Электрик», Уралмашзавод и ряд других организаций. За годы пятилеток были проведены широкие мероприятия по созданию специализированных производственных организаций, научно-исследовательских институтов и лабораторий по сварке. В период Отечественной войны сварка получила большое применение в военной технике, а в послевоенные годы - при восстановительных работах. В июне 1958 г. ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли специальное решение «О дальнейшем внедрении в производство сварочной техники», в котором отмечается важное место сварки в развитии промышленности и строительства и даются основные направления дальнейшего развития сварки. Июньский (1959 г.) Пленум ЦК КПСС » в своих решениях подчеркнул важное значение сварки для дальнейшего развития промышленности и строительства. Июльский (1960 г.) Пленум ЦК КПСС снова отметил важность развития сварочного производства, заслушал специальный доклад директора Института электросварки Академии наук УССР академика Б. Е. Патона. Пленум поставил большие задачи перед учеными и инженерами-сварщиками и по совершенствованию и внедрению новой технологии сварки и нового " 1 сварочного оборудования, по разработке электродов и других сварочных материалов. Постановление Совета Министров СССР в октябре I 1970 г. «Об ускорении технического прогресса и дальнейшем повышении 1 производительности труда в сварочном производстве», наметившее м ' новые направления по дальнейшему совершенствованию сварочного > производства в девятой пятилетке, позволило значительно повысить; уровень автоматизации и механизации сварочных, заготовительных и сборочно-сварочных работ, совершенствовать технологию и оборудование, достигнуть более высокой производительности и эффективности сварочного производства. Основные направления развития народного хозяйства СССР на о I 1976 ... 1980 гг., утвержденные XXV съездом КПСС, предусматривают динамическое и пропорциональное развитие общественного производства, повышение его эффективности, ускорение научно-технического прогресса, рост производительности труда, всемерное улучшение качества работы во всех звеньях народного хозяйства. В области сварочного производства дальнейшая комплексная механизация и автоматизация сварки, применение поточных и конвейерных линий, внедрение прогрессивных технологических процессов и оборудования будут способствовать повышению производительности труда, улучшению и стабилизации качества сварных конструкций, уменьшению расхода электроэнергии и сварочных материалов, улучшению условий труда. В настоящее время по объему работ и по техническому уровню развития сварочных работ Россия занимает одно из ведущих мест в мире. Сварка заняла важное место в различных отраслях промышленности и строительства благодаря своим преимуществам перед другими способами производства изделий, например, клепкой, литьем, ковкой и др. Важным преимуществом сварки является возможность при производстве изделия выбирать его наиболее рациональную конструкцию и форму. Кроме того, сварка позволяет экономно использовать металлы и значительно уменьшить отходы производства. Например, при замене клепаных конструкций сварными, экономия материалов в среднем составляет 15 ... 20%, а при замене литых деталей сварными - около 50%. Сварка значительно снижает трудоемкость, так как требует меньшего объема работ, чем при клепке и литье. Исключаются такие работы, как разметка, сверление отверстий, сложная формовка и др. Особенно ощутимо снижение трудоемкости при изготовлении крупногабаритных изделий. Замена литых корпусов и станин сварно-литыми, а штампованных изделий сложной формы штампосварными также дает эффективное снижение трудоемкости в заготовительных цех ах и при последующей обработке. Это, в свою очередь, снижает стоимость изготовления многих изделий. Сварные соединения по прочности, как правило, не уступают прочности того металла, из которого сделаны изделия. Сварные конструкции применяют при изготовлении изделий, работающих при знакопеременных и динамических нагрузках, при высоких температурах и давлениях. Особо следует подчеркнуть, что условия труда при сварочных работах как по гигиене, так и по безопасности, значительно лучшие, чем при клепке и особенно при литье. В промышленности и строительстве применяются различные способы сварки. Наибольшее применение получила сварка плавлением, имеющая следующие основные разновидности. Дуговая сварка, при которой расплавление металла свариваемых кромок деталей и электрода (или присадочного металла) производится теплотой, выделяемой электрической дугой. Дуговую сварку можно выполнять вручную, полуавтоматически и автоматически. Ручная дуговая сварка может производиться двумя способами: плавящимся и неплавящимся электродами. Первый способ (рис. 1, а) осуществляют следующим образом. Свариваемые кромки изделия 5 приводят в соприкосновение. Между неплавящимся электродом 2 (угольным, графитовым или вольфрамовым) и изделием возбуждают электрическую дугу. Кромки изделия и вводимый в зону дуги присадочный материал 3 нагревают до плавления и получают ванночку расплавленного металла. После затвердевания ванночки образуется? сварной шов 4. Данный способ используется при сварке цветных металлов или их сплавов, а также при наплавке твердых сплавов. Сварку вторым способом (рис. 1, б) выполняют с помощью плавящегося электрода. Электрическая дуга возбуждается между металлическим (плавящимся) электродом и свариваемыми кромками изделия. Получается общая ванна расплавленного металла, которая, охлаждаясь, образует сварной шов.

При изготовлении современного оборудования в машиностроении широко применяется сварочная технология. Сварное исполнение различных металлоконструкций при прочих равных условиях является менее трудоемким и более прочным. С помощью сварочной технологии получают неразъемные соединения практически всех металлов и их сплавов в большом диапазоне толщин. Нет такой отрасли народного хозяйства, где бы не применялись сварка, резка металлов или их наплавка на поверхность деталей. По уровню развития сварочного производства Советский Союз является ведущей страной в мире. В этом большая заслуга специализированных институтов сварочного профиля: Института электросварки (ИЭС) им. Е. О. Патона АН УССР, Всесоюзного научно-исследовательского института электросварочного оборудования (ВНИИЭСО), Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института автогенного машиностроения (ВНИИавтогенмаш), Всесоюзного института сварочного производства (ВИСП), а также крупных коллективов, работающих в отраслевых научно-производственных объединениях и вузах страны. Применение современного оборудования для электрической сварки плавлением в производственных условиях требует повышения качества подготовки техников-технологов и техников-наладчиков. Настоящий учебник написан в соответствии с программой курса «Оборудование для электрической сварки плавлением» для средних специальных машиностроительных учебных заведений. При написании учебника принималась во внимание связь изучаемого предмета с предшествующими дисциплинами — «Общая электротехника с основами электроники», «Технология электрической сварки плавлением», а также с последующими дисциплинами — «Автоматизация и механизация сварочного производства», «Экономика, организация и планирование сварочного производства».

Сварочная техника и технология занимают одно из ведущих мест в современном производстве. Свариваются корпуса гигантских супертанкеров и сетчатка человеческого глаза, миниатюрные детали полупроводниковых приборов и кости человека при хирургических операциях. Многие конструкции современных машин и сооружений, например космические ракеты, подводные лодки, газо- и нефтепроводы, изготовить без помощи сварочных работ невозможно. Развитие техники предъявляет все новые требования к способам производства и, в частности, к технологии сварки. Сегодня сваривают материалы, которые еще относительно недавно считались экзотическими. Это титановые, ниобиевые и бериллиевые сплавы, молибден, вольфрам, композиционные высокопрочные материалы сочетания разнородных материалов. Свариваются детали электроники толщиной в несколько микро толщиной в несколько метров. Постоянно усложняются условия, в которых выполняются сварочные сборки технологическим процессом, впервые в мире опробованным нашими космонавтами в космосе. Необходимость повышения производительности труда ведет к увеличению уровня механизации которых сегодня немыслимо серийное производство многих видов продукции. Наглядный пример тому - сварочные автоматические линии Волжского автозавода. В сварочной сварки деталей без участия рабочего-сварщика.  В последние годы патентные ведомства промышленно развитых стран мира ежемесячно регистрируют более 200 изобретений в области сварочной техники и технологии - таковы темпы развития сварочного производства. Все это предъявляет повышенные требования к квалификации специалистов в области сварочных работ, в особенности рабочих-сварщиков, так как именно они непосредственно осваивают новые способы и приемы сварки, новые сварочные машины. Сегодня рабочему-сварщику недостаточно уметь выполнять несколько, пусть даже сложных, операций освоенного им способа сварки. Он должен понимать физическую сущность основных процессов, происходящих при сварке, знать особенности сварки различных конструкционных материалов, а также смысл и технологические возможности других, как традиционных, так и новых, перспективных способов сварки. Отсюда следует необходимость постоянного совершенствования обучения, повышения профессионального мастерства и культурно-технического уровня рабочих-сварщиков. В нашей стране действует система начальной профессиональной подготовки, включающая в себя сеть профессиональных училищ, готовящих наряду с другими специалистами и рабочих сварочного производства. По числу подготавливаемых сварщиков мы занимаем одно из первых мест в мире. Для подготовки сварщиков нашими учеными и педагогами О.И. Стекловым, В.М.Рыбаковым, И.И.Соколовым, Л. П. Шебеко и другими создан ряд учебников и учебных пособий по сварочным дисциплинам. Это составило хорошую методическую базу для учебного процесса в профессиональных училищах. Большинство этих учебников посвящено отдельным дисциплинам учебного плана профессиональных училищ, лишь в некоторых объединены материалы двух дисциплин. Сведения о перспективных способах сварки приведены лишь в некоторых учебниках в виде кратких обзоров, не достаточны сведения о современных средствах автоматизации сварочных процессов. Современные темпы развития сварочного производства требуют постоянного обновления и пополнения методической базы обучения сварщиков. Всем этим и вызвана необходимость создания настоящего учебного пособия. Цель его - обеспечить возможность обучения учащихся учреждений начального профессионального образования до 1-го и 2-го уровней усвоения в соответствии с квалификационными характеристиками для 3-го разряда специальностей: газосварщик, электрогазосварщик, электросварщик на автоматических и полуавтоматических машинах, электросварщик ручной сварки.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРКЕ, СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ И ШВАХ

Сварочные работы Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании. Такое определение понятия «сварка» содержит ГОСТ 2601-84. Прочные связи между атомами двух металлических поверхностей легко образуются при соприкосновении этих поверхностей. Надо только сблизить эти поверхности до расстояния, на котором действуют электромагнитные силы межатомного взаимодействия. Это расстояние составляет 3...5 А, (3...5) 10…7 мкм. На соединяемых поверхностях не должно быть никаких загрязнений, поверхности должны быть свободны от окисных и жировых пленок, прилипших молекул газов и жидкостей. Такие условия реально могут быть только в глубоком вакууме. И, действительно, в открытом космосе детали механизмов даже при случайном соприкосновении могут схватываться друг с другом на отдельных участках поверхностей, нарушая работу космических аппаратов. В обычных условиях даже после тщательной зачистки пленки окислов, газов и жидкостей на металлических поверхностях восстанавливаются практически мгновенно (мономолекулярный слой газа, например, возникает за 2,4  10~9с). Кроме загрязнений поверхностей их соединению мешают неровности, выступы и впадины, которые образуются при любой чистоте обработки. Эти неровности могут быть не заметны невооруженным глазом, но по сравнению с расстояниями действия межатомных сил они огромны. Поэтому при сближении поверхностей контакт между ними возникает только в отдельных точках. Устранить эти препятствия и обеспечить условия для возникновения прочных связей между атомами соединяемых поверхностей можно, если в зону соединения ввести энергию. Получив эту энергию, атомы поверхности активируются. Это облегчает межатомное взаимодействие поверхностей и способствует разрыву связей между атомами металла, газовых и жидкостных пленок и молекулами окислов. Вводимую в зону соединения энергию называют энергией активации. Под ее воздействием поверхности пластически деформируются или оплавляются. Это устраняет их неровности. Обеспечивается практически полный контакт между поверхностями, их сближение на расстояние, необходимое для взаимодействия межатомных сил. При этом пленки загрязнений разрушаются или вытесняются из зоны соединения, поверхности очищаются. При всех способах сварки используют тепловую (нагрев) или механическую (давление) энергию активации или их сочетание, поэтому все способы сварки делят на три класса: термический, механический и термомеханический (ГОСТ 19521-74). На этом и основано определение процесса сварки, с которого началась эта глава.

 

Сварка является одним из основных технологических процессов в машиностроении и строительстве. Трудно назвать отрасль народного хозяйства, где бы ни применялась сварка. Сварка позволила внести коренные изменения в технологию производства, создать принципиально новые конструкции машин. Например, применение сварных конструкций вместо клепаных в строительстве позволило экономить около 20% металла, снизить на 5—30% трудоемкость изготовления конструкций. Поэтому Коммунистическая партия и Советское правительство в своих решениях на всех этапах развития нашей страны уделяли серьезное внимание развитию сварки. По уровню сварочного производства Советский Союз занимает ведущее место среди промышленно развитых стран. Развитие сварки. Основным видом сварки является дуговая сварка. Основоположниками дуговой сварки являются русские ученые и инженеры — В.В.Петров (1761 — 1834), Н. Н. Бенардоо (1842—1905) и Н. Г. Славянов (1854—1897). В 1802 г. впервые в мире профессор физики Санкт-Петербургской медико-хирургической академии Василий Владимирович Петров открыл и наблюдал дуговой разряд от построенного им сверхмощного «вольтового столба», который состоял из 2100 пар разнородных кружков-элементов (медь + цинк), проложенных бумажными кружками, смоченными водным раствором нашатыря. Этот столб, или батарея, как называл ее В. В. Петров, был наиболее мощным источником электрического тока в то время. Проделав большое количество опытов с этой батареей, он показал возможность использования электрической дуги для освещения и плавления металлов. К моменту открытия дугового разряда электротехника только начинала создаваться, открытие В. В. Петрова значительно опередило свой век, до практического применения дуги для целей сварки прошло около 80 лет. Это сделал Николай Николаевич Бенардос — автор многих изобретений в области электротехники. В 1881 г. он впервые применил электрическую дугу между угольным электродом и металлом для сварки. После детальной разработки своего изобретения Н. Н. Бенардос получил патенты на него в Англии, Бельгии, Германии, Италии, Фракции, США и в других странах. В 1886 г. он получил русский патент на «Способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока». Н. Н. Бенардос применил созданный им способ не только для сварки, но и для наплавки и резки металлов. Почти одновременно с Н. Н. Бенардосом работал другой русский крупнейший изобретатель — Николай Гаврилович Славянов, много сделавший для развития дуговой сварки. Обладая глубокими знаниями металлургии и электротехники, Н. Г. Славянов разработал способ дуговой сварки металлическим электродом с защитой сварочной зоны слоем порошкообразного вещества (флюса) и первый в мире механизм — «электроплавильник» — для полуавтоматической подачи электродного прутка в зону сварки. Способ сварки плавящимся металлическим электродом получил название «дуговая сварка по способу Славянова». Первая публичная демонстрация нового способа состоялась в 1888 г. в Перми. Изобретения Н. Н. Бенардоса и Н. Г. Славянова нашли заметное применение по тем временам и в первую очередь на железных дорогах, а затем на нескольких крупных машиностроительных и металлургических заводах России. Однако, несмотря на первоначальные успехи русских изобретателей, инженеров и промышленников в деле разработки и внедрения дуговой сварки, к началу XX в. промышленно развитые страны Европы и США опередили Россию по объему применения сварки. Только после Великой Октябрьской социалистической революции сварка получила интенсивное развитие на своей родине, и наша страна вышла на передовые позиции в сварочном производстве. В Советском Союзе впервые в мире были разработаны такие новые высокопроизводительные виды сварки, как электрошлаковая, в углекислом газе, диффузионная и др. Фундаментальные исследования по разработке новых процессов и технологии сварки проводятся в ряде научно-исследовательских организаций, вузах и крупных предприятиях: ИЭС им. Е. О. Патона, ВНИИЭСО, ЦНИИТМаш, ИМЕТ им. Байкова АН СССР, ВНИИавтогенмаш, МВТУ им. Баумана, МАТИ, ЛПИ, в институтах и на предприятиях судостроительной, авиационной, нефтехимической, атомной и других отраслей промышленности. Выдающийся вклад в разработку теоретических основ сварки внесли советские ученые: В. П. Вологдин, В. П. Никитин, К. К. Хренов, Е. О. Патон, Г. А. Николаев, Н. О. Окерблом, Н. Н. Рыкалин, К. В. Любавский, Б. Е. Патон и др. На современном этапе развития сварочного производства в связи с развитием научно-технической революции резко возрос диапазон свариваемых толщин, материалов, видов сварки. В настоящее время сваривают материалы толщиной от нескольких микрон (в микроэлектронике) до нескольких метров (в тяжелом машиностроении). Наряду с традиционными конструкционными сталями сваривают специальные стали и сплавы на основе титана, циркония, молибдена, ниобия и других материалов, а также разнородные материалы. Существенно расширились условия проведения сварочных работ. Наряду G обычными условиями сварку выполняют в условиях высоких температур, радиации, под водой, в глубоком вакууме, в условиях невесомости. Быстрыми темпами внедряются новые виды сварки — лазерная, электроннолучевая, ионная, световая, диффузионная, ультразвуковая, электромагнитная, взрывная и др., существенно расширились возможности дуговой и контактной сварки. Основным средством ускорения научно-технического прогресса и развития общественного производства, направленного на повышение материального и культурного уровня советского народа, является повышение производительности труда и качества работы. В области сварочного производства эта задача решается механизацией и автоматизацией самих сварочных процессов, т. е. переходом от ручного труда сварщика к механизированному, и комплексной механизацией, включающей механизацию заготовительных, сборочных, сварочных, отделочных, вспомогательных и контрольных операций. Высокий технический уровень сварочного производства предполагает и высокий уровень общеобразовательной и технической подготовки рабочих на производстве. Цель данного учебника — помочь учащимся в изучений основ сварочного производства, которое в сочетании с производственным обучением позволит учащимся стать квалифицированными сварщиками. Основные операции сварочного производства. Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном (общем) нагреве или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого.1 Сущность сварки заключается в сближении элементарных частиц свариваемых частей настолько, чтобы между ними начали действовать межатомные связи, которые обеспечивают прочность соединения. Сварочное производство — это комплекс производственных процессов с широким использованием сварочной техники, образующий самостоятельную, законченную технологию изготовления сварной продукции.

Весь комплекс сварочного производства может быть разделен на шесть групп операций:

1 — заготовительные,

2 — сборочные,

3 — сварочные,

4 — отделочные,

5 — вспомогательные,

6 — контрольные.

Заготовительные операции — операции изготовления деталей сварных конструкций. При выполнении заготовительных операций применяют следующие виды обработки металлов: резку — механическую и термическую; строгание на станках; штамповку на прессах; зачистку кромок и поверхностей деталей от окалины, ржавчины, заусенцев; правку и гибку деталей на вальцах, прессах, плитах; механическую обработку крупных деталей — точение, строгание, фрезерование, сверление отверстий в них. Сборочная операция обеспечивает правильное взаимное расположение и закрепление деталей собираемого и свариваемого изделия на плите, стеллаже, стенде или специальном приспособлении. Кроме собственно сварочных операций к сварным работа м относятся некоторые неразрывно связанные со сваркой вспомогательные операции, например установка изделия под сварку или сварочной головки на начало шва, направление электрода вдоль стыка, поворот изделий в процессе сварки, перемещение сварщика и т. п. К отделочным работам относятся зачистка швов, удаление металлических брызг и грата, окраска, упаковка, а также термическая и механическая обработка готовых изделий, если последние производятся в сварочном цехе. К вспомогательным работам относятся крановые, транспортно-подъемные и перегрузочные операции; наладочные работы по сварочному, газо-резательному и другому оборудованию; комплектование деталей и распределение работ; работы по приему и выдаче материала и инструмента; изготовление электродов, намотка кассет со сварочной проволокой; прочие вспомогательные работы, связанные с основным производством. Контрольные работы включают комплекс контрольных операций на каждом этапе изготовления сварной конструкций, включая контроль исходных свариваемых и сварочных ма alt=териалов, контроль качества заготовительных, сборочных, сварочных и отделочных операций, контроль сварных соединений и готовой продукции.

Классификация сварки и наплавки

Сварка в промышленностиВ зависимости от вида энергии, применяемой при сварке, различают три класса сварки: термический, термомеханический и механический (ГОСТ 19521—74). К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемой плавлением, т. е.* местным расплавлением соединяемых частей с использованием тепловой энергии. Основными источниками теплоты при сварке плавлением являются сварочная дуга, газовое пламя, лучевые источники энергии и теплота, выделяемая при электрошлаковом процессе. Источники теплоты характеризуются температурой и концентрацией, определяемой наименьшей площадью нагрева (пятно нагрева) и наибольшей плотностью тепловой энергии в пятне нагрева. Эти показатели (табл. 1) определяют технологические свойства источников нагрева металла при сварке, наплавке и резке. Из табл. 1 видно, например, что степень сосредоточенности теплоты в дуге в десятки раз, в плазме — тысячи раз, в фотонном луче (при лазерной обработке) — десятки тысяч раз выше, чем в газовом пламени. Основные виды сварки термического класса — дуговая, газовая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменная, лазерная, термитная и др. Дуговая сварка — сварка плавлением, при которой нагрев осуществляют электрической дугой. Особым видом дуговой сварки является плазменная сварка, при которой нагрев осуществляют сжатой дугой. Газовая сварка — сварка плавлением, при которой кромки соединяемых частей нагревают пламенем газов, сжигаемых на выходе горелки для газовой сварки. Электрошлаковая сварка — сварка плавлением, при которой для нагрева металла используют теплоту, выделяющуюся при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак. При электронно-лучевой сварке для нагрева соединяемых частей используют энергию электронного луча. Теплота выделяется за счет бомбардировки зоны сварки направленным электронным потоком. Местное расплавление соединяемых частей при лазерной сварке осуществляют энергией светового луча, полученного от оптического квантового генератора — лазера. При термитной сварке используют теплоту, образующуюся в результате сжигания термит-порошка, состоящего из смеси алюминия и оксида железа. К термомеханическому классу относятся виды сварки, при которых используется тепловая энергия и давление,— контактная, диффузионная, газопрессовая, дугопрессовая и др. Основным видом термомеханического класса является контактна я сварка — сварка с применением давления, при которой нагрев осуществляют теплотой, выделяемой при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части. Диффузионная сварка — сварка давлением, осуществляемая взаимной диффузией атомов контактирующих частей при относительно длительном воздействии повышенной температуры и при незначительной пластической деформации. При прессовых видах сварки соединяемые части могут нагреваться пламенем газов, сжигаемых на выходе сварочной горелки (газопрессовая сварка), дугой (дугопрессовая сварка), электрошлаковым процессом (шлакопрессовая сварка), индукционным нагревом (индукционнопрессовая сварка), термитом (термитнопрессовая сварка) и т. п. К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и др. Холодна я сварка — сварка давлением при значительной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых частей. Сварка взрывом — сварка, при которой соединение осуществляется в результате вызванного взрывом соударения быстро движущихся частей. Ультразвуковая сварка — сварка давлением, осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний. Сварка трением — сварка давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызываемым вращением свариваемых частей друг относительно друга. Сварочные процессы широко используют для наплавки. Наплавка — процесс нанесения с помощью сварки слоя металла на поверхность изделия. Наплавку применяют для восстановления изношенных деталей и получения изделий с заданными свойствами поверхности: износостойкостью при нормальных и повышенных температурах, жаропрочностью, жаростойкостью, кислотостойкостью и другими свойствами. Для наплавки применяют в основном дуговые виды сварки: ручную плавящимися и неплавящимися электродами, механизированную и автоматическую под флюсом и в защитных газах, вибродуговую, плазменную. Наряду с дуговой применяют газовую, электрошлаковую, индукционную, печную наплавку. Существует несколько способов получения наплавленного легированного металла заданного химического состава: использование легированного электродного стержня, электродной проволоки или ленты сплошного сечения и нелегирующих покрытий, флюса или защитного газа; использование проволок и лент с легирующими наполнителями в сочетании с нелегирующими покрытиями, флюсом или защитным газом; использование нелегированного электродного стержня, проволоки или ленты и легирующего покрытия или флюса; нанесение легирующих примесей в виде порошков, паст, брикетов и т. д. на поверхность, подлежащую наплавке. Возможны комбинации этих методов. Ручную дуговую наплавку применяют при восстановлении изношенных поверхностей, восстановления брака литья и для наплавки поверхностей со специальными свойствами. Ручную дуговую наплавку выполняют покрытым плавящимся и неплавящимся электродами расплавлением слоя сыпучего наплавочного сплава. Автоматическую наплавку под флюсом выполняют проволоками сплошного сечения и порошковыми, одним электродом отдельными валиками, одновременно несколькими электродами и электродной лентой. Используют ленты сплошного сечения и порошковые. Наплавка плавящимся и неплавящимся электродом в среде защитных газов. Наплавку вольфрамовым электродом проводят в среде ар гона. Необходимые свойства наплавленного металла обеспечиваются применением присадочных проволок специального состава или вдуванием легирующих порошков в зону дуги. Можно наплавлять в инертных газах и плавящимся электродом, однако применение той же технологии, что и для сварки, ведет к повышенному содержанию основного металла в наплавке, поэтому используют дополнительную присадочную проволоку. Этот способ широко используют при наплавке высоколегированных хромоникелевых сталей и сплавов. Плазменная наплавка осуществляется несколькими способами: плазмой прямого действия с подачей присадочной наплавочной проволоки; с подачей присадочного порошка в плазменную струю; по слою легирующего материала, нанесенного на поверхность изделия; с токоведущей присадочной проволокой; с двумя плавящимися электродами. Электрошлаковая наплавка производится на плоские и цилиндрические поверхности для создания поверхностных слоев с особыми свойствами и для создания промежуточных слоев на кромках заготовок для последующей сварки. Техника электрошлаковой наплавки принципиально не отличается от техники сварки. Вибродуговую наплавку применяют в основном как средство восстановления быстроизнашивающихся деталей станочного, металлургического, сельскохозяйственного оборудования. Этому виду наплавки могут подвергаться детали диаметром 8—10 мм и выше. Сущность вибродуговой наплавки заключается в том, что наплавку осуществляют с помощью специальной головки, обеспечивающей подачу и вибрацию электродной проволоки. Вибрация электрода облегчает возбуждение дуги и повышает стабильность процесса. При наплавке электрические разряды чередуются с короткими замыканиями. В зону наплавки и дуги подается щелочная эмульсия, в некоторой степени защищающая металл от воздействия воздуха в процессе наплавки и охлаждающая детали, в связи с чем уменьшаются зона термического влияния и сварочные деформации и повышается твердость наплавленного слоя. Газокислородное пламя используют главным образом для наплавки литыми твердыми сплавами. § 2. Сварные соединения и швы Сварное соединение — это неразъемное соединение, выполненное сваркой. Образование сварного соединения в связи с введением концентрированной энергии в зону соединения сопровождается сложными физическими и химическими процессами. К физически м относят процессы, которые, изменяя физические свойства вещества, не изменяют строение элементарных частиц, из которых состоит данное вещество, и не приводит к изменению его химических свойств. При сварке это нагрев металла, его плавление и кристаллизация, распространение теплоты, деформация изделия. Химические процессы изменяют строение элементарных частиц, из которых состоит данное вещество, в результате чего получаются новые вещества с новыми химическими и физическими свойствами. К основным химическим сварочно-металлургическим процессам относятся химичёские реакции взаимодействия свариваемого металла с газами,, покрытиями и флюсами. Физические и химические процессы при сварке сопряжены между собой по времени и пространству, поэтому их можно объединить общим понятием физико-химические процессы. Под действием физико-химических процессов возникает характерное строение сварного соединения. Сварное соединение при сварке плавлением (рис. 1, а) включает в себя сварной шов /, т. е. участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации сварочной ванны; зону сплавления 2, где находятся частично оплавившиеся зерна металла на границе основного металла и шва; зону термического влияния 3, т. е. участок основного металла, не подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке плавлением или резке; основной металл 4У т. е. металл подвергающихся сварке соединяемых частей, не изменивший свойств при сварке. Соединение, выполненное сваркой давлением (рис. 1, б) в твердом состоянии, состоит из зоны соединения 2, где образовались межатомные связи соединяемых частей, зоны термомеханического влияния 3, основного металла 4. В формировании структуры и свойств сварного соединения при сварке плавлением определяющая роль принадлежит тепловым процессам, при сварке давлением — пластической деформации. Сварные соединения могут быть стыковыми, угловыми, тавровыми и нахлесточными. Стыком называется сварное соединение двух элементов, расположенных в одной плоскости или на одной ' поверхности. Угловым называется соединение двух элементов, расположённых под прямым углом и сваренных в месте примыкания их краев. Нахлесточным называется сварное соединение, в котором свариваемые элементы расположены параллельно и перекрывают друг друга. Тавровым называется сварное соединение, в котором к боковой поверхности одного элемента примыкает под углом и приварен торцом другой элемент. Часть конструкции, в которой сварены примыкающие друг к другу элементы, называется сварным узлом. Примеры сварных соединений, применяемых при основных видах сварки плавлением и давлением, приведены на рис. 3. Сварной шов — участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации металла сварочной ванны. Часть сварного шва, находящаяся при сварке в жидком состоянии, называется сварочной ванной. При сварке без дополнительного металла расплавляется только основной металл. Металл, предназначенный для введения в сварочную ванну в дополнение к расплавленному основному металлу, называется присадочным металлом. Расплавленные основной и присадочный металлы, сливаясь, образуют общую сварочную ванну. Границами сварочной ванны служат оплавленные участки основного металла и ранее образовавшегося шва. Сварные швы могут быть стыковыми и угловыми (рис. Рис. 4. Сварные швы: а — стыковые* б — угловые 4). Стыковой шов — сварной шов стыкового соединения. Угловой шо в — сварной шов углового, таврового и нахлесточного соединений. Сварные швы могут быть непрерывными, прерывистыми, одно и многослойными, одно и двусторонними. Сварные швы, применяемые для фиксации взаимного расположения, размеров и формы собираемых под сварку элементов, называются прихватками. На рис. 5 показаны основные положения швов в пространстве. Для обеспечения качественного провара и формирования сварного шва делают подготовку кромок под сварку. Элементы геометрической формы подготовки кромок под сварку ) (рис. 6, а) — угол разделки кромок а, угол скоса одной кромки р, зазор между стыкуемыми кромками Ь, притупление кромки, т. е. нескошенная часть торца кромки с. Элементы геометрической формы сварного шва (рис. 6, б) — ширина шва е, глубина провара /г, выпуклость (вогнутость) шва q. В зависимости от конструктивных особенностей изделия и вида сварки к подготовке и сборке деталей предъявляют различные требования. Государственные стандарты регламентируют основные типы и конструктивные элементы швов сварных соединений: ГОСТ 5264—80 — для ручной дуговой сварки; ГОСТ 8713—79 — для автоматической и механизированной сварки под флюсом; ГОСТ 14771—76 — для дуговой сварки в защитных газах; ГОСТ 15164—78 — для электрошлаковой сварки; ГОСТ 15878—79 для контактной сварки и др. ГОСТ 2.312—72 «Единая система конструкторской документации. Условные обозначения и изображения швов сварных соединений» устанавливает графическое изображение и обозначение сварных швов. Для изготовления сварных конструкций применяется большое количество сварочных материалов, которые обеспечивают качественный процесс сварки, формирование, защиту и заданный химический состав шва.

Сварочные материалы можно квалифицировать так:

1. Непосредственно участвующие в образовании сварного шва. К ним относятся штучные плавящиеся электроды для ручной дуговой сварки, электродные проволоки для сварки в защитных газах, под флюсом и для электрошлаковой сварки, присадочные материалы при различных способах сварки плавлением; в меньшей степени участвуют в формировании состава швов флюсы и активные газы.

2. Непосредственно не участвующие в образовании металла шва. К ним относятся неплавящиеся электроды — вольфрамовые, угольные, графитовые, инертные газы — аргон, гелий. Сварочные материалы классифицируются также на металлические и неметаллические. К металлическим сварочным материалам относятся сварочные и наплавочные проволоки, ленты сплошного сечения и порошковые; электроды — покрытые плавящиеся и вольфрамовые неплавящиеся; дополнительный присадочный металл в виде присадочной проволоки, гранулированных металлических порошков. К неметаллическим сварочным материалам относятся флюсы — плавленые и керамические, защитные газы — инертные и активные; к этой группе можно отнести вакуум О как защитную среду при сварке активных металлов. Свариваемость металлов и сплавов Ц Свариваемость — свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. ^ Различают физическую и технологическую свариваемость.  Физическая свариваемость — свойство материалов давать монолитное соединение с химической связью; такой свариваемостью обладают практически все технические сплавы и чистые металлы, а также ряд сочетаний металлов с неметаллами. Технологическая свариваемость — технологическая характеристика металла, определяющая его реакцию на воздействие сварки и способность при этом образовывать сварное соединение с заданными эксплуатационными свойствами. Свариваемость металла зависит от его химических и физических свойств, кристаллической решетки, степени легирования, наличия примесей и других факторов. Основные показатели (критерии) свариваемости металлов и их сплавов: окисляемость металла при сварочном нагреве, зависящая от его химической активности; чувствительность металла к тепловому воздействию сварки, которая характеризуется склонностью металла к росту зерна, структурными и фазовыми изменениями в шве и зоне термического влияния, изменением прочностных и пластических свойств; сопротивляемость образованию горячих трещин; сопротивляемость образованию холодных трещин при сварке; чувствительность к образованию пор; соответствие свойств сварного соединения заданным эксплуатационным требованиям, к таким свойствам относят: прочность, пластичность, выносливость, ползучесть, вязкость, жаростойкость и жаропрочность, коррозионную стойкость и др. Кроме перечисленных основных показателей свариваемости имеются еще показатели, от которых зависит качество сварных соединений. К ним относят качество формирования сварного шва, величину собственных напряжений, величину деформаций и коробления свариваемых материалов и изделий. Окисляемост ь металла при сварке определяется химическими свойствами свариваемого материала. Чем химически активнее металл, тем больше его склонность к окислению и тем выше должно быть качество защиты при сварке. К наиболее активным металлам, легко окисляющимся при сварке, относятся Ti, Zr, Nb, Та, Mo, W. При их сварке необходимо защищать от взаимодействия с воздухом не только расплавленный металл, но и прилегающий к сварочной ванне основной металл и остывающий шов с наружной стороны. Наилучшее качество защиты обеспечивают высокий вакуум и инертный газ высокой чистоты. Высокой химической активностью при сварке отличаются и другие цветные металлы: Al, Mg, Си, Ni и сплавы на их основе. Качество их защиты обеспечивается инертными газами, а также специальными электродными покрытиями и флюсами. При сварке сталей и сплавов на основе железа от взаимодействия с воздухом расплавленный металл защищают покрытиями, флюсами, а также защитными газами. Чувствительность металла к тепловому воздействию сварки является одним из главных показателей свариваемости. Металл в любой зоне сварного соединения испытывает нагрев и последующее охлаждение. Изменение температуры металла во время сварки называется термическим циклом сварки. Максимальная температура нагрева в разных зонах соединений различна: в шве максимальная температура превышает, в зоне сплавления — близка, в зоне термического влияния — меньше температуры плавления, постепенно уменьшаясь по мере удаления от шва. При нагреве в металле происходят следующие структурные и фазовые превращения: растворение фаз в металле в твердом состоянии, например карбидов (соединений металла с углеродом) в нагретом металле; полиморфное превращение, т. е. превращение низкотемпературной модификации материала в высокотемпературную; плавление металла в участках, нагреваемых выше температуры плавления. При охлаждении структурные и фазовые превращения идут в обратном порядке: кристаллизация; полиморфное превращение, т. е. переход из высокотемпературной фазы в низкотемпературную; выпадение из металла различных вторичных фаз — карбидов, интерметаллидов и др. Кроме названных превращений в металле в низкотемпературной области при сварке происходят структурные изменения, вызывающие разупрочнение основного металла г— рекристаллизацию, старение и др. Рассмотрим термический цикл и структуру сварного соединения при дуговой сварке низкоуглеродистой стали {рис. 7). На рис. 7, а показано, как распределяется максимальная температура в сварном соединении, на рис. 7, б — схематичная структура разных зон соединения, на рис. 7,0,45%) весьма склонны к закалке и трещинам, требуют при сварке подогрева, специальных технологических приемов сварки и термообработки. § 4. Подготовка металла под сварку Литые, кованые и штампованные заготовки обычно поступают на сварку в виде, не требующем дополнительных операций. По-другому обстоит дело с деталями из проката. После подбора металла по размерам и маркам стали необходимо выполнить следующие операции: правку, разметку, резку, обработку кромок, гибку и очистку под сварку. Правка осуществляется созданием местной пластической деформации обычно в холодном состоянии. Наиболее частыми видами деформаций листовой стали являются волнистость, местные выпучины и вогнутости, заломленные кромки, серповидность в плоскости листа. Для правки листов и полос толщиной от 0,5 до 50 мм широко используют многовалковые машины (число валков более пяти). Исправление достигается многократным изгибом при пропускании листов между верхним и нижним рядами валков, расположенных в шахматном порядке. Листы толщиной менее 0,5 мм правят растяжением с помощью приспособлений на прессах или на специальных растяжных машинах. Мелко и среднесортовой, а также профильный прокат правят на роликовых машинах, работающих по схеме листоплавильных. Двутавры и швеллеры обычно исправляют изгибом на правильно-гибочных прессах кулачкового типа (рис. 11, в). В случае необходимости создания более значительных деформаций правка и гибка должны производиться в горячем состоянии. Разметка . Разметка может быть индивидуальной (такая разметка трудоемка) и по наметочным шаблонам. Наметка более производительна, однако изготовление специальных наметочных шаблонов не всегда экономически целесообразно. Оптический метод по чертежу, проектируемому на размечаемую плоскость, позволяет вести разметку без шаблона. Разметочно-маркировочные машины с пневмокерном выполняют разметку со скоростью до 8—10 м/мин при погрешности ±1 мм. В этих машинах применяют программное управление. Использование приспособления для мерной резки проката, а также машин для тепловой резки с масштабной фотокопировальной или программной системой управления позволяет обходиться без разметки. Резка металла и обработка кромок. Механическую резку производят на ножницах, на отрезных станках и в штампах на прессах. Для резки используют ножницы листовые с наклонным ножом, высечные, дисковые, комбинированные, пресс-ножницы, сортовые для резки уголка, швеллеров и двутавров, ручные пнёвматические и электрические. Листовые детали о прямолинейными кромками из металла толщиной до 40 мм, как правило, режут на гильотинных ножницах и пресс-ножницах. Дисковые ножницы, резка которыми осуществляется за счет круглых вращающихся ножей, позволяют вырезать листовые детали с непрямолинейными кромками толщиной до 20—25 мм. Для получения листовой детали заданной ширины с параллельными кромками дисковые ножи располагают попарно на заданном расстоянии друг от друга. При поперечной резке фасонного проката применяют пресс-ножницы и комбинированные ножницы с фасонными ножами. Отрезные станки применяют для резки труб, фасонного и сортового материала. На отрезных станках можно резать металл больших сечений, чем на ножницах: при этом обеспечивается более высокое качество реза. Однако трудоемкость резки на отрезных станках значительно выше, чем при резке на ножницах. Поэтому отрезные станки используют для профилей, которые невозможно резать на ножницах, например, для резки труб, профилей большого сечения, профилей под углом или в случаях, когда необходимо обеспечить высокую точность реза. Детали сварных конструкций вырезают на отрезных станках с дисковыми и ленточными пилами, трубоотрезных станках, на станках с абразивными кругами, в некоторых случаях гладким диском за счет сил трения. Производительным является процесс вырубки в штампах заготовок под сварку в массовом производстве. Термическая разделительная резка менее производительна, чем резка на ножницах, но более универсальна и применяется для получения свариваемых заготовок разных толщин как прямолинейного, так и криволинейного профиля. Термическая разделительная резка основана на способности металла сгорать в струе технически чистого кислорода и удалении продуктов сгорания из полости реза. В зависимости от источника теплоты, применяемой для резки, различают газовую резку, основанную на использовании теплоты газового пламени; дуговую резку расплавлением с использованием теплоты электрической дуги, обычно горящей между разрезаемым металлом и электродом; плазменно-дуговую резку (резку сжатой дугой) — особый вид дуговой резки, основанный на выплавлении металла из полости реза направленным потоком плазмы. Металл из полости реза в процессе термической резки удаляется: термическим способом за счет расплавления и вытекания металла из полости реза; химическим способом за счет окисления металла, его превращения в окислы и шлаки, которые также удаляются из полости реза; механическим способом за счет механического действия струи газа, способствующей выталкиванию жидких и размягченных продуктов из полости реза. При газовой резке одновременно действуют все три способа, при дуговой и плазменно-дуговой — преимущественно термический и механический. В настоящее время наряду с газовой резкой все шире применяют плазменно-дуговую резку, позволяющую обрабатывать практически любые металлы и сплавы. Использование в качестве плазмообразующего газа сжатого воздуха обеспечивает не только экономические, но и технические преимущества, так как наряду с высоким качеством реза обеспечивается значительное повышение скорости резки, особенно металла малой и средней толщин (до 60 мм). Термическая резка разделяется на ручную, механизированную и автоматическую. Ручная и механизированная резка выполняются по разметке, автоматическая — с помощью копирных устройств, по масштабному чертежу и на машинах с программным управлением. Масштабные чертежи представляют собой чертежи контура вырезаемых деталей, уменьшенных в определенном масштабе. Масштабные чертежи содержат информацию только о траектории, поэтому начало каждого отдельного реза приходится осуществлять вручную. Использование машин с цифровым программным управлением позволяет автоматизировать процесс в пределах всего листа без участия оператора при одновременном повышении точности реза. Для серийного производства в ряде случаев эффективно использовать резку листов пакетом суммарной толщиной около 100 мм. Начинают применять лазерную резку, ее преимущества — чрезвычайно малая ширина реза (доли миллиметра), точность реза, возможность резки металла малой толщины (от 0,05 мм). Кромки подготавливают термическими и механическими способами. Кромки с односторонним или двусторонним скосом можно получить, используя одновременно два или три резака, располагаемых под соответствующими углами. Механическая обработка кромок на станках выполняется для обеспечения требуемой точности сборки; для образования фасок, имеющих заданное очертание; в случаях, если технические условия требуют удаления металла с поверхности кромок после резки. Сущность термических видов разделительной резки рассмотрена в гл. III. Гибка . Листовые элементы толщиной 0,5—50 мм для получения цилиндрических и конических поверхностей гнут на листогибочных вальцах с валками длиной до 13 м. При отношении радиуса изгиба R к толщине листа S : R/S^ ^2 5 гибку выполняют в холодном состоянии, при меньшем — в горячем. Листовые элементы с поверхностью, имеющей пространственную кривизну, получают на специальных вальцах с валками переменного диаметра. При серийном и массовом производстве для получения элементов с поверхностью сложного очертания широко используют холодную штамповку из листового материала толщиной до 10 мм. Высокая производительность, точность размеров и формы получаемых заготовок, их низкая себе стоимость обеспечивают создание весьма технологичных штампосварных изделий. Для формообразования элементов оболочек больших размеров используют штамповк у взрывом. При гибке профильного проката и труб используют роликогибочные и трубогибочные станки. При опасности нарушения формы поперечного сечения целесообразно использовать специальные гибочные станки с индукционным местным нагревом деформируемого участка непрерывно перемещаемой и изгибаемой заготовки. Для получения деталей из толстого листового металла применяют горячую гибку на гибочных вальцах и на прессах. Очистка поверхности металла под сварку . Очистку применяют для удаления с поверхности металла средств консервации, загрязнений, смазочно-охлаждающих жидкостей, ржавчины, окалины, заусенцев, грата и шлака. При сварке металла с неочищенной поверхностью возникают различные дефекты шва: поры и трещины, а также ухудшается формирование шва. Для очистки проката, деталей и сварных узлов используют механические и химические методы. К механическим методам относятся дробеструйная и дробеметная обработка, зачистка металлическими щетками, иглофрезами, шлифовальными кругами и лентами* Дробеструйную и дробеметную очистку применяют Для листового и профильного проката и сварных узлов с целью очистки от окалины, ржавчины и загрязнений при толщине металла 3 мм и более. В дробеструйных аппаратах дробь выбрасывается на очищаемую поверхность через сопло с помощью сжатого воздуха, в дробеметных аппаратах — лопатками вращающегося ротора за счет центробежной силы. Для очистки применяют дробь чугунную литую и колотую, стальную литую, колотую, рубленую размером 0,7— 0,9 мм при толщине металла до 4 мм; 0,9—1,6 мм — при толщине металла до 30 мм; 1,6—2,5 мм — при толщине металла свыше 30 мм. Дробеструйную и дробеметную очистку осуществляют в камерах, оборудованных для размещения и транспортировки очищаемых изделий, устройствами для сбора, очистки и возврата дроби в дробеструйный аппарат и для вытяжки загрязненного воздуха. Заготовки и прокат перед сваркой очищают обычно дробеметным методом, сварные узлы (в труднодоступных местах) — дробеструйным. Химическими методами очистки обезжиривают и травят поверхности свариваемых деталей. Различают ванный и струйный методы. В первом случае Детали последовательно опускают в ванны с различными растворами и выдерживают в каждом из них определенное время. Во втором случае поверхность деталей обрабатывается последовательно струями раствора различного состава, что позволяет осуществлять непрерывный процесс очистки. Химический способ очистки эффективен, однако в производстве сварных конструкций используется главным образом для очистки цветных металлов. Для предохранения металла от коррозии кроме очистки обычно пассивируют или грунтуют поверхности, что позволяет сваривать металл без удаления защитного покрытия. § 5. Контроль сварных соединений Классификация видов контроля сварных соединений. Сварные соединения считают качественными, если они не имеют недопустимых дефектов и их свойства удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ним в соответствии с условиями эксплуатации сварного узла или конструкции. Качество сварных соединений контролируют следующими видами контроля: предварительным, в процессе которого выполняют проверку качества исходных материалов (свариваемого металла и сварочных материалов), контроль подготовки деталей под сварку и сборку узлов, а также состояния оснастки, сварочного оборудования и приборов, квалификации сборщиков и сварщиков; на стадии предварительного контроля выполняют испытания на свариваемость, включающие в себя механические испытания, металлографические исследования сварных соединений и испытания на сопротивляемость образованию горячих и холодных трещин; текущим (в процессе выполнения сварочных работ), предусматривающим проверку соблюдения технологии сварки, зачистки промежуточных швов, заварку кратеров и т. д.; окончательным контролем готовых сварных конструкций, который проводится в соответствии с требованиями, предъявляемыми к изделию. Трудоемкость контрольных операций может доходить до 30% общей трудоемкости изготовления сварной конструкции. Классификация дефектов. В процессе образования сварного соединения в металле шва и зоне термического влияния могут возникать дефекты, т. е. отклонения от установленных норм и требований, приводящие к снижению прочности, эксплуатационной надежности, точности, а также ухудшению внешнего вида изделия. Дефекты сварных соединений различают по причинам возникновения и месту их расположения. В зависимости от причин возникновения их можно разделить на две группы. К первой группе относятся дефекты, связанные с металлургическими и тепловыми явлениями, происходящими в процессе образования, формирования и кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения: горячие и холодные трещины в металле шва и околошовной зоне, поры, шлаковые включения, неблагоприятные изменения свойств металла шва и зоны термического влияния. Ко второй группе дефектов, которые называют дефектами формирования швов, относят дефекты, происхождение которых связано в основном с нарушением режима сварки, неправильной подготовкой и "сборкой элементов конструкции под сварку, неисправностью оборудования, небрежностью и низкой квалификацией сварщика и другими нарушениями технологического процесса. К дефектам этой группы относятся несоответствие швов расчетным размерам, непровары, подрезы, прожоги, наплывы, не заваренные кратеры и др. По месту расположения различают дефекты наружные и внутренние. К наружным относят дефекты, которые могут быть обнаружены внешним осмотром (дефекты формирования шва, непровары, подрезы, наплывы, прожоги, кратеры, трещины и поры,- выходящие на поверхность, и др.). Для обнаружения внутренних дефектов (трещин, пор) требуются специальные методы неразрушающего и разрушающего контроля. Дефекты оказывают большое влияние на прочность сварных соединений и нередко являются причиной преждевременного разрушения сварных конструкций. Особенно опасны трещины и непровары, резко снижающие прочность, особенно при циклических нагрузках. Некоторые виды дефектов приведены на рис. 12. Методы контроля качества сварных соединений. В зависимости оттого, нарушается или не нарушается целостность 2—458 33 сварного соединения при контроле, различают неразрушающие и разрушающие методы контроля. К неразрушающим методам относят: внешний осмотр; контроль на непроницаемость гидравлическим испытанием, керосином, сжатым воздухом, вакуумированием, течеискателями; методы, применяемые преимущественно для обнаружения дефектов, выходящих на поверхность сварных соединений (магнитный, электромагнитный, люминесцентный, цветной); методы, применяемые преимущественно для обнаружения скрытых и внутренних дефектов (радиационный, ультразвуковой , магнитографический). Внешний осмотр служит для определения наружных дефектов сварных швов: несоответствие геометрических размеров швов проектным (размеры швов и дефектов определяют измерительным инструментом и специальными шаблонами), подрезы, непровары, поверхностные трещины и наружные поры, крупная чешуйчатость и неравномерность шва, не заплавленные кратеры, коробление изделия или отдельных его элементов. Внешний осмотр производят невооруженным глазом или лупой не более 10-кратного увеличения. Контролю внешним осмотром подвергают все сварные конструкции. Испытаниям на непроницаемость подвергают емкости для хранения жидкостей, сосуды и трубопроводы, работающие при избыточном давлении. При гидравлическом испытании емкости наполняют водой, а в сосудах и трубопроводах создают избыточное давление жидкости, превышающее в 1,5—2 раза рабочее давление. В таком состоянии изделие выдерживают в течение 5—10 мин. Швы осматривают с целью обнаружения течи, капель и отпотеваний. Этот способ испытания одновременно служит для оценки прочности конструкции. При пневматическом испытании в сосуды нагнетают сжатый воздух под давлением, превышающим атмосферное на 10—20 кПа, швы смачивают мыльным раствором или все изделие опускают в воду. Наличие неплотности в швах определяют по мыльным пузырькам или пузырькам воздуха в воде. Вакуум-метод основан на создании вакуума и регистрации проникновения воздуха через дефекты на одной, доступной для испытаний стороне шва. В качестве пенного индикатора используют мыльный раствор. При испытании с помощью гелиевого течеискателя внутри сосуда создают вакуум, а снаружи швы обдувают смесью воздуха с гелием. При наличии неплотностей гелий, обладающий исключительной проникающей способностью, проникает в сосуд, откуда отсасывается в течеискатель со специальной аппаратурой для его обнаружения. По количеству уловленного гелия судят о неплотности швов. При испытании керосином сварные швы с одной стороны смазывают керосином, а с другой — мелом. При наличии неплотности на поверхности шва, окрашенной мелом, появляются темные пятна керосина. Благодаря высокой проникающей способности керосина обнаруживают дефекты размером 0,1 мм и менее. Магнитные методы контроля основаны на обнаружении полей магнитного рассеяния, образующихся в местах дефектов при намагничивании контролируемых изделий. Изделие намагничивают, замыкая им сердечник электромагнита или помещая внутрь соленоида. Требуемый магнитный поток можно создать пропусканием тока по виткам (3—6 витков) сварочного провода, наматываемого на контролируемую деталь. В зависимости от способа обнаружения потоков рассеяния различают следующие методы магнитного контроля: метод магнитного порошка, индукционный и магнитографический. При методе магнитного порошка на поверхность намагниченного соединения наносят магнитный порошок (окалина, железные опилки и т. д.) в сухом виде (сухой способ) или суспензию магнитного порошка в жидкости (керосине, мыльном растворе, воде — мокрый способ). Над местом расположения дефекта создадутся скопления порошка в виде правильно ориентированного магнитного спектра. Для облегчения подвижности порошка изделие слегка обстукивают. С помощью магнитного порошка выявляют трещины, невидимые невооруженным глазом, внутренние трещины на глубине не более 15 мм, расслоение металла, а также крупные поры, раковины и шлаковые включения на глубине не более 3—5 мм. При индукционном методе магнитный поток в изделии наводят электромагнитом переменного тока. Дефекты обнаруживают с помощью искателя, в катушке которого под действием поля рассеяния индуктируется э. д. е., вызывающая оптический или звуковой сигнал на индикаторе. При магнитографическом методе поле рассеяния фиксируется на эластичной магнитной ленте, плотно прижимаемой к поверхности соединения. Запись воспроизводится на магнитографическом дефектоскопе. В результате сравнения контролируемого соединения с эталоном делается вывод о качестве соединения. Радиационные методы контроля являются надежными и широко распространенными методами, основанными на способности рентгеновского и гамма-излучения проникать через металл. Выявление дефектов при радиационном просвечивании основано на различном поглощении рентгеновского или гамма-излучения участками металла с дефектами и без них. Сварные соединения просвечивают специальными аппаратами. С одной стороны шва на некотором расстоянии от него помещают источники излучения, с противоположной стороны плотно поджимают кассету с чувствительной пленкой (рис. 13). При просвечивании излучение проходит через сварное соединение и облучает пленку. В местах, где имеются поры, шлаковые включения, непровары, крупные трещины, на пленке образуются более темные пятна. Вид и размеры дефектов определяют сравнением пленки с эталонными снимками. Просвечивание не позволяет выявить трещины, если они расположены не по направлению центрального луча (угол более 5°), а также непровары в виде слипания свариваемых металлов без газовой или шлаковой прослойки. Источниками рентгеновского излучения служат специальные рентгеновские аппараты (РУП-150-10, РУП-120-5-1, импульсные аппараты ИРА-1Д, ИРА-2Д, РИНА-1Д и др.). Рентгенопросвечиванием целесообразно выявлять дефекты в металле толщиной до 60 мм. При этом фиксируют дефекты, размеры которых составляют 1—3% от толщины металла. Наряду с рентгенографированием, т. е. экспозицией на пленку, применяют рентгеноскопию, т. е. получение сигнала о дефектах при просвечивании металла на экране. Экран покрывают флюоресцирующими веществами (платино-синеродистый барий, сернистый цинк и др.), которые дают свечение при действии рентгеновского излучения. В связи с различной степенью поглощения излучения в разных участках металла свечение различно. Контроль рентгеновским излучением с использованием экранов применяют в сочетании с телевизионными устройствами, преобразующими рентгеновское изображение в видимое (установка типа РИ — рентгенотелевизионный интроскоп). Чувствительность рентгеноскопического контроля не уступает рентгенографическому (1% и более), а производительность выше. Преимуществом рентгенографии является наличие документа о качестве соединения в виде пленки. При просвечивании сварных соединений гамма-излучением источником излучения служат радиоактивные изотопы: кобальт-60, тулий-170, иридий-192 и др. Ампулу с радиоактивным изотопом помещают в свинцовый контейнер. Техника просвечивания сварных соединений гамма-излучением подобна технике рентгеновского просвечивания. Этим способом выявляют аналогичные внутренние дефекты по' потемнению участков пленки, помещенной в кассету. Гаммаизлучение отличается от рентгеновского большей жесткостью и меньшей длиной волны, поэтому оно может проникать в металл глубже, чем рентгеновское излучение, и позволяет просвечивать металл толщиной до 300 мм. Благодаря портативности аппаратуры гамма-излучение можно применять в любых условиях (в цехах, полевых условиях, на монтаже и т. п.). Кроме того, просвечивание гаммаизлучением менее дорогостоящий способ. Недостатками просвечивания гамма-излучением по сравнению с рентгеновским являются: меньшая чувствительность (при просвечивании толщин до 50 мм обнаруживаются относительно крупные дефекты с размерами более 2—4% толщины металла); невозможность регулирования интенсивности излучения, которая в рентгеновских аппаратах регулируется подводимым напряжением; большая опасность гамма-излучения при неосторожном обращении с гаммааппаратами. Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых волн отражаться от поверхности раздела двух сред. В дефектоскопии применяют пьезоэлектрический способ получения ультразвуковых волн, основанный на возбуждении механических колебаний (вибраций) в пьезоэлектрических материалах (кварц, сульфат лития, титанат бария и др.) при наложении переменного электрического поля. Упругие колебания достигают максимального значения тогда, когда частота электрических колебаний совпадает с колебаниями пьезопластины датчика. Частоты ультразвуковых колебаний обычно превышают 20 ООО Гц. С помощью пьезометрического щупа ультразвукового дефектоскопа, помещаемого на поверхность сварного соединения, в металл посылают направленные ультразвуковые колебания (рис. 14). Ультразвук вводят в изделие отдельными импульсами под углом к поверхности металла. При встрече с дефектом возникает отраженная ультразвуковая волна, которая воспринимается либо другим щупом (приемным в случае двухщуповой схемы), либо тем же (подающим при однощуповой схеме) во время паузы между импульсами. Отраженный ультразвуковой сигнал преобразуется в электрический, усиливается и подается на трубку осциллографа, где фиксируется наличие дефекта в соединении в виде пика на экране осциллографа. Ультразвуковой контроль имеет следующие основные преимущества: высокую чувствительность (1—2%), позволяющую обнаруживать, измерять и определять местонахождение дефектов площадью 1—2 мм2; большую проникающую способность ультразвуковых волн, позволяющую контролировать материалы большой толщины (стали до 2,5 м); возможность контроля всего сварного соединения только' с одной стороны; высокую производительность; отсутствие громоздкого оборудования (приборы УЗД-7, УДМ-1М, ДУК-13ИМ и др.). Существенным недостатком ультразвукового метода является сложность установления вида дефекта. Ультразвуковой контроль применяют и как основной вид контроля, и как предварительный с последующим просвечиванием сварных соединений рентгеновским или гамма-излучением. К разрушающим методам контроля сварных соединений относятся:, механические испытания, металлографические исследования, специальные испытания с целью получения характеристик сварных соединений. Эти испытания проводят на сварных образцах, вырезаемых из самого изделия или из специально сваренных контрольных соединений, выполненных в соответствии с требованиями и технологией на сварку изделия в условиях, соответствующих сварке. Целью этих испытаний являются: оценка прочности и надежности сварных соединений и конструкций; оценка качества основного и сварочного материалов; оценка правильности выбранной технологии; оценка квалификации сварщиков. Свойства сварного соединения сопоставляют со свойствами основного металла. Результаты считаются неудовлетворительными, если они не соответствуют заданному регламентированному уровню. Одним из основных видов испытаний являются механические испытания по ГОСТ 6996—66. Стандарт предусматривает следующие виды испытаний сварных соединений и металла шва: испытание сварного соединения' в целом и металла различных участков сварного соединения (наплавленного металла, зоны термического влияния, основного металла) на статическое (кратковременное) растяжение, статический изгиб, ударный изгиб (на надрезанных образцах), на стойкость против механического старения; измерение твердости металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла. Испытаниями на статическое растяжение определяют прочность сварных соединений. Испытаниями на статический изгиб определяют пластичность соединения по величине угла изгиба до образования первой трещины в растянутой зоне. Испытания на статический изгиб проводят на образцах с продольными и поперечными швами со снятым усилением шва заподлицо с основным металлом. Испытаниями на ударный изгиб, а также ударный разрыв определяют ударную вязкость сварного соединения. По результатам определения твердости судят о структурных изменениях и степени подкалки металла при охлаждении после сварки. Металлографические исследования сварных соединений." Основной задачей металлографического анализа является установление структуры металла и качества сварного соединения, выявление наличия и характера дефектов. Металлографические исследования включают в себя микро-и макроструктурный методы исследования металлов. При макроструктурном методе изучают макрошлифы и изломы металла невооруженным глазом или лупой (увеличение до 20 раз). Макроисследование позволяет определить характер и расположение видимых дефектов в разных зонах сварных соединений. При микроструктурном анализе (микро анализ) исследуется структура металла при увеличении в 50—2000 раз с помощью оптических микроскопов. Микро исследование позволяет установить качество металла, в том числе обнаружить пережог, наличие окислов по границам зерен, засоренность металла неметаллическими включе ниями (оксидами, сульфидами), величину зерен металла, изменение состава металла при сварке, микроскопические трещины, поры и некоторые другие дефекты структуры. Методика изготовления шлифов для металлографических исследований заключается в вырезке образцов из сварных соединений, в шлифовке, полировке и травлении поверхности металла специальными травителями. Металлографическое исследование сварных соединений дополняется измерением твердости и при необходимости химическим анализом. Специальные испытания проводят с целью получения характеристик сварных соединений, учитывающих условия эксплуатации сварной конструкции: определение коррозионной стойкости для конструкций, работающих в коррозионных средах; усталостной прочности при циклических нагрузках; ползучести при эксплуатации в условиях воздействия повышенных температур и др.

 

В чем заключается сущность сварки и как классифицируются виды сварки?

Что называется сварным соединением и сварным швом?

Что понимается под свариваемостью материалов? Назовите основные показатели свариваемости.

Какие процессы включает в себя подготовка металла под сварку?

Как классифицируются основные виды контроля сварных соединений?

Настоящий сайт ставит цель оказать помощь сварщику в овладении суммой теоретических знаний, объем которых регламентирован Правилами аттестации сварщиков. Сайт освещает основные разделы программы специальной подготовки электросварщиков в системе Минэнерго России к аттестации на право выполнения сварочных работ  при монтаже объектов, подведомственных Госгортехнадзору России.

Сварочные провода и электроды

Подробности

СВАРОЧНЫЕ ПРОВОДА

 

Сварочные провода должны быть гибкими, с легкой и прочной изоляцией. Жесткие провода с тяжелой изоляцией утомляют рабочего и затрудняют выполнение сварки. Обычно ДЛЯ сварочной цепи используют специальные гибкие провода марки ПРГД Сечения гибких сварочных проводов по ГОСТ 6731-53 «Провода для электрической дуговой сварки». Такие провода делаются из тонких медных проволок и имеют резиновую изоляцию и резиновую шланговую оболочку. По ГОСТ 6751 — 53 предусмотрены следующие сечения проводов: 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95 и 120 мм2. Провода предназначены для эксплуатации при напряжении до 120 е. Сечение гибких проводов в зависимости от силы сварочного тока выбирается по таблице. Желательно, чтобы длина гибкого провода, к которому прикреплен электрический держатель, была не менее 3 ж. Остальная часть проводов, образующая сварочную цепь, может быть взята марки ПР по ГОСТ 1977-54 или КРИТ по ГОСТ 2650-44.

ВЫБОР ТОКА

Сечение проводов в мм2 двойной 25 300Сечт450и600д50 70 95 2x16 2X25 2X35. В настоящее время более широкое распространение имеет сварка на переменном токе. Это объясняется главным образом эксплуатационными и экономическими преимуществами этого вида сварки, состоящими в следующем эксплуатации.

2. Коэффициент полезного действия (к. п. д.) сварочных трансформаторов с регуляторами составляет 0,8-0,85, а агрегатов для однопостовой сварки на постоянном токе 0,3-0,6. При многопостовой сварке на постоянном токе значительная часть энергии теряется в балластном реостате, поэтому средний кпд поста составляет только 0,2 -0,43. Различные кпд оборудования обусловливают различный расход энергии на 1 кг наплавленного металла: 3-4 квт-час/кг при сварке на переменном токе, 6-8 квт-час/кг при однопостовой и 8-10 квт-час/кг при многопостовой сварке на постоянном токе. Кроме того, при сварке на переменном токе магнитное обдувание дуги значительно меньше, чем при сварке на постоянном токе. К недостаткам сварки на переменном токе относите: 1) низкий коэффициент мощности (cos) сварочного поста, равный обычно 0,3-0,4; cos среднего электрического двигателя у преобразователя для сварки на постоянном токе равен 0,6-0,7; не уменьшая устойчивость сварочной дуги переменного тока при низком коэффициенте мощности сварочного поста, равный обычно 0,3-0,4; cos среднего электрического двигателя преобразователя для сварки на постоянном токе равна 0,6-0,7; меньше устойчивость переменного тока при сварке электродами малых диаметров; в практике иногда применяют электроды, которыми можно работать только при обратной полярности постоянного тока (например, УОНИ-13 и др.), а также электроды, предназначенные для сварки на переменном и постоянном токе, но дающие лучшее качество швов при сварке на постоянном токе (например, К-5 и др.). Применение таких электродов ограничивает сварку на переменном токе. 46кие требования, которым должна удовлетворять стальная сварочная проволока, предназначенная для ручной, полуавтоматической и автоматической сварки и наплавки, регламентированы ГОСТ 2246-60. Предусмотрены следующие диаметры проволоки (в мм.): 0,3; 0,5; 0,8: 1,0; 1,2; 1,6; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 8,0; 10,0; 12,0. Химический состав проволоки приведен в табл. 11. Проволока поставляется свернутой в мотки. Размеры и вес мотков должны соответствовать указанным в табл. 12. ГОСТ предусматривает, что по требованию потребителя проволока диаметром 5 мм и менее для механизированных способов сварки должна поставляться в катушках, пригодный для непосредственного использования в сварочных автоматах и полуавтоматах. Раз ер и вес катушек должны соответствовать указанным в табл. 13.: Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой, без окалины, ржавчины и масла. Проволока из высоколегированной стали должна поставляться в травленном и отведенном состоянии без всяких следов смазки. Проволока из углеродистой и легированной стали, предназначенная для механизированных способов сварки, по требованию потребителя должна изготовляться с обедненной поверхностью. Несмотря на большое число марок сварочной проволоки, изготовляемых промышленностью, при наплавке иногда возникает необходимость в применении проволоки, не предусмотренной ГОСТ 2246-60. Например, при вибродуговой наплавке применяется проволока из сталей 45Г2, 60, У7, при наплаве которым углекислого газа — проволока из сталей XI3, XI7 и других марок. При автоматической дуговой наплавке под флюсом зачастую применяется порошковая проволока, состоящая из металлической оболочки, внутрь которой запрессован легирующий порошок. Так, при наплавке валков прокатных станов широко применяется порошковая проволока марки ППЗХ В8, г) электроды для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами (табл. 18). Каждый класс делится на несколько типов электродов. Для электродов каждого типа установлены требования, касающиеся механических свойств и химического состава металла шва или наплавленного металла, а также механических свойств сварных соединений. Типы электродов для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей и электрод в для сварки легированных теплоустойчивых сталей регламентированы ГОСТ 9467-60. Электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами и электроды для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами регламентированы ГОСТ 2523-51. Допускаемое содержание серы и фосфора в металле шва или наплавленном металле (по ГОСТ 2523-51). Типы электродов ГОСТ 9467-60 устанавливает четыре вида составов покрытий электродов для сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей: рудно-кислое (Р), бутиловое (Т), фтористо-кальциевое (Ф). Допускаемые содержания серы и фосфора в металле шва или в наплавленном металле при применении электродов, предназначенных для сварки легированных сталей с особыми свойствами и наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами катодная проволока, электроды и флюсы для сварки сталей трещин, вздутий и комков не размешанных компонентов и располагаться концентрично относительно стержня.

2. На поверхности электродов не допускаются: На б) оголенность от покрытия для электродов диаметром до 6 мм на расстоянии более 0,5 диаметра стержня, а для электродов диаметром свыше 6 мм не более 3 мм от торца, с которого начинают процесс расплавления электрода при сварке; шероховатость поверхности, продольные риски и отдельные задиры глубиной более XU толщины покрытия; от более трех местных вмятин, причем длина каждой вмятины не должна превышать 12 мм, а глубина не должна превышать 0,5 толщины покрытия) более трех пор а длине 100 мм, при этом диаметр каждого из пор не должен превышать 2 мм, а глубина — половины толщины покрытия; б2.жНа поверхности электродов не допускаются: оголенность от покрытия для электродов диаметром до 6 мм на расстоянии более 0,5 диаметра стержня, для электрона диаметром свыше 6 мм не б ее 3 мм от торца, с которого начинают процесс расплавления электрода при сварке; шероховатость поверхности, продольные риски и отдельные задиры глубиной более XU содержание покрытия; более трех местных вмятин, причем длина каждой вмятины не должна превышать 12 мм, а глубина не должна превышать 0,5 толщины покрытия; боец) по более трех пор на длине 100 мм, при этом диаметр каждой из пор не должен превышать 2 мм, а глубина — половины толщины покрытия; более двух волосных трещин, при этом длина каждой волосной трещины не должна превышать 12 мм. Покрытие не должно разрушаться при свободном падении электрода плашмя на гладкую стальную плиту с высоты 1 м (при диаметре электродов 3,0 мм и менее) и с высоты 0,5 м (при диаметре электродов более 3,0 мм)к Сварочные (технологические) свойства электродов должны удовлетворять следующим требованиям: е1. Дуга должна легко зажигаться и стабильно гореть при режимах сварки, рекомендованных в паспорте электрод. Покрытие должно плавиться равномерно, без отделения кусков покрытия и без образования из него «чехла» или «козырька», препятствующих непрерывному плавлению электрода. Наплавленный на поверхность пластины валик должен равномерно покрываться шлаком, охлаждение которой должно легко удаляться, зленный металл не должен иметь трещин. Кроме механических свойств металла шва и сварного соединения, химического состава наплавленного металла, важными характеристиками электродов являются коэффициент наплавки, величина потерь на разбрызгивание и угар электродного металла и коэффициент расхода электродного металла приходится на 1 а силы сварочного тока за 1 час горения дуги. Он более постоянен для определенной марки электродов, чем коэффициент наплавки, так как не зависит от потерь на разбрызгивание и угар, а зависит от состава электродного стержня и покрытия, силы сварочного тока и напряжения на дуге, рода сварочного тока и полярности при сварке на постоянном токе. Как видно из приведенного уравнения, чем больше потери на разбрызгивание и угар, тем меньше коэффициент наплавки. Потери на разбрызгивание и угар могут сильно измениться при сварке электродами определенной марки, от силы сварочного тока, длины дуги и других факторов. Например, при сварке электродами ОММ-5 диаметром 5 мм потери на разбрызгивание и угар могут изменяться от 3-5% при силе тока 150 а и средней длине дуги до 35-40%' при силе тока 300 а и длинной дуге. Чем больше сила сварочного тока и длина дуги, тем больше потери на разбрызгивание и угар. Потери на разбрызгивание и угар зависят также от состава электродных стержней и покрытий. Поэтому для каждой марки электродов при сварке на средних для этой марки режимах характерно определенное среднее значение потерь на разбрызгивание и угар. Коэффициенты расплавления и наплавки и потери на разбрызгивание и угар определяются опытным путем с использованием следующих уравнений: количество расплавленного электродного металла за время / горения сварочной дуги при опытной сварке в г; количество наплавленного металла за время t в г; время горения дуги в час; сила сварочного тока при опытной сварке покрытые электроды Величина коэффициента расхода электродов показывает количество электродов, необходимое для наплавления 1 кг металла шва, и определяется по уравнению.

Ниже приведены основные характеристики наиболее распространенных марок электродов для сварки и наплавки сталей. Сведения по электродам для сварки чугуна и цветных металлов приведены в главах IX и Х< 3.


 

 

ТОНКОПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ

 

В табл. 20, 21, 22 приведены основные характеристики тонко-покрытых электродов: меловых А1 (АН-1), МТ. Самое широкое применение из них имеют меловые электроды. Электроны А1, имея повышенный коэффициент наплавки, увеличивают производительность сварки. Однако вследствие сравнительной сложности эти покрытия применяются редко. Электроды МТ предназначены для сварки конструкций с небольшой толщиной из низкоуглеродистых и некоторых легированных сталей. При сварке этими электродами стальных конструкций толщиной до 2 мм жидкое стекло лучше заменять декстрином. Из-за низких механических свойств сварных швов и соединений, получаемых при сварке тонко-покрытыми электродами. Технические характеристики тонко-покрытых электродов

ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ СВАРКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

В табл. 23, 24, 25 приведены основные характеристики наиболее распространенных марок электродов для сварки конструкционных сталей. Как видно из табл. 24, самую большую группу составляют электроды типа 342, предназначенные для сварки малоуглеродистых сталей. Из них наиболее распространены электроды ЦМ-7, отличающиеся высоким коэффициентом на­плавки и простым составом покрытия. Широко применяются также электроды ОММ-5, МЭЗ-04 и др. Значительное число марок электродов применяется для сварки среднеуглеродистых и легированных конструкционных сталей. Из них наиболее распространены электроды типа УОНИ 13. На многих заводах и строительных предприятиях получили применение электроды СМ-11, ДСК-50, ЭПС и другие со стальным порошком в покрытии. Подобные электроды обычно разрабатываются на основе электродов МЭЗ-04, ОММ-5, УОНИ-13 и ЦМ-7. Переход при сварке части стального порошка из покрытия в шов обеспечивает увеличение коэффициента наплавки и повышение производительности процесса сварки. Для введения в покрытия используют порошок, полученный путем восстановления железа из металлической окалины, а также порошки, полученные из обдирочных отходов шарикоподшипникового производства и от производства электрокорунда из бокситов. Следует отметить, что на заводах и предприятиях применяются большое число марок электродов, почти не отличающихся качеством и свойствам наплавленного металла от электронов основных марок (ЦМ-7, ОММ-5, МЭЗ-04, УОНИ-13). Так, на основе электродов ЦМ-7 разработаны ЦМ-У, ИД, DK3, HKM3-L Указанное обстоятельство затрудняет составление полных характеристик на все применяющиеся электроды. Всесоюзным научно-исследовательским институтом строительства трубопроводов разработаны новые электроды с пластмассовым покрытием ВСП-16 и ВСП-16М, у которых связующим и газо-защитным компонентом является органическая смола. Эти электроды дешевле электродов на жидком стекле, не чувствительны к увлажнению, пригодны для сварки на постоянном и переменном токе. Механические свойства соединений, сваренных электродами ВСП с ферромолибденом, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к соединениям, сваренным электродами 350, а при отсутствии ферромолибдена в покрытии — 342.

 

ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ СВАРКИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ

В табл 26, 27, 28 приведены основные характеристики наиболее распространенных электродов, разработанных для сварки легированных теплоустойчивых сталей. Кроме электродов ЦЛ-12, для сварки паропроводов и элементов котлов из стали ЭИ-531, работающих при температурах до 575°, применяются электроды ЦЛ-13. Механические свойства металла шва при использовании этих электродов соответствуют свойствам металла на при использовании электродов типа ЭХ2МФБ, отличаясь только более низким содержанием в шве хрома, молибдена и ванадия.

ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ СВАРКИ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ

В табл. 29, 30, 31 приведены характеристики основных марок электродов для сварки легированных сталей с особыми свойствами. Некоторые марки электродов имеют более широкое назначение, чем это указано в табл. 2, благодаря применению электродных стержней из различной проволоки. Например, при изготовлении электродов ЭНТУ-3 может применяться, кроме проволоки Св-04XI9Н9, проволока марок Св-07Х25И13иСв-13Х25Н18. Свойства наплавленного металла, механические свойства швов и соединений, полученных при использовании таких электродов типа ЭА2 или ЭАЗ, близки между собой. При применении проволоки Св-08XI9Н10Б указанные электроды соответствуют электродам типа ЭА1Б и часто известны под маркой НТУ-ЗБ. На проволоку различных марок наносятся также покрытия УОНИ-13, ЦЛ-10 и др. Свойства наплавленного металла и механические свойства швов и соединений, полученные при использовании электродов из проволоки Св-10XI7Т и Св-13Х25Т с покрытием ЦЛ-10 и электродов типа ЭФ17 и ЭФ25, близки между собой. Кроме электродов, приведенных в таблицах, для сварки сталей 15XI1МФ и 15XI2ВМФ применяются электроды марок КТИ-9 и КТИ-10, для сварки стали 1XI1В2МФ-Л электроды ЦЛ-32, для сварки трубопроводов из стали 1XI8H12T, работающих при температурах до 610° С, применяются электроды ЦТ-15. Для сварки сталей типа 1XI3Н18В2Б и 1XI3Н15Б разработаны электроды АЖ-13-18 и АЖ-13-15. Двухслойную листовую сталь МСт. 3-1XI8H9T свариваю электродами ЗИО-17 и ЗИО-8. В ящики со слюдой, асбестовой крошкой или песком. В некоторых случаях, например, при наплавке кузнечно-штампового инструмента электродами ЦШ и НЖ, инструмент после наплав­ки подвергается термической обработке.

СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА И ЭЛЕКТРОДЫ

Сварочная проволока Основные требования к сварным соединениям устанавливают в зависимости от условий их работы. Качество сварного соединения в значительной степени определяется составом и свойствами металла шва. К наплавленному металлу предъявляют требования прочности, вязкости, твердости. У некоторых сварных соединений металл шва должен обладать специальными свойствами, такими, как износостойкость, жаропрочность, коррозионная стойкость и др. Свойства металла шва зависят главным образом от состава металла электрода (или присадочного металла) и его покрытия (или флюса). В зависимости от способа сварки электроды разделяют на неплавящиеся (угольные, графитовые, вольфрамовые) и плавящиеся. Не-плавящиеся электроды служат только для возбуждения и поддержания горения дуги. Для заполнения металлом разделки шва в зону дуги вводят присадочный металл в виде прутка или проволоки. Плавящиеся электроды выполняют одновременно обе указанные функции. При этом их могут применять в виде стержней с покрытием (при ручной дуговой сварке) или в виде мотка сварочной проволоки (при полуавтоматической и автоматической сварке). Основной объем сварочных работ в строительстве занимает сварка стальных конструкций, при которой применяют электроды из сталей различных марок. Стальная проволока, идущая на производство электродов или применяемая как сварочная проволока, изготовляется в соответствии с ГОСТ 2246 - 70 «Проволока стальная сварочная», который предусматривает марки и химический состав металла, размеры с допусками, технические требования, методы испытаний, маркировку, упаковку, хранение и транспортирование. По этому ГОСТу для сварки и наплавки изготовляют стальную холоднотянутую проволоку круглого сечения диаметрами 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0 и 12,0 мм. Проволока поставляется в мотках (бухтах) из одного отреза. Проволока первых семи диаметров предназначена в основном для полуавтоматической и автоматической сварки в защитном газе. Для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом применяют проволоку диаметрами 2 ... 6 мм. Проволока диаметром от 1,6 до 12,0 мм идет на изготовление стержней электродов. Поверхность проволоки должна быть гладкой, чистой, без окалины, ржавчины, грязи и масла. По химическому составу ГОСТ 2246-70 устанавливает 77 марок сварочной проволоки, которые подразделяются на три основные группы: углеродистые (шесть марок проволоки) с содержанием углерода не более 0,12%, предназначенные для сварки низкоуглеродистых, среднеуглеродистых и некоторых низколегированных сталей; проволока протягивается из углеродистой кипящей стали (кремния не более 0,03%); легированные (30 марок) для сварки низколегированных, конструкционных, теплостойких сталей; изготовляют соответствующих марок легированной стали; высоколегированные (41 марка) для сварки хромистых, хромоникелевых, нержавеющих и других специальных легированных сталей. Химический состав некоторых марок сварочной проволоки в % приведен в табл. 9. Проволока маркируется буквами Св (сварочная) с сочетанием букв и цифр. Обозначения легирующих примесей общепринятые по ГОСТ 5632-72 (Г - марганец, С - кремний, X - хром, Н - никель, М - молибден, В - вольфрам, Ф - ванадий и др.). Первые две цифры указывают содержание в стали углерода в сотых долях процента, а цифры после буквы - количество данного элемента в составе проволоки в процентах. Отсутствие цифры после буквенного обозначения легирующего элемента означает, что этого элемента в материале проволоки менее одного процента. Буква А в конце марки указывает на пониженное содержание вредных примесей (серы и фосфора). Например, сварочная проволока марки Св-10ХГ2С содержит 0,10% углерода, до 1% хрома, до 2% марганца и до 1% кремния. РУППО Химический состав сварочной проволоки, как правило, соответствует составу свариваемой стали с некоторыми коррективами, вызываемыми особенностями металлургических процессов при сварке. Содержание углерода в сварочной проволоке не превышает 0,12 ... 0,15% (за редким исключением), что снижает склонность металла шва к газовой пористости и образованию твердых закалочных структур. Содержание кремния в углеродистой проволоке составляет менее 0,03%, так как наличие кремния способствует образованию при сварке пор в металле шва. Допустимое содержание серы и фосфора также ограничено 0,04% каждого элемента, так как они даже при малой концентрации способствуют образованию трещин в сварном шве. Алюминий и алюминиевые сплавы сваривают специальной сварочной проволокой из алюминия и его сплавов. ГОСТ 7871-75 предусматривает 11 марок этой сварочной проволоки. ГОСТ 16130-72 «Проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе сварочные» устанавливает 17 марок сварочной проволоки и 12 марок прутков для сварки меди и ее сплавов. Для сварки других металлов и сплавов применяют сварочную проволоку или стержни, изготовленные либо по ГОСТу на свариваемый металл, либо по специально разработанным техническим условиям.


 

Вместо дорогостоящей легированной сварочной проволоки в последнее время стали применять порошковую электродную проволоку. Ее изготовляют из стальной ленты, свернутой в трубочку, внутрь? которой помещают шихту (порошок), состоящую из смеси ферросплавов, железного порошка и графита. Диаметр порошковой проволоки от 2,5 до 5 мм. Состав шихты подбирают таким образом, чтобы образовавшийся от расплавленных оболочки и шихты жидкий сплав имел после охлаждения химический состав и свойства, установленные для металла шва. Сварку порошковой проволокой производят открытой дугой, под флюсом или в защитном газе. При строительных и монтажных работах применяют порошковую проволоку марок ПП-АН1, ПП-АН2, ПП-АНЗ, ПП-ДСК. Они позволяют получать металл шва в высокими механическими свойствами. В настоящее время при строительно-монтажных работах получил применение разработанный Институтом электросварки им. Е. О. Патона способ сварки само защитной проволокой, т. е. сплошной легированной проволокой открытой дугой. Этот способ основан на использовании специальных электродных проволок, содержащих раскисляющие и стабилизирующие элементы. Обычно при сварке открытой дугой происходит выгорание марганца и кремния, а металл шва обогащается кислородом и азотом. При сварке специальной для данного способа легированной проволокой происходит компенсация выгорания марганца и кремния за счет повышенного их содержания в металле проволоки. Металл проволоки содержит также алюминий, титан, цирконий и церий. Эти элементы обеспечивают хорошее раскисление металла сварочной ванны, образуя соединения, переходящие в шлак. Кроме того, эти элементы связывают азот, нейтрализуя го вредное действие на пластичность и вязкость металла. Введение церия и циркония повышает ударную вязкость и пластичность металла шва. Они также способствуют устойчивому процессу сварки и уменьшению разбрызгивания металла. Этим способом можно производить сварку в углекислом газе на прямой полярности, что позволяет значительно повысить коэффициент наплавки и производительность процесса сварки. Применяемые для этого способа проволоки марок Св-20ГСТЮА и Св-15ГСТЮЦА предусмотрены ГОСТ 2246-70. Они выпускаются диаметрами от 1,0 до 2,5 мм. Их химический состав приведен ранее. Металлические электроды Металлические электроды для дуговой сварки изготовляют в соответствии с ГОСТ 9466-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки сталей и наплавки. Классификация, размеры и общие технические требования». Установленные этим ГОСТом размеры электродов следующие: Диаметр электрода, мм . 1,6 2,0 2,5 8,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 12,Q Длина электрода, мм: " из углеродистой и легированной проволоки

200, 260 250, 300, 350, 450, 250, 300.из высоколегированной проволоки . . .150 , 200 , 300, 350, 460 Допустимые отклонения по длине электрода при ручном изготовлении до ± 7 мм, а при машинном до ± 3 мм. Допустимые отклонения по диаметру в пределах от - 0,12 до + 0,24 мм в зависимости от значения диаметра и установленной степени точности. Кроме размеров ГОСТ предусматривает требования к внешнему виду, механической прочности, влагостойкости электродного покрытия, а также правила приемки и методы испытания электродов. Покрытие электрода должно быть плотным, прочным, без трещин, вздутий и эксцентричности относительно оси стержня. Допускаются шероховатость и отдельные риски глубиной менее четверти толщины покрытия, вмятины глубиной до половины толщины покрытия на длине не более 12 мм, оголенность только с конца электрода на длине не более половины диаметра и другие мелкие дефекты. Прочность покрытия испытывают следующим образом: при падении плашмя на стальную плиту с высоты 1 м электродов диаметром менее 4 мм и с высоты 0,5 м электродов диаметром 4 мм и более покрытие не должно разрушаться. Влагостойкость покрытия проверяют погружением электрода в воду и выдержкой в течение 24 ч при температуре 15 ... 25° С. Электроды, изготовленные по ГОСТу, обеспечивают устойчивое горение дуги и спокойное равномерное плавление покрытия. Шлак ровным слоем покрывает наплавляемый металл и легко удаляется после остывания. Трещины, газовые поры и шлаковые включения в сварном шве не образуются. Химический состав металла шва и особенно допустимое содержание серы и фосфора указываются в паспорте электрода. Содержание серы и фосфора в металле сварного шва при сварке низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей должно быть не более 0,05%, а при сварке легированных сталей повышенной прочности - не более 0,04%. Сварные швы высоколегированных сталей должны содержать не более 0,025% серы и 0,03% фосфора. По качеству электродов (точность изготовления, состояние поверхности покрытия, оплошность металла шва, содержание серы и фосфора в наплавленном металле) ГОСТ 9466-75 установил группу 1, 2 и 3. Для каждой марки электрода установлен паспорт, содержащий обозначение, марку и назначение электрода, марку сварочной проволоки, состав покрытия, режимы сварки и обработки сварного шва, механические показатели сварного шва, свойства наплавленного металла и коэффициент наплавки. Электроды упаковывают в водонепроницаемую бумагу или пленку из пластмассы и укладывают в деревянные ящики. Масса ящика 25 ... 40 кг. Требования, предъявляемые к металлическим (плавящимся) электродам для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей, изложены в ГОСТ 9467-75. Для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей ГОСТом предусмотрены 9 типов электродов (Э38, Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А, Э55, Э60), а для сварки легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности - 5 типов (Э70, Э85, Э100, Э125, Э150). Кроме того, предусмотрены 9 типов электродов для сварки теплоустойчивых сталей. Тип электрода обозначается буквой Э и цифрой, указывающей гарантируемый предел прочности металла шва в кгс/мм®. Буква А в обозначении указывает, что металл шва, наплавленный этим электродом, имеет повышенные пластические свойства. Такие электроды применяют при сварке наиболее ответственных швов. Проволока Св-08 и Св-08А, применяемая при изготовлении стержней большинства электродов для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей, протягивается из низкоуглеродистых сталей Ст2, СтЗ, Ст4. Каждому типу электрода соответствует несколько марок электродов. Например, типу Э42 соответствуют электроды ОММ-5, ЦМ-7, МЭЗ-04 и др. Марка электрода - это его промышленное обозначение, как правило, характеризующее стержень и покрытие. При сварке электродом без покрытия для возбуждения и поддержания горения дуги необходимо относительно высокое напряжение тока. В процессе сварки при высокой температуре дуги кислород и азот воздуха контактируют с расплавленным металлом шва и активно взаимодействует с ним (окисление и азотирование металла шва). Поэтому при сварке электродом без покрытия практически невозможно получить качественный шов. В настоящее время квалифицированную сварку производят либо электродом с соответствующим покрытием, либо обеспечивают иную защиту свариваемого шва. Электродные покрытия делят на две группы: тонкие (стабилизирующие или ионизирующие) и толстые (качественные). Назначение тонкого покрытия - облегчить возбуждение дуги и стабилизировать ее горение. Для достижения этого покрытие составляют из вещества, атомы и молекулы которого обладают низким потенциалом ионизации, т. е. легко ионизируются в воздушном промежутке дуги. Такими веществами являются калий, натрий, кальций, барий, литий, стронций и др. Они применяются, как правило, в виде углекислых солей: мел СаС03, поташ К2С03, углекислый барий ВаС03 и др. В качестве связующего вещества применяют жидкое стекло, представляющее собой силикат натрия Na20* Si02. Покрытие наносят на стержень электрода слоем толщиной 0,1... 0,25 мм, что составляет 1,5 ... 2,5% от массы электрода. Тонкое покрытие не создает защиты для расплавленного металла шва и при сварке происходит окисление и азотирование наплавленного металла. Шов получается хрупкий, пористый, с различными неметаллическими включениями. Поэтому электроды с тонким покрытием используют при выполнении неответственных сварных швов. Наиболее простым тонким покрытием является меловое. Оно состоит из мелкопросеянного чистого мела, разведенного на жидком стекле. На 100 массовых частей мела берется 25 ... 30 массовых частей жидкого стекла и полученная смесь размешивается в воде до сметанообразного состояния. Покрытие наносится на электродный стержень окунанием с последующей сушкой при комнатной температуре или в сушильных шкафах при температуре 30 . . . 40° С. Такие электроды дают при сварке швы очень низкого качества и поэтому применяются очень редко. Более качественные сварные швы дают электроды с тонким покрытием марки К-3 и А-1. Основной составляющей этих покрытий является титановый концентрат. Покрытие К-3 содержит 57,8% титанового концентрата Й 42,2% марганцевой руды, а жидкое стекло составляет 25 ... 35% к массе концентрата и руды. Покрытие А-1 содержит 86,6% титанового концентрата, 10,2% марганцевой руды, 3,2% калиевой селитры. Жидкое стекло берется в количестве 30 ... 35% к массе остальных компонентов. При сварке тонкостенных изделий хорошие результаты дает покрытие МТ, состоящее из 62% титанового концентрата, 31% полевого шпата и 7% хромовокислого Калия. Жидкое стекло составляет 30% к массе остальных компонентов. Кроме этих покрытий применяют и ряд других, имеющих различные назначения. Сварное соединение высокого качества выполняют электродами с толстым покрытием. Поэтому эти покрытия называют качественными. Для получения сварного шва с высокими механическими свойствами покрытие должно выполнять следующие функции: обеспечить устойчивое горение дуги; защищать расплавленный металл шва от воздействия кислорода и азота воздуха; раскислять образующиеся в металле шва окислы и удалять невосстанавливаемые окислы в шлак; изменять состав наплавляемогоp class=p class= металла вводом в него легирующих п/tdримесей; удалять серу и фосфор из расплавленного металла шва; образовывать шлаковую корку над металлом шва, замедлять его охлаждение и тем самым способствовать выходу газов и неметаллических включений на поверхность металла шва. Кроме того, покрытие должно прочно держаться на стержне электрода, быть водонепроницаемым, не отслаиваться и не разрушаться от влажного воздуха. В настоящее время применяется большое количество толстых (качественных) покрытий для различных сварочных работ. РазработаMsoNormalнная советскими учеными теория сварочных процессов позволяет точно рассчитать состав электродных покрытий в зависимости от состава свариваемого металла и требований, предъявляемых к сварному шву.


 

Для выполнения перечисленных выше функций электродное качественное покрытие должно содержать следующие компоненты:

 

1. Ионизирующие вещества для снижения эффективного потенциала ионизации. Это обеспечивает стабильное горение дуги. В качестве ионизирующих компонентов в покрытия вводят такие вещества, как мел, мрамор, поташ, полевой шпат и др. Ио Газообразующие вещества, которые при сварке разлагаются или сгорают, выделяя большое количество газов, создающих в зоне дуги газовую оболочку. Благодаря этой оболочке металл шва предохраняется от воздействия атмосферного кислорода и азота. Такими газообразующими веществами являются крахмал, древесная мука, целлюлоза и др. Га Раскисляющие вещества, которые обладают большим сродством к кислороду и поэтому восстанавливают металл шва. Раскислителями служат ферросплавы, алюминий, графит и др. Ра Шлакообразующие вещества, создающие шлаковую защиту расплавленного металла шва, а также капель электродного металла, проходящих через дуговой промежуток. Кроме того, шлаки активно участвуют в металлургических процессах при сварке и способствуют получению качественного шва. В качестве шлакообразующих веществ применяют полевой шпат (К20* А1203'6 Si02), кварц (Si02), мрамор, рутил, марганцевую руду и др. Шл Легирующие вещества, которые в процессе сварки переходят из покрытия в металл шва и легируют его для придания тех или иных физико-механических качеств. Хорошими легирующими веществами являются ферромарганец, ферросилиций, феррохром, ферротитан. Реже применяют различные окислы металлов (меди, хрома и др.). Ле Связующие вещества, предназначенные для замеса всех компонентов покрытия в виде пасты, а также для связывания пасты на сердечнике электрода и придания определенной прочности после высыхания покрытия. Таким веществом является жидкое стекло, реже применяют декстрин. ГОСТ 9466-75 установил следующие виды покрытий. Кислое покрытие, содержащее руды в виде окислов железа и марганца; при плавлении они выделяют кислород, способный окислить металл ванны и легирующие примеси. Для ослабления действия кислорода в покрытие вводят раскислители в виде ферросплавов. Однако наплавленный металл имеет относительно малую вязкость и пластичность и пониженное содержание легирующих примесей. К этому виду относятся покрытия ОММ-5, ЦМ-7 и др. Покрытие ОММ-5 состоит из 37% титанового концентрата, 21% марганцевой руды, 13% полевого шпата, 20% ферромарганца и 9% крахмала. Коэффициент массы покрытия колеблется в пределах 30 ... 38%. Коэффициент наплавки достигает 8 г/А-ч. Покрытие ЦМ-7 содержит 33% гемотита (Fe203), 30% ферромарганца, 32% гранита и 5% крахмала. Коэффициент массы покрытия 40 ... 45%. Коэффициент наплавки 10 ... 11 г/А-ч. Этот вид покрытия по ГОСТ 9467-75 обозначается буквой А. Рутиловое покрытие, основным компонентом которого является рутил (ТЮ2 - двуокись титана). Шлакообразующими компонентами служат рутил, а также полевой шпат, магнезит и др. В качестве раскислителя и легирующего компонента применяют ферромарганец. В практике применяют покрытия ЦМ-9, МР-3 и др. Покрытие ЦМ-9 содержит 48% рутила (двуокись титана), 30% полевого шпата, 15% ферромарганца, 5% магнезита и 2% декстрина. Коэффициент массы покрытия 38 ... 42%. Коэффициент наплавки от 9,5 до 10,5 г/А-и. Покрытие МР-3 состоит из рутила (50%), мрамора или мела (18%), ферромарганца (15,5%), каолина (5%), оксицеллюлозы (1,5%) и талька (10%). Коэффициент массы покрытия составляет 38 ... 42%, а коэффициент наплавки - в пределах 8,5 ... 9 г/А-ч. Рутиловые покрытия обозначаются буквой Р. Органическое покрытие, содержащее главным образом органические компоненты в качестве газообразующих и связующих веществ. В состав покрытия в качестве раскислителей введены ферромарганец, ферросилиций. К этой группе относятся покрытия ОМА-2, ЦЦ-1, ВСП ВНИИСТ и др. Покрытие ОМА-2 состоит из титанового концентрата (36,5%), марганцевой руды (3,5%), калиевой селитры (2%), ферромарганца (6%), ферросилиция (5%) и муки (47%). Коэффициент массы покрытия от 9 до 10%, а коэффициент наплавки составляет 9,5 г/А-ч. Покрытие ЦЦ-1 содержит 25% рутила, 20% ферромарганца, 45% целлюлозы и 10% талька. Коэффициент массы покрытия составляет 12 ... 15%. Коэффициент наплавки достигает 10 г/А-ч. Обозначается этот вид покрытия буквой Ц. Основное покрытие, составленное на основе плавикового шпата (CaFg) и мрамора (карбонат кальция СаС03). Отсутствие в составе этого покрытия окислов железа и марганца позволяет широко легировать наплавляемый металл. При сварке можно получить металл шва заранее заданного химического состава с хорошими механическими свойствами. В качестве раскислителей покрытие содержит ферротитан, ферромарганец и ферросилиций. В эту группу входят покрытия типа УОНИ-13 (УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УОНИ-13/65 и др.), содержащие мрамор (51 ... 54%), плавиковый шпат (15 ... 18%), кварцевый песок (8 ... 9%), ферромарганец (2... 7%), ферросилиций (3 ... 10%), ферротитан (9 ... 16%) и ферромолибден (до 5%). Коэффициент массы покрытия составляет 33 ... 38%, а коэффициент наплавки достигает 9 г/А-ч. Эти покрытия обозначаются буквой Б. Условное обозначение электродов по ГОСТ 9466-75 должно включать марку и тип электрода, диаметр стержня, группу по качеству номер ГОСТа. Например, «Электроды УОНИ-13/45-3,0-2 ГОСТ 9466-75». В промышленности и строительстве получили широкое применение следующие марки электродов. Электрод ОММ-5 относится к электродам типа Э42; применяется для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистой стали на переменном и постоянном токе. Коэффициент наплавки составляет 7 ... 8 г/А-ч. Сварка производится при любом пространственном положении шва. Электрод ЦМ-7 относится также к электродам типа Э42 и применяется для сварки ответственных швов конструкций из низкоуглеродистой стали во всех пространственных положениях (при потолочных швах качество сварки снижается). Коэффициент наплавки равен И г/А-ч. Электрод отличается высокой производительностью, так как допускает применение больших плотностей тока. Электрод ЦМ-7с отличается от электрода ЦМ-7 большей толщиной покрытия и предназначен для скоростной сварки швов в нижнем положении. Электроды УОНИ-13 дают высокое качество металла шва и применяются для сварки ответственных швов из конструкционных сталей. Они выпускаются нескольких марок: УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УОНИ-13/65 и УОНИ-11/85. Цифры после черты означают получаемый предел прочности металла шва в кгс/мм2. Сварку можно производить при любом положении шва, но только на постоянном токе и обратной полярности. Эти электроды применяют в заводских и монтажных условиях. Коэффициент наплавки электрода УОНИ-13/45 равен 9,8 г/А-ч, а у электродов остальных марок - 8 г/А-ч. Электрод СМ-11 (тип Э42А) получил большое распространение в строительстве и монтаже сварных конструкций. Стержень изготовляют из сварочной проволоки марки Св-08А. Наплавленный металл имеет высокие механические свойства. Коэффициент наплавки достигает 10 г/А-ч. Важным положительным качеством Электрода СМ-11 является устойчивость сварки в условиях монтажа, когда необходимо поддерживать постоянство длины сварочной дуги. Таким же качеством обладают электроды марки МР-3, имеющие коэффициент наплавки 9 г/А-ч. Они предназначены для сварки постоянным и переменным током. Для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых сталей переменным или постоянным током во всех пространственных положениях хорошие результаты дают электроды типа Э42 марки АНО-5, имеющие коэффициент наплавки 11 г/А-ч, и марки АНО-б с коэффициентом наплавки 8,5 г/А-ч. Для сварки деталей из низкоуглеродистой стали, работающих при динамических нагрузках, применяют электроды марки АНО-3 и АНО-4 (тип Э46) с коэффициентом наплавки 8 г/А-ч. Электроды марки АНО характеризуются устойчивым горением дуги, незначительным разбрызгиванием металла, стойкостью против образования кристаллизационных трещин и легкостью отделения шлаковой корки. Особо следует отметить их низкую токсичность. Для сварки тонколистовой стали толщиной 0,8 ... 2,5 мм применяют электроды ОМА-2 (тип Э42). Стержень изготовляют из сварочной проволоки Св-08 диаметром до 3 мм. При больших диаметрах возрастают потери на угар и разбрызгивание металла.


 

Электрод для дуговой сварки представляет собой металлический стержень, на поверхность которого нанесено специальное покрытие. Состав металла стержня и электродного покрытия влияет на состав и свойства сварного шва и на горение дуги. Общие требования к электродам: обеспечение устойчивого горения дуги; хорошее формирование шва; получение металла определенных свойств и химического состава, свободного от дефектов; спокойное и равномерное плавление электродного стержня и покрытия в процессе сварки; минимальные потери электродного металла от угара и разбрызгивания; высокая производительность сварки; легкая отделимость шлаковой корки с поверхности шва; достаточная прочность покрытия, сохранение заданных свойств электродов в течение требуемого промежутка времени; минимальная токсичность. Для удовлетворения этих требований в покрытие электродов вводят следующие вещества. Шлакообразующие - основная часть покрытий. Они образуют шлак на поверхности ванны и защищают капли электродного металла и сварочную ванну от непосредственного контакта с атмосферой. Газообразующие - органические вещества, разлагающиеся при нагревании с образованием газов, которые оттесняют воздух от дугового промежутка. Раскисляющие - ферросплавы, сплавы железа с активным металлом. Например, ферромарганец реагирует с растворенным в ванне кислородом, а также с кислородом оксидов и восстанавливает чистое железо, при этом марганец окисляется и уходит в шлак. Легирующие - хотя легирование через покрытие менее эффективно, чем через проволоку. Чаще легирование ведут за счет ферросплавов, вводимых с целью раскисления металла шва. Стабилизирующие - соединения элементов с низким потенциалом ионизации, облегчающие горение дуги и ее повторное зажигание на переменном токе (при переходе тока через ноль). Кроме того, в покрытие вводят пластификаторы и связующие, придающие покрытию прочность и хорошее сцепление со стержнем. Все металлургические процессы при ручной дуговой сварке происходят в электродной капле и сварочной ванне. Капля электродного металла разогрета до большей температуры, чем сварочная ванна, и имеет удельную площадь гораздо большую, поэтому химические реакции в ней идут более интенсивно. Основная проблема, затрудняющая получение прочного и плотного шва, попадание в металл шва атмосферных газов. Главные среди них кислород, водород, азот. Молекулы или ионы этих газов, попадая на поверхность жидкого металла, прилепляются к ней (адсорбируют), а затем растворяются в металле. Причем чем больше температура жидкого металла, тем больше газа в нем может раствориться. Выделение азота и водорода в сварочной ванне является основной причиной образования пор. Чтобы не допустить газы в металл шва, необходимо предотвратить их контакт с жидким металлом. Шлакообразующие вещества в составе покрытия, расплавляясь, образуют плотный защитный слой вокруг сварочной ванны и капли электродного металла, однако при горении дуги шлак может оттесняться с некоторых мест капли и ванны (причем наиболее разогретых), поэтому необходимо не допускать атмосферные газы в дуговой промежуток. Это возможно при использовании газообразующих веществ в составе покрытия электрода. Вещества типа мрамора или известняка, разлагаясь в дуге, выделяют большое количество окиси или закиси углерода, которые оттесняют воздух от дуги и защищают жидкий металл. Диссоциация соединений углерода и кислорода приводит к насыщению плазмы дуги кислородом. Чтобы избежать растворения кислорода в жидком металле, в состав покрытия вводят ферромарганец или ферросилиций. Марганец и кремний более активны по отношению к кислороду, чем железо, поэтому они, окисляясь, предохраняют от окисления жидкий металл сварочной ванны и капли электродного металла. Таким образом, при сварке покрытыми электродами реализуются три способа защиты жидкого металла от атмосферных газов: слоем шлака, газом от легко испаряющихся веществ покрытия, металлургическими (химическими) реакциями раскисления. Борьба с водородом этими методами также ведется, однако количество водорода в атмосфере очень мало и главным источником водорода в шве является влага на поверхности свариваемых деталей и в составе покрытия электрода. Более эффективными против водорода оказываются обезвоживание поверхности детали ацетоном (спиртом) и прокаливание электродов перед сваркой. В соответствии с ГОСТ 9466-75 электроды по назначению под разделяются на классы, обозначаемые буквами: У - для сварки углеродистых, JI - легированных конструкционных, Т - легированных теплоустойчивых, В - высоколегированных сталей с особыми свойствами, К - для наплавки поверхностных слоев с различными свойствами. Для первых двух классов электродов требуются лишь гарантированные механические свойства наплавленного металла. Для остальных классов - как механические свойства, так и химический состав наплавленного металла. ГОСТ 9466-75 задает типы электродов, на пример, Э46 - электрод для сварки углеродистых сталей с пределом прочности на разрыв не менее 46 кг/мм2; Э-09Х2М1 - электрод для сварки теплоустойчивых сталей, который обеспечивает содержание в металле шва не менее 2 % хрома и 1 % молибдена. Каждый тип электродов может иметь множество конкретных марок электродов. Марка электрода, например УОНИ 13/55, ОЗС-18, НЖТ-БМ, АПН-2, - это специфическое название, данное ему разработчиком, предприятием-производителем, держателем патента. Каждая упаковка электродов маркируется условным обозначением электродов, содержащим достаточную информацию о них (рис. 67): 1 - тип электрода; 2 - марка разработчика; 3 - диаметр электродного стержня; 4 класс электродов по назначению; 5 - толщина покрытия (М - малая толщина, С - средняя, Д - толстое покрытие, Г - особо толстое); 6 группа точности изготовления электродов; 7 - механические свойства наплавленного металла; 8 - обозначение вида покрытия элект родов (А - кислое, Б - основное, Ц - целлюлозное, Р - рутиловое, П другие виды покрытий); 9 — допустимые пространственные положе ния сварки (7 - для всех положений, 2 - то же, кроме вертикального сверху вниз, 3 - для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх, 4 - для нижнего и нижнего "в лодочку"); 10 - род применяемого тока, полярность постоянного тока - обратная, 1 - любая, 2 - прямая полярность); 11 и 12 ГОСТы на электроды. Исторически первыми появились электроды с кислым покрытием на основе окислов железа и марганца и основным покрытием, содержащим мрамор и плавиковый шпат. Кислое покрытие используют для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей, когда не требуется высокое качество соединений. Основное покрытие обеспечивает более качественные соединения, его применяют при сварке легированных и высоколегированных сталей. Его шлак легкоплавок, даже при многопроходной сварке удается избежать шлаковых включений в швах. Однако основное покрытие более чувствительно к влаге. Кроме того, оно токсично, так как входящий в его состав плавиковый шпат, разлагаясь при сварке, образует летучие соединения фтора. Более универсальны, дешевы и менее опасны рутиловые покрытия, основа которых - рутиловый концентрат, содержащий до 92 % Ti02. Они образуют на шве тонкий, быстротвердеющий шлак, что позволяет вести сварку в любом пространственном положении. Целлюлозные покрытия содержат до 50 % органических газообразующих веществ (пищевая мука, целлюлоза и др.), дающих при сварке большое количество газов, содержащих СО и Н2. Чтобы не насыщать сварочную ванну водородом и избежать пор, в покрытие вводят окись титана или марганца, а также плавиковый шпат, ферросилиций. Много газообразующих веществ в составе покрытия, обильная, вследствие этого, газовая защита позволяют уменьшить толщину покрытия и делают эти электроды удобными для сварки в вертикальном и потолочном положениях.

 


 

К сварочным материалам при дуговой сварке в защитных газах относятся защитные газы, электродные и присадочные материалы. Аргон (Аг) - это инертный негорючий и невзрывоопасный газ без цвета и запаха. При нормальных условиях (20 °С и 101,3 кПа) он имеет плотность 1,66 кг/м3. Выпускают аргон по ГОСТ 10157-79 трех сортов (в зависимости от содержания примесей): высшего, с содержанием не

менее 99,99 %; первого, с содержанием 99,38 %, и второго, с содержанием 99,95 % аргона. Аргон высшего сорта рекомендуется для сварки активных металлов (титан, цирконий, ниобий) и их сплавов, первого сорта - для сварки сплавов на основе алюминия и магния, второго сорта - для сварки коррозионно-стойких, углеродистых и легированных сталей. Газообразный аргон транспортируется и хранится в стальных баллонах под давлением 15 МПа.

Гелий (Не) - инертный газ без цвета и запаха, невзрывоопасный. Выпускается по ТУ 51-689-75 двух видов: высокой чистоты, содержащий не менее 99,985 % гелия, и технический, содержащий не менее 99,8 % гелия. Транспортируется и хранится гелий в газообразном виде

так же, как и аргон. Гелий в 10 раз легче аргона, что приводит к его повышенному расходу в сравнении с аргоном, а стоимость его в несколько раз выше стоимости аргона. Чаще всего гелий используют для образования газовых смесей.

Углекислый газ, или диоксид углерода (СО2), в нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с едва ощутимым запахом, плотностью 1,839 кг/м3. Газ не ядовит, но поскольку он тяжелее воздуха, его накопление в зоне сварки может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья. Поэтому рабочие места сварщиков должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией.

Углекислый газ получают из отходящих газов при производстве аммиака, спиртов, переработки нефти, а также путем специального сжигания топлива. При повышении давления углекислый газ переходит в жидкое (углекислота) состояние. При испарении 1 кг жидкого диоксида углерода образуется 509 л углекислого газа.

Выпускают углекислый газ по ГОСТ 8050-76 в зависимости от области применения, а также по физико-химическим показателям трех марок: сварочный, с содержанием не менее 99,5 %; пищевой, с содержанием не менее 98,8 %; технический, с содержанием не менее 98,5 % СО2. Хранят и транспортируют его в виде жидкости в стальных баллонах под давлением 5 МПа. В стандартный баллон емкостью 40 л заливают 25 л жидкого диоксида углерода, при испарении которого образуется 12 600 л углекислого газа.

Кислород (О2) - это бесцветный газ без запаха и вкуса, поддерживающий горение. При дуговой сварке технический кислород используют при составлении защитных газовых смесей (Аг +02; С02 + 02 и др.). Смесь Аг + (1...5 %) 02 повышает устойчивость горения дуги и улучшает качество формирования сварного шва. Такие смеси рекомендуется применять при сварке плавящимся электродом легированных сталей, когда требуется струйный перенос электродного металла. При сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей плавящимся электродом применяют смесь С02 +20 % 02 , обеспечивающую глубокое проплавление и хорошее формирование шва, минимальное разбрызгивание, высокую плотность металла шва.

Водород (Н2) - это горючий газ, не имеющий цвета, запаха и вкуса. Смеси его с кислородом и воздухом взрывоопасны, поэтому при использовании водорода необходимо соблюдать особую осторожность, тщательно проверять на плотность все соединения газового тракта; помещения, в которых производится сварка, должны хорошо проветриваться. В зависимости от способа получения водород выпускают по ГОСТ 3022-80 трех марок: А, Б и В, с содержанием водорода от 95 до 99,99 %. Хранят и транспортируют водород в стальных баллонах под давлением 15 МПа. Применяют водород для составления плазмообразующих смесей при плазменной сварке и резке.

Азот (N2) - это бесцветный газ без запаха плотностью 1,25 кг/м3. Выпускают азот по ГОСТ 9293-74 газообразным и жидким; хранят и транспортируют в стальных баллонах под давлением 15 МПа. По физико-химическим показателям газообразный азот разделяют на четыре сорта: высший, с содержанием не менее 99,994 %; первый, с содержанием не менее 99,6 %; второй, с содержанием не менее 99 %, и третий, с содержанием не менее 97 %. В среде азота можно сваривать медь, к которой он химически нейтрален, но чаще азот используют при составлении защитных газовых смесей. Так, при сварке меди применяют смесь Аг + (10...30) % N2. В ней же сваривают аустенитные коррозионно-стойкие стали некоторых марок. Добавка N2 способствует повышению проплавляющей способности дуги.

Вольфрамовые электроды диаметром 0,2... 12 мм изготавливают из прутков чистого вольфрама - это электроды марки ЭВЧ. Чтобы повысить устойчивость дуги, уменьшить оплавление торца электрода и попадание вольфрамовых включений в шов, в вольфрам добавляют в виде окислов активирующие элементы с малой работой выхода электронов: лантан, иттрий или торий. Электроды из лантанированного вольфрама обозначают ЭВЛ-10, из иттрированного ЭВИ-30, из торированного - ЭВТ-15. Цифры в обозначении марки электрода указывают на количество активирующей присадки в десятых долях процента. Наиболее стойки иттрированные электроды. Использование торированных электродов ограничено: торий радиоактивен и нужно соблюдать правила работы с радиоактивными веществами.

Угольные электроды применяют при сварке в среде С02 в виде стержней диаметром 5...25 мм в соответствие с ГОСТ 10720-75.

В качестве плавящегося электрода и присадочного материала при сварке сталей используют холоднотянутую стальную проволоку по ГОСТ 2246-70 так же, как и при газопламенной сварке (см. гл. 2). Например, проволоки Св 08ХНМ, Св 08ХН2М, Св 08ХМФА рекомендуются для сварки низколегированных высокопрочных сталей; проволоки, легированные кремнием и марганцем (Св 08ГС, Св 08Г2С), - для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа. В последнем случае марганец и кремний, входящие в состав проволоки, более активные по отношению к кислороду, чем железо, связывают кислород, образующийся при диссоциации С02 в зоне дуги, и предохраняют металл шва от окисления. Кроме проволок сплошного сечения применяют порошковую проволоку. Это непрерывный электрод диаметром от 1,2 до 3,6 мм, состоящий из металлической оболочки и порошкового наполнителя (сыпучих материалов, ферросплавов и металлических порошков)

Металлическая оболочка - лента из низкоуглеродистой стали марки 08КП холодного проката в состоянии "мягкая" или "особо мягкая". Изготавливают порошковую проволоку на специальных станках непрерывным сворачиванием ленты в трубку с одновременным заполнением трубки порошком. Бесшовную проволоку (рис. 86, а) изготавливают из трубки относительно небольшого диаметра, заполненной порошковой шихтой, методом волочения до требуемого диаметра. Конструкции отечественной промышленностью порошковой проволоки: выпускается проволока с пятью вида а, б, в простые трубчатые; рутило-целлюлозной, кар-г - с одним загибом оболочки; бонатно-флюоритной, флюоритной, д - с двумя загибами рутиловой, рутило-флюоритной. От-оболочки; е - двухслойная ношение массы сердечника (шихты) к массе проволоки называют коэффициентом заполнения К3, он определяется из выражения, где А/щ - масса шихты; Мп - масса проволоки; Моб - масса оболочки. Обычно К3 = 0,15...0,4.

Изготовление порошковой проволоки различных сложных сечений позволяет регулировать соотношение массы шихты и оболочки, но при этом трудно обеспечивать равномерность заполнения проволоки шихтой. Проволоку трубчатой конструкции изготавливать проще.

Порошковые проволоки в зависимости от вида шихты сердечника используются или с дополнительной защитой (обычно это углекислый газ), или без нее. Последние называют само защитными. При сварке само защитными проволоками защита расплавленного металла осуществляется за счет газо-и шлакообразующих элементов шихты сердечника. Как правило, без дополнительной защиты применяются рутил органические, карбонатно-флюоритные и флюоритные проволоки. Проволоки рутилового и рутил флюоритного типов используют для сварки в углекислом газе, эти проволоки называют еще газозащитными. Типы порошковых проволок можно выбирать в зависимости от положения свариваемых стыков деталей в пространстве и требований к сварному соединению. Применение порошковых проволок позволяет устранить повышенное разбрызгивание электродного металла - недостаток обычных стальных электродных проволок (например, Св 08Г2С) и исключить операцию устранения налипших металлических брызг с поверхности изделия. Но основное преимущество порошковых проволок - это заметное повышение производительности самого процесса сварки. Так, производительность полуавтоматической сварки порошковыми проволоками на 10...15 % выше, чем, например, проволокой Св 08Г2С в среде СО2.


 

Электроды в контактной сварке служат для замыкания вторичного контура через свариваемые детали. Кроме этого при шовной сварке электроды-ролики перемещают свариваемые детали и удерживают их в процессе нагрева и осадки.

Важнейшая характеристика электродов - стойкость, способность сохранять исходную форму, размеры и свойства при нагреве рабочей поверхности до температуры 600 °С и ударных усилиях сжатия до 5 кг/мм2. Электроды для точечной сварки - это быстроизнашивающийся сменный инструмент сварочной машины. Для изготовления электродов используют медь и жаропрочные медные сплавы - бронзы. Это может быть хромоциркониевая бронза БрХЦрА; кадмиевая БрКд1; хромистая БрХ; бронза, легированная никелем, титаном и бериллием БрНТБ или кремний-никелевая бронза БрКН-1-4. Последние две бронзы обладают повышенной износостойкостью, из них можно изготавливать электроды-губки стыковых машин. Материалы для электродов должны обладать также высокой электро-и теплопроводностью, чтобы их нагрев в процессе сварки был меньше. Температура разупрочнения бронз не превышает 0,5 их температуры плавления, а рабочая поверхность электрода нагревается до 0,6 Тт. При таких условиях электродные бронзы относительно быстро разупрочняются. Повысить износостойкость электродов можно, используя технологические факторы. Сварку алюминиевых и магниевых сплавов лучше производить на конденсаторных машинах, а не на машинах переменного тока. Вместо механической зачистки нужна химическая очистка поверхности, травление и пассивация. Расстояние / от рабочей поверхности до дна охлаждающего канала (рис. 146) не должно превышать 10... 12 мм, увеличение его до 15 мм повышает износ электрода в 2 раза. При сварке черных металлов стойкость электродов можно повысить в 3...4 раза только за счет сферической заточки электрода и снижения темпа сварки до 40...60 точек в минуту. Форма и размеры электродов для точечной сварки регламентируются ГОСТ 14111-69. Электрод должен иметь минимальную массу, удобно и надежно устанавливаться на сварочной машине. Диаметр D должен обеспечивать устойчивость электрода против изгиба при сжатии его усилием сварки, а также возможность захвата инструментом для снятия. Внутренний диаметр должен обеспечивать ввод трубки с охлаждающей водой и выход воды, обычно d0 = 8 мм. Длина конусной части для крепления электрода в свече машины I{< 1,2 D. Угол конусности 1:1 0 при D < 25 мм и 1 : 5 при D > 32 мм. Диаметр рабочей части электрода выбирают в зависимости от толщины кромок свариваемых деталей d^ = 3S. Стойкость электродов с наружным посадочным конусом (рис. 146, а) обычно не превышает 20 000 сварок. Стойкость колпачковых электродов (рис. 146, б) с внутренним посадочным конусом достигает 100000 сварок вследствие лучших условий охлаждения. Для сварки деталей сложной конфигурации в труднодоступных местах применяют фигурные электроды.

Электроды для рельефной сварки конструктивно приближаются к форме изделия. В простейшем случае это плиты с плоской рабочей поверхностью.

Электроды-ролики шовных машин имеют форму дисков. Ширина рабочей поверхности ролика В и его толщина Н зависят от толщины S свариваемой детали: B = 2S + 2 мм, Н - 2В. Диаметр верхнего ролика принимают 100...400 мм, нижнего -100...200 мм. Для сварки легких сплавов делают сферическую рабочую поверхность с радиусом 25... 100 мм.

Токоведущие губки стыковых машин по форме и размерам должны соответствовать поперечному сечению свариваемых деталей. Длину губок выбирают такой, чтобы обеспечить соосность деталей и предотвратить их проскальзывание при осадке. При сварке стержней она составляет 3...4 их диаметра, а при сварке полос - не менее 10 толщин полосы.

Сварочные машины и приспособления

Подробности

СВАРОЧНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

 

Однопостовым сварочным генератором называется генератор постоянного тока с падающими или крутопадающими внешними характеристиками, предназначенный для питания одной сварочной дуги. У такого генератора напряжение на зажимах всегда равно напряжению на дуге. Одновременное питание двух сварочных трансформаторов от такого генератора невозможно, так как в момент замыкания электрода на деталь при зажигании второй дуги напряжение на зажимах генератора упадет до нуля, и первая дуга погаснет. Многопостовым сварочным генератором называется генератор постоянного тока и постоянного напряжения, предназначенный для одновременного питания нескольких сварочных дуг, цепи которых подключаются к генератору через регулируемые балластные реостаты. У такого генератора напряжение на зажимах почти не изменяется с изменением силы сварочного тока. Падающие внешние характеристики получаются путем введения в сварочную цепь балластного реостата. В данном случае источником питания каждой сварочной дуги является генератор совместно с балластным реостатом. Сварочные однопостовые и многопостовые генераторы изготовляются.

По форме выполнения: а) для соединения с электродвигателем посредством жесткой или эластичной муфты и расположения на общей фундаментной плите; б) для агрегата, состоящего из генератора и электродвигателя, имеющих общий вал и корпус; в) для соединения с двигателем внутреннего сгорания посредством муфты расположения с ним на общей раме; г) для ременного привода. По роду установки: а) для стационарных установок; б) для передвижных и переносных установок. По электрическим схемам сварочные генераторы делятся на генераторы с независимым возбуждением и самовозбуждением. В свою очередь обе группы делятся на ряд подгрупп, Обычно сварочный генератор вместе с его приводом называют сварочным преобразователем, когда в качестве привода используется электродвигатель, или сварочным агрегатом, когда в качестве привода используется двигатель внутреннего сгорания. Ниже приводятся сведения об электрических схемах, принципах работы, эксплуатационных характеристиках сварочных генераторов, преобразователей и агрегатов отечественного производства. При этом более полные сведения приводятся по тем машинам, которые выпускаются в настоящее время или которые выпущены ранее в значительном количестве.

ОДНОПОСТОВЫЕ СВАРОЧНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И АГРЕГАТЫ

Нашими заводами построены однопостовые преобразователи и агрегаты с применением генераторов, имеющих различные принципиально отличающиеся магнитоэлектрические схемы. Принцип работы генераторов с расщепленными полюсами. Направление потоков полюсов в генераторах реакции якоря, с расщепленными полюсами, южные полюсы не чередуются, как у обычных генераторов, а расположены попарно рядом (фиг. 5). Это позволяет каждую пару полюсов рассматривать как один полюс, расщепленный на два, систему магнитных потоков четырех полюсов (на фиг. 5 обозначена пунктирными линиями) замен одним результирующим магнитным потоком (обозначен штрихпунктирными линиями). Горизонтально расположенные полюсы, называющиеся главными, имеют меньшее сечение, ем вертикальные, называющиеся поперечными. Поэтому главные полюсы работают при магнитном насыщении. Электрический ток в якоре генератора индуктируется в  сварочные преобразователи и агрегаты в результате действия не только осмотренной системы магнитных потоков полюсов, но также в результате действия магнитного потока реакции якоря, который образуется при наличии в якоре электрического тока. Поток реакции якоря совпадает по направлению с потоком главных полюсов и направлен навстречу потоку поперечных полюсов. Таким образом, в направлении главных полюсов действует сумма двух потоков (поток главных полюсов и поток реакции якоря). Однако поток реакции якоря совершенно незначительно увеличивает суммарный поток в направлении главных полюсов вследствие того, что главные полюсы находятся при магнитном насыщении. По тому суммарный поток можно считать постоянным по величине и равным магнитному потоку главных полюсов. В направлении поперечных полюсов действует разность двух потоков (поток поперечных полюсов и поток реакции якоря). При этом поте поперечных полюсов имеет постоянную величину, а поток реакции якоря увеличивается от нуля при холостом ходе, когда в якоре нет электрического тока, до величины, в два раза большей потока поперечных полюсов при коротком замыкании, штрихпунктирными екает наибольший электрический ток. Следовательно, результирующий магнитный поток в направлении поперечных полюсов будет при холостом ходе равен потоку поперечных полюсов, затем с ростом сварочного тока (тока в якоре) будет уменьшаться до нуля и при дальнейшем росте силы сварочного тока будет увеличиваться в обратном направлении до величины, примерно равной потоку поперечных полюсов. На коллекторе якоря установлено три щетки: а и с - главные, к которым подключаются провода от сварочного поста, вспомогательная. Напряжение на щетках ас равно сумме напряжений на щетках и на щетках. Напряжение на щетках индуктируется суммарным потоком, действующим в направлении главных полюсов. Поскольку этот поток постоянен по величине (не зависит от силы сварочного тока-тока в якоре), постольку и напряжение также постоянно. Напряжение на щетках индуктируется переменным по величине результирующим потоком, действующим в направлении поперечных полюсов, вследствие чего напряжение на щетках изменяется от величины, равной Uae (при холостом ходе), до величины, равной минус (при коротком замыкании).Источники питания сварочной дуги. Учитывая, что напряжение при холостом ходе примерно равно напряжению UGC, можно написать для холостого хода: для короткого замыкания.

Схема соединений генератора СГ-300М. т.е. Как видно из изложенного выше, у генератора с расщепленными токами напряжение на главных щетках (на зажимах) уменьшается с ростом силы сварочного тока, т.е. внешняя характеристика этого генератора падающая. Падающая характеристика обеспечивается за счет размагничивающего действия потока реакции якоря. Обмотки полюсов подключаются. Принципиальная электрическая схема генератора СГ-300М.

Напряжение между которыми постоянное. Конструктивное выполнение различных моделей генераторов с расщепленными полюсами несколько различно. На фиг. 7 приведена принципиальная электрическая схема, а  схема соединений генератора СГ-300М, относящегося к рассматриваемой группе генераторов. Эти схемы предусматривают регулирование силы тока с помощью реостата, включенного в цепь.Однопостовые сварочные преобразователи и агрегаты поперечных полюсов. Некоторые модели генераторов имеют двойное регулирование тока: грубое — посредством смещения щеток на коллекторе (по направлению вращения якоря — уменьшение тока, против вращения ¦- увеличение тока) и тонкое — с помощью реостата в цепи возбуждения поперечных полюсов. Преобразователи и агрегаты, укомплектованные генераторам с расщепленными полюсами. Технические данные сварочных преобразователей и агрегатов, укомплектованных генераторами с расщепленными полюсами, приведены в табл. 4. Значительная часть их уже снята с производства, но они еще широко применяются на предприятиях. Широкое применение, в частности, а — генераторы с независимым возбуждением; 6 — генераторы с самовозбуждением имеет преобразователь ПС-ЗООМ. Преобразователь предназначен в основном для ручной сварки, но может применяться также при полуавтоматической и автоматической подключающей щетке. По назначению и устройству преобразователь аналогичен преобразователю ПС-ЗООМ. Для сварки в условиях влажного тропического климата выпускается преобразователь ПС-ЗООТ, при изготовлении которого применяются специальные влагостойкие изоляционные материалы, лаки и краски. 23 Преобразователь САМ-250 предназначен для ручной сварки, резки и наплавки металлическим электродом. Конструкция преобразователя приспособлена для работы на открытом воздухе, в условиях повыше ной влажности. Это делает его удобным для применения на судах морского и речного флота. Сварочные агрегаты САК-2м-VI, САК-2г-Ш, СА1<-2г-1У используются в основном, как стационарные или передвижные установки для ручной дуговой сварки на открытом воздухе в по* левых или монтажных условиях. Каждый агрегат смонтирован на сварной раме и защищен железной кровлей. Принцип работы генераторов с размагничивающей последовательной обмоткой возбуждения. Генераторы с последовательной размагничивающей обмоткой возбуждения бывают двух типов. К первому типу относятся генераторы с независимым возбуждением, у которых намагничивающая обмотка возбуждения имеет независимое питание. Принципиальная электрическая схема таких генераторов приведена. По такой схеме построены генераторы СГ-1000-1, которыми укомплектованы агрегаты ПАС-1000. Эти агрегаты предназначены для автоматической сварки в полевых условиях и снабжены двигателями внутреннего сгорания 1ДВ-150. К генераторам с независимым возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой относится также генератор ГСО-120 (преобразователь ПСО-12С). Генератор имеет четыре главных и четыре дополнительных полюса. На двух главных полюсах расположена намагничивающая обмотка возбуждения, включенная последовательно с цепью якоря. Размагничивающая обмотка создает необходимую для процесса сварки падающую внешнюю характеристику. Намагничивающая обмотка подключена к части витков фазы синхронного двигателя через селеновый выпрямитель и реостат. Аналогичную схему имеет генератор ГСО-800. Для устранения влияния колебаний напряжения сети на режим автоматической сварки намагничивающая обмотка генератора питается через стабилизатор напряжения. Ко второму типу относятся генераторы с самовозбуждением. Их основное отличие состоит в том, что питание намагничивающей обмотки осуществляется не от постороннего источника постоянного тока, а от половины обмотки якоря самого сварочно-Выпрямительные сварочные установки преобразователями и агрегатами постоянного тока. Они дешевле, проще в эксплуатации, легче. Коэффициент полезного действия выпрямительных установок несколько выше, чем преобразователей. Отечественной промышленностью выпускается три типа выпрямительных сварочных установок: установки ВСС-120-3 и ВСС-300-2, предназначенные для ручной дуговой сварки постоянным током, и установка ВС-200 для сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа. Выпрямитель сварочный селеновый БСС-120-3 состоит из понижающего трехфазного трансформатора с подвижными катушками, селенового выпрямительного блока, вентилятора и пускорегулирующей аппаратуры. Величина сварочного тока регулируется путем изменения включения первичной и вторичной обмоток трансформатора («звездой» или «треугольником») и путем перемещения первичной обмотки вдоль сердечников трансформатора посредством двух ходовых винтов. Выпрямительный блок собран по трехфазной мостовой схеме из селенов шайб типа ABC размером 100X140 мм. Пускорегулирующая аппаратура обеспечивает включение и выключение сварочного выпрямителя, и защиту трансформатора и выпрямительного блока от недопустимого перегрева. Конструкция сварочного выпрямителя ВСС-300-2 аналогична конструкции выпрямителя ВСС-120-3. Выпрямитель ВС-200 состоит из трехфазного трансформатора, выпрямительного блока и индуктивной катушки, смонтированных в одном корпусе. Выпрямительный блок собран из селеновых шайб диаметром 100 мм по трехфазной мостовой схеме. Напряжение холостого хода выпрямителя регулируется ступенчато, путем изменения числа витков первичной обмотки. Индуктивная к тушка включена в цепь выпрямительного сварочного тока и обеспечивает соответствующие процессу сварки в углекислом газе динамические свойства источника питания. Выпрямитель имеет полого-падающую внешнюю характеристику. Таблица 6 31 Технические данные сварочных выпрямителей приведены технические данные сварочных выпрямителей.

МНОГОПОСТОВЫЕ СВАРОЧНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Сварочные генераторы многопостовых преобразователей являются компаундными генераторами, имеющими шпунтовую и сервисную обмотки, с жесткими внешними характеристиками. Падающая характеристика достигается посредством включения в сварочную цепь последовательно дуге балластного реостата. На фиг. 16 представлена схема многопостового преобразователя. Отечественной промышленностью выпускалось несколько типов Пускорегулирующих преобразователей: СМГ-3, СМГ-ЗГ-Н, СМГ-46-IV, СМГ 4M-IV, СМГ-5-1, СМГ-5м-1 и др. Все они сняты с производства, но еще встречаются на некоторых предприятиях. В настоящее время наиболее распространены многопостовые преобразователи, укомплектованные сварочными генераторами СГ-1000. Генератор СГ-1000 — шести полюсной компаундный с самовозбуждением. На полюсах генератора имеются шунтован и последовательная намагничивающая обмотки, которые обеспечивают неизменное напряжение на зажимах генератора. Для изменения напряжения холостого хода в цепь шунтовой обмоткивключен реостат Р-30-6. Преобразователь ПСМ-1000 состоит из генератора СГ-1000 и асинхронного трехфазного электродвигателя типа ВДЭ-75-4. Преобразователь рассчитан на питание девяти постов ручной сварки. Соответственно этому он поставлялся комплектно, с девятью балластными реостатами РБ 200, рассчитанными каждый на ток от 10 до 200 а. Для получения большего сварочного тока соединяют два ли три балластных реостата параллельно. В настоящее время вместо преобразователя ПСМ-1000 выпускается преобразователь ПСМ-1000-1 (фиг. 17). Преобразователь ПСМ-1000-1 рассчитан на питание шести постов и поставляется комплектно с шестью балластными реостатами РБ-300, рассчитанными каждый на ток от 15 до 300 Преобразователи ПСМ-1000 и ПСМ-1000-1 изготовляются однокорпусными, рассчитанными для крепления к фундаменту. Ниже приводятся технические данные преобразователей.Однопостовые сварочные трансформаторы и регулирование тока осуществляется изменением индуктивного сопротивления обмоток трансформатора. В зависимости от конструктивных особенностей и способа регулирования тока трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием делятся на  с подвижным магнитным шунтом и трансформаторы с подвижными обмотками. Представлена принципиальная схема трансформатора с подвижным магнитным шунтом.

Обмотки размещаются на одном или на двух разных стержнях магнитопровода на расстоянии друг от друга, обеспечивающем требуемое магнитное рассеяние. В результате изменения рассеяния путем введения в пространство между стержнями магнитного шунта или выведения его. У трансформаторов с подвижными обмотками величина рассеяния и, следовательно, сварочный ток изменяются путем перемещения одной обмотки относительно другой. Все трансформаторы выпускаются на одно сетевое напряжение: 220 или 380 в. По требованию заказчика трансформаторы могут изготовляться на 500 в. Выпускаемые в настоящее время однокорпусными, снабжаются фильтрами для подавления радиопомех. Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием. Все трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием являются однофазными понижающими. Их технические данные приведены в табл. 7 Трансформаторы СТЭ-24-У и СТЭ-34-У (фиг. 21) предназначены для ручной дуговой сварки; они изготовляются двухкорпусными. Подвижная часть магнитопровода при регулировании тока перемещается вручную с помощью винтового устройства под однополюсныесварочные трансформаторы прижимается к неподвижной части (для уменьшения вибрации) с помощью приставки . До выпуска трансформаторов СТЭ-24-У и СТЭ-34-У долгое время выпускались однозначные им по мощности, схеме и конструкции трансформаторы СТЭ-24 и СТЭ-34, а е ранее трансформаторы СТЭ-23 и СТЭ-32. Трансформаторы типа СТН также предназначены для ручного дугового магнитопровода имеющего однокорпусное исполнение, соответствующее схеме. Подвижная часть магнитопровода. Внешний вид трансформатора СТЭ-24 и регулятора РСТЭ-24. При регулировании тока перемещается так же, как у трансформ торов типа СТЭ. На фиг, 22 приведен внешний вид трансформатора СТН-500. Трансформаторы типа ТСД и СТ предназначены для автоматической дуговой сварки. Они, как и трансформаторы СТН, так же имеют однокорпусное исполнение. Однако у трансформаторов ТСД и СТ подвижная часть магнитопровода перемещается не вручную, а с помощью специального винтового механизма с приводом от трехфазного электродвигателя. Управление механизмом при регулировании тока — дистанционное, с помощью кнопок, смонтированных на трансформаторе и на пульте управления автомата. Все рассматриваемые здесь трансформаторы и регуляторы снабжены колесами для удобства их перемещения. Трансформаторы с двухкорпусным рассеянием. Технические данные трансформаторов этой группы приведены в табл. 8. 37 Трансформаторы СТАН-0 и СТАН-1 (фиг. 24) предназначены для ручной дуговой сварки. Они имеют подвижной магнитные источники питания сварочной дуги Трансформаторы СТР-1000 и СТРП-1000 выпущены небольшими партиями для автоматической сварки. Это — однофазные трансформаторы с подвижными катушками. Принципиальной особенностью этих трансформаторов является то, что они позволяют автоматически поддерживать режим сварки при изменении напряжения питающей сети. Трансформаторы имеют принудительное воздушное охлажден.


 

В качестве многопостовых сварочных трансформаторов используют трехфазные трансформаторы с вторичным фазовым напряжением при соединении вторичной обмотки «звездой» 65- 70 е. Регулирование силы сварочного тока осуществляется регуляторами типа РСТЭ. Сварочными постами равномерно загружают три фазы трансформатора. Мост включают между одним из линейных проводов и нулевым проводом. При работе на небольших силах сварочного тока для питания двух-трех дуг могут быть использованы в качестве многопостовых трансформаторы СТЭ-32 и СТЭ-34. Регулирование силы сварочного тока в этих случаях может осуществляться любыми регуляторами т па РСТЭ, у которых пределы регулирования силы тока удовлетворяют режиму сварки. Трансформаторы со в троенными регуляторами могут быть использованы только как однопостовые.

 

ТРАНСФОРМАТОРЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ

Внешний вид трансформатора ТШС-1000-3. Электрошлаковая сварка производится на постоянном и значительно чаще на переменном токе. При сварке на постоянном токе используются преобразователи ПСМ-1000 или ПСМ-1000. При сварке на переменном токе используются мощные однофазные трансформаторы, предназначенные для автоматической. Трансформаторы для сварки трехфазной дугой угольником». Отпайка в первичной обмотке позволяет получать две величины вторичного напряжения 59 или 68 в. Трансформатор рассчитан на номинальный ток (при ПР-60%) 400 а и номинальную мощность 45 ква. Пределы регулирования тока короткого замыкания 144-695 а. 43 Регулятор имеет два однофазных разъемных магнитопровода, на одном из которых расположено две катушки, на другом одна. Две катушки, расположенные на общем магнитопроводе, подключаются каждая последовательно к электродам; третья катушка, расположенная на отдельном магнитопроводе.

Схемы включения однофазных трансформаторов для сварки трехфазной дугой: а по схеме «треугольника»; б по схеме «открытого треугольника» с двумя регуляторами. Присоединяется последовательно к детали. Изменяя посредством одной из двух рукояток регулятора зазор в магнитопроводе с двумя катушками, изменяют одновременно в одинаковой мере силу сварочного тока на обоих электродах. Изменяя зазор в магнитопроводе с одной катушкой, изменяют силу тока в проводе, подключенном к детали. На регуляторе смонтирован контактор, служащий для разрыва дуги между электродами при прекращении сварки. При отсутствии специальных трехфазных трансформаторов для сварки трехфазной дугой могут применять два или три обычных однофазных трансформатора, включенных в цепь по схеме «треугольника», «звезды» или «открытого треугольника». Регулирование тока может осуществляться тремя или двумя регуляторами. При применении двух регуляторов в фазе без регулятора получается повышенный ток. Для питания трехфазной дуги при автоматической сварке и наплавке завод «Электрик» разработал специальный трансформатор в котором много железного магнитопровода и обмотки. Регулятор позволяет грубое регулирование тока путем переключения двух катушек обмотки регулятора и тонкое — изменением воздушного зазора магнитопровода. Пределы регулирования тока 20-115 а. Преобразователь используется главным образом для сварки. Повышенная частота тока (490 пер/сек.) и высокое напряжение холостого хода обеспечивают устойчивое горение по и легкое ее возбуждение даже при малой силе тока. Двигатель преобразователя рассчитан на сетевое напряжение 220 или 380 в. Якорь делает 2900 об/мин. Пуск двигателя производится поворотом выключателя в положение «пуск», отмеченное на кожухе, при разомкнутой сварочной цепи.


 

Источник питания сварочной дуги должен, с одной стороны, обладать свойствами, обеспечивающими необходимые технологические требования, предъявляемые к конкретному сварочному процессу, а с другой стороны, как каждое электротехническое устройство, обеспечивать номинальные электрические параметры (ток, напряжение, мощность и т. д.) в заданных условиях эксплуатации (температура, влажность, давление и т.д.), а также отвечать современной эстетике.

Свойства источника питания определяются его внешними характеристиками: статической и динамической.

Статическая характеристика источника питания — это зависимость выходного напряжения (Дых от тока нагрузки при постоянном значении напряжения питающей сети в установившемся режиме, т.е.   (Ун) при I)пит = const. Статическая характеристика источника питания может быть трех видов: падающая, жесткая и возрастающая.

В установившемся (статическом) режиме устойчивость горения дуги определяется видом и соответствием статических характеристик источника питания и сварочной дуги. Статическая характеристика дуги (см. гл. 1, § 2) определяет свойства сварочной дуги.

При ручной дуговой сварке на токах 200—500 А статическая характеристика дуги жесткая. Для обеспечения высокого качества сварных изделий при этом способе сварки необходимо соблюдать следующие условия: изменения сварочного тока должны быть минимальными, напряжение холостого хода источника питания должно быть больше напряжения дуги, а сила тока короткого замыкания не должна превышать удвоенное значение сварочного тока. Этим условиям отвечает крутопадающая характеристика источника питания.

При автоматической сварке под флюсом статическая характеристика дуги также жесткая, но для обеспечения саморегулирования сварочного процесса статическая характеристика источника питания должна быть полого падающей или жесткой.

При сварке на постоянном токе в среде защитного газа на больших плотностях тока статическая характеристика дуги возрастающая. Для обеспечения саморегулирования сварочного процесса в данном случае необходимо, чтобы источник питания имел жесткую или возрастающую статическую характеристику.

Динамическая характеристика — это зависимость между мгновенными значениями выходного напряжения и тока нагрузки при постоянном в данный момент времени мгновенном значении напряжения питающей сети, т.е  при const. Динамическая характеристика показывает реакцию источника питания на характер и скорость протекания переходных процессов, возникающих в системе источник — дуга — ванна при действии внешних возмущений (изменение напряжения сети, напряжения дуги и сварочного тока, а также при переходе из одного установившегося режима в другой). Чем меньше время переходного процесса, тем лучше динамические свойства источника питания.

Источник питания, как каждая электротехническая установка, должен обеспечивать определенные выходные параметры при заданном режиме работы, не перегреваясь выше установленной температуры. Значение тока, напряжения и мощности, на которые рассчитан источник питания при работе в заданном режиме, называют номинальными и указывают в паспорте или записывают на щитке источника питания.

При работе источника питания происходит нагрев отдельных узлов его конструкции в результате прохождения тока по обмоткам трансформатора, а также вследствие гистерезиса и вихревых токов.

Температура перегрева источника питания — это разница между температурой источника питания и температурой окружающей среды

где Щ—температура перегрева источника питания; Т — температура источника питания в рассматриваемый период; то — температура окружающей среды.

После включения источника питания его температура повышается, вызывая нарастание температуры перегрева. При достижении температурой перегрева  своего установившегося значения для данного режима температура источника питания  не повышается, так как количество теплоты, выделяемой источником питания в единицу времени, равно количеству теплоты, отдаваемой в окружающую среду. При нарушении отвода выделяемой теплоты отдельными узлами источника питания температура перегрева становится выше установившегося значения, что приводит к нарушению работы и преждевременному выходу из строя источника питания.

Для источников питания сварочной дуги, как и любого электротехнического устройства, установлены три режима работы: продолжительный, перемежающийся и повторно-кратковременный.

В продолжительном режиме источник питания работает под нагрузкой длительное время при установившейся температуре. В этом режиме работают однопостовые и многопостовые источники питания для автоматической сварки. В данном режиме источник питания работает с постоянной выходной мощностью (рис. 9, а), а его температура (рис. 9,6) в первый момент времени возрастает до установившейся температуры по экспоненте

Источника питания в продолжительном ре- питания в перемежающемся режиме, где Гпу — установившаяся температура перегрева источника питания, °С; / — время режима работы; с; т — постоянная времени нагрева, с.

Постоянная времени нагрева характеризует скорость возрастания температуры источника питания и температуры перегрева и определяется точкой пересечения касательной, проведенной к экспоненте, с прямой Установившейся температуры источника питания. За время / = т температура перегрева составляет 63 % установившейся температуры перегрева Ту.

Перемежающийся режим отличается от продолжительного тем, что источник питания, постоянно включенный в сеть, периодически подключается к нагрузке, т. е. режим нагрузки в течение времени сменяется режимом холостого хода в течение времени. Этот режим характеризуется относительной продолжительностью нагрузки, где /н — время работы источника питания под нагрузкой, с; /х — время, в течение которого источник питания находится в режиме холостого хода, с; — время полного цикла работы источника питания, равное сумме.

При работе в перемежающемся режиме (рис. 10, а) выходная мощность источника питания имеет циклический характер, т. е. изменяется. При этом режиме температура (рис. 10,6) за время не успевает достигнуть установившейся температуры ^ источника питания, равной Гпу + Г0, а за время — снизиться до температуры окружающей среды Т0. По истечении времени работы источника питания его температура Т колеблется между некоторыми максимальным и минимальным Т\ значениями температур. Среднее значение этих температур соответствует значению выходной мощности, отдаваемой источником питания в нагрузку. Перемежающийся режим работы источников питания характерен для ручной и механизированной дуговой сварки. Повторно-кратковременный режим отличается от перемежающегося тем, что во время пауз в работе источник питания отключается от напряжения сети. Этот режим характеризуется относительной продолжительностью включения, где t„ — время паузы, в течение которой источник питания отключен от напряжения сети, с; /ц — время цикла работы источника питания, равное.

При повторно-кратковременном режиме выходная мощность источника питания (рис. II, а) изменяется циклически от нуля до P max, а изменение температуры источника питания (рис. 11,6) характеризуется экспонентой с более крутым нарастанием температуры при прохождении пускового тока во время подключения источника питания к напряжению сети и к нагрузке.

Длительность цикла работы источников питания для ручной дуговой сварки принимают равной 5 мин, а для автоматической и механизированной сварки — 10 мин. Например, при ПН-60 % источник питания подключен к нагрузке в течение 6 мин, а в режиме холостого хода находится в течение 4 мин.

Если значение ПН % (или ПВ %), при котором должен работать источник питания, выше значения, приведенного в паспорте, то сварочный ток уменьшается, исходя из практического опыта или использования справочных данных для электроустановок.

В СССР принята единая система обозначения источников питания сварочной дуги, состоящая из буквенно-цифровых индексов. Первая

буква единой системы, обозначения показывает сокращенное название изделия (А — агрегат; В — выпрямитель; Г — генератор; П — преобразователь; Т — трансформатор); вторая буква—вид сварки (Г — в, защитных газах; О — открытой дугой; Ф — под флюсом); четвертая буква М — много- постовой источник питания, а ее отсутствие — однопостовой источник питания; пятая буква показывает тип двигателя для агрегатов с приводным двигателем внутреннего сгорания (Б — бензиновый; Д —

При кратковременном режиме сварочного тока в сотнях ампер; третья и четвертая цифры — номер модификации источника питания. Следующие после цифр буквенно-цифровые индексы показывают: первая буква — климатическое исполнение (ХЛ — для эксплуатации в районах с холодным климатом; У — в районах с умеренным климатом; Т — в районах с тропическим климатом); вторая цифра — категорию размещения источника питания (1 — открытый воздух; 2 — неотапливаемые помещения; 3.— помещения с естественной вентиляцией; 4— помещение с принудительной вентиляцией и отоплением; 5— помещение с повышенной влажностью).

Примеры. ВДГМ-1602УЗ — выпрямитель для дуговой сварки в защитных газах, многопостовой, с значением сварочного тока 1600 А, имеет вторую модификацию, предназначен для эксплуатации в районах с умеренным климатом и для работы в закрытых помещениях.

АДОД-305Т1 — агрегат для ручной дуговой сварки с дизелем в качестве автономного привода, с значением сварочного тока 300 А, имеет пятую модификацию, предназначен для эксплуатации в районах с тропическим климатом и для работы на открытом воздухе.

Климатическое использование и категория размещения источников питания сварочной дуги регламентируются соответствующими стандартами.

Вопросы для повто/p/tdрения

Опишите строение сварочной дуги.
Опишите характеристики, сварочной дуги.
Какие физические процессы протекают при горении сварочной дуги постоянного тока?
В чем заключаются особенности горения сварочной дуги переменного тока?
Какие требования предъявляют к источникам питания сварочной дуги?


 

Для ручной дуговой сварки и резки металлов, а также для дуговой сварки в среде защитного газа в полевых условиях или под водой применяют сварочные генераторы. Генераторы должны обеспечивать легкое возбуtext/javascriptждение и устойчивое горение сварочной дуги, а также необходимую безопасность электросварочных работ, особенно при сварке под водой. Легкое возбуждение сварочной дуги и устойчивое ее горение обеспечивают повышенным напряжением холостого хода по сравнению с рабочим, а динамические свойства — конструкцией генератора. Безопасность электросварочных работ, особенно под водой, обеспечивают специальным устройством снижения напряжения холостого хода до безопасного значения. Этим устройством генератор комплектуют по специальному заказу.

 

Для сварки в полевых условиях или под водой применяют генераторы постоянного тока, которые выпускают в двух модификациях в зависимости от схемы включения: с независимым возбуждением и самовозбуждением. Однако в связи с существенными недостатками (наличие скользящих контактов, требование особых условий эксплуатации, низкая надежность) для сварки в полевых условиях и под водой применяют вентильные генераторы, обладающие высокой надежностью и имеющие повышенную мощность при меньших размерах и массе. Вентильный генератор — это синхронный генератор переменного тока с полупроводниковым выпрямителем. Основные параметры сварочных генераторов постоянного тока регламентируются стандартом.

Для привода генератора применяют двигатели внутреннего сгорания или электродвигатели. Агрегат, состоящий из сварочного генератора и приводного двигателя, в качестве которого применен двигатель внутреннего сгорания, называется сварочным. Основные параметры сварочных агрегатов регламентируются стандартом. Агрегат, состоящий из сварочного генератора и приводного двигателя, в качестве которого применен электродвигатеть, называют сварочным преобразователем. Основные параметры сварочных преобразователей регламентируются стандартом.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И АГРЕГАТА ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ И РЕЗКИ МЕТАЛЛА

Для ручной дуговой сварки и резки металлов в полевых условиях при наличии централизованного электроснабжения применяют преобразователи типа ПД-501, ПСО-ЗОО-2, ПСО-315М и ПД-305.

Преобразователь ПД-501 состоит (рис. 12) из сварочного генератора /, распределительного устройства 2 и электродвигателя 3. Сварочный генератор с электоодвигателем размещен на общей раме с колесами, что позволяет перемещать преобоазователь на короткие расстояния.

Сварочный генератор преобразователя ПД-501 — это генератор постоянного тока ГСО-500 с независимым возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой, схема \            включения которого изображена на рис. 13. Независимая обмотка возбуждения получает питание от постороннего стабилизированного источника постоянного тока (маломощного выпрямителя). Размагничивающая обмотка включена последовательно — встречно с обмоткой якоря. При включении генератора обмотка Рис. 12. Преобразователь ПД-501          возбуждения создает намагничивающий магнитный поток Фн, который, пересекая обмотку якоря, наводит в ней ЭДС. При зажигании дуги в цепи якоря протекает ток, который создает размагничивающий магнитный поток Фр. Значения этих потоков можно определить из формулы, где Фн — магнитный поток, созданный обмоткой возбуждения; /„ — ток, протекающий по обмотке возбуждения; wB — число витков обмотки возбуждения; RM в — магнитное сопротивление по пути магнитного потока Фн; ФР— магнитный поток, созданный последовательной размагничивающей обмоткой; /св — сварочный ток; wp — число витков последовательной размагничйвающей обмотки; RHр — магнитное сопротивление по пути магнитного потока Фр.

Магнитные потоки, созданные токами, протекающими по обмотке возбуждения и последовательной размагничивающей обмотке, образуют результирующий поток Ф. Этот поток, пересекая обмотку якоря, наводит в ней ЭДС, значение которой с учетом выражения

E = ken<& = ken (Фн —ФР), где ke — постоянный коэффициент учитывающий электрические свойства генератора; п — частота вращения якоря генератора; Ф — значение результирующего магнитного потока, равного разности магнитных потоков обмотки возбуждения и последовательной размагничивающей обмотки.

В генераторах постоянного тока результирующий поток и наведенная им в обмотке якоря ЭДС являются нелинейными, что ухудшает динамические свойства генератора. В целях получения линейной внешней характеристики и улучшения динамических свойств генератора ГСО-500 его магнитную систему изготовляют ассимметричной, т. е. обмотки возбуждения и размагничивания располагают на основных полюсах разной полярности.

Схема включения сварочного генератора с независимым возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой

Для упрощения анализа принципа работы генератора ГСО-5СЮ рассмотрим двухполюсную магнитную систему, изображенную на рис. 14. При работе генератора создаются основные магнитные потоки Ф„ и Фр, пересекающие обмотку якоря, и магнитные потоки рассеяния ФИ(Т и Фргт, замыкающиеся по воздушному зазору и пересекающие обмотки возбуждения и размагничивания и обмотки дополнительных полюсов пЛоп и 5доп> Магнитные потоки рассеяния увеличивают магнитное поле дополнительного полюса saon и ослабляют магнитное поле дополнительного полюса Ядоп. Поэтому современные сварочные генераторы имеют

только один дополнительный полюс с полярностью с уменьшенным числом витков обмотки, что снижает массу генератора и повышает экономический эффект при его изготовлении. Однако в генераторах с одним дополнительным полюсом ухудшаются условия коммутации (переключения).

В целях улучшения условий коммутации в рассматриваемом генераторе обмотка якоря изготовлена диаметральной с укороченным шагом, а наконечники основных полюсов несколько расширены по окружности якоря. При такой конструкции обмотки якоря и наконечников основных полюсов несколько снижается напряжение холостого хода при неизменно выходной мощности и массе генератора. Для предотвращения снижения напряжения холостого хода в рассматриваемом генераторе несколько' увеличивают зазор под дополнительным полюсом по сравнению с зазором под основными полюсами. В генераторах постоянного тока значение ЭДС, наведенной в обмотке якоря, прямо пропорционально числу пар основных полюсов, поэтому магнитная система сварочного генератора изготовлена с учетом изложенных выше требований и имеет четыре основных полюса N — S — N — 5 и два дополнительных полюса полярности ,5Д оп.

Внешняя характеристика сварочного генератора Г60-500 описывается выражением, где (Уг — выходное напряжение генератора; ? — ЭДС, наведенная в обмотке якоря генератора; /св — сварочный ток; Rr — внутреннее сопротивление генератора

Значение внутреннего сопротивления у современных сварочных генераторов составляет сотые или тысячные доли ома, поэтому с учетом выражений (4) — (6) выходное напряжение генератора

где / „сов — намагничивающая сила обмотки возбуждения; /св сор — намагничивающая сила последовательной размагничивающей обмотки; /свЯг — падение напряжения на внутреннем сопротивлении генератора; RM — сопротивление магнитной цепи генератора при номинальной нагрузке.

Из выражения (7) найдем значение сварочного тока.

Так как 1ге, щ RM и Rr имеют постоянные значения, то сварочный ток при заданном напряжении дуги прямо пропорционален намагничивающей силе обмотки возбуждения и обратно пропорционален числу витков размагничивающей обмотки. У генератора ГСО-500 регулирование сварочного тока /св осуществляется ступенчато-плавно. Дополнительная размагничивающая обмотка имеет две секции, что позволяет получить две ступени регулирования сварочного тока. При частичном включении размагничивающей обмотки обеспечивается диапазон больших токов, при полном ее включении создается диапазон малых токов. Для переключения с одного диапазона на другой перед началом работы устанавливают перемычки на соответствующих клеммах щитка управления генератором.

Плавное регулирование сварочного тока в пределах каждого диапазона осуществляется изменением намагничивающей силы обмотки возбуждения с помощью переменного резистора, включенного последовательно с этой обмоткой. На рис. 15 показаны внешние характеристики генератора ГСО-5СЮ. При необходимости уменьшения сварочного тока ниже номинального значения в сварочный контур последовательно со сварочной дугой включают постоянный резистор необходимой мощности.

Для привода сварочного генератора в преобразователе применен электродвигатель типа АВ2- 71-2-В, вал которого соединен с валом генератора при помощи эластичной муфты. Питание электродвигателя осуществляется от напряжения трехфазной сети.

Распределительное устройство преобразователя ПД-501 предназначено для включения его в трехфазную сеть переменного тока, переключения с малой ступени сварочного тока на большую ступень, а также для контроля и изменения сварочного тока.

Техническая характеристика преобразователя ПД-501 приведена в табл. 1.

Рис. 15. Внешние характеристики генератора ГСО-500 с независимым возбуждением при /0 = const и rt= const:

БТ — ступень больших токов; МТ — ступень малых токов

(рис. 16) состоит из сварочного генератора 1 н( электродвигателя 4, которые размещены на общей раме с помощью ручки 5 на короткие расстояния. Для обеспечения плавного изменения сварочного тока на панель управления выведена ручка 2 регулировочного реостата, а для его включения в сеть переменного тока — включатель 3 электродвигателя. Преобразователь ПСО-315М представляет собой модификацию преобразователя ПСО-ЗОО-2.

Сварочный генератор преобразователей ПСО-ЗОО-2 и ПСО-315М — это генератор постоянного тока ГСО-ЗОО с самовозбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой. Питание обмотки возбуждения генератора (рис. 17) должно осуществляться от напряжения той части якоря, которая находится под воздействием результирующих магнитных потоков обмотки возбуждения и последовательной размагничивающей обмотки и магнитного потока поперечной реакции якоря.


 

Обмотка возбуждения такого генератора включается между электрощетками, а последовательная размагничивающая обмотка — между электрощеткой а и положительной клеммой генератора. При таком включении выходное напряжение генератора с самовозбуждением равно сумме напряжений между электрощетками

Схема включения сварочного генератора с самовозбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой

где Uг — выходное напряжение генератора, численно равное напряжению (Да

между электрощетками б и a; U — напряжение между основной электрощеткой б и дополнительной электрощеткой; Uzа — напряжение между дополнительной электрощеткой z и основной электрощеткой а.

Получение падающей внешней характеристики сварочных генераторов с самовозбуждением аналогично получению внешней характеристики генераторов с независимым возбуждением, т. е. выходное напряжение прямо пропорционально значению результирующего магнитного потока. Значение этого потока определяется разностью между половинными значениями магнитных потоков обмотки возбуждения, последовательной размагничивающей обмотки и реакции якоря генератора

ф = Фн/2 — Фр/2 —- Фя/2,

где Ф — результирующий магнитный поток; Ф,„ Фр, Фя — соответственно магнитные потоки обмотки возбуждения, последовательной размагничивающей обмотки и реакции якоря генератора.

Причем значения магнитных потоков последовательной размагничивающей обмотки и реакции якоря генератора принимают такими, чтобы при изменении сварочного тока в заданном диапазоне обеспечивалось постоянное значение результирующего магнитного потока в левой части якоря, между электрощетками б и 2, и его уменьшение в правой части, между электрощетками z и а. Тогда в левой части якоря генератора при изменении сварочного тока от минимума до максимума напряжение всегда постоянно, а в правой — обратно пропорционально изменению сварочного тока. Следовательно, абсолютное значение выходного напряжения генератора будет равно сумме двух напряжений между электрощетками 6z и za. Оно уменьшается при увеличении сварочного тока, тем самым формируя падающую внешнюю характеристику. Для улучшения линейности внешней характеристики сварочного генератора с самовозбуждением необходимо, чтобы при увеличении сварочного тока напряжение питания обмотки возбуждения несколько увеличивалось. Изменение сварочного тока в генераторах с самовозбуждением осуществляется по принципу регулирования в генераторах с независимым возбуждением. На рис. 18 приведены внешние характеристики генератора ГСО-ЗОО с самовозбуждением и двухступенчатым регулированием сварочного тока

Генераторы с самовозбуждением менее чувствительны к кратковременным изменениям (около ±10%) напряжения трехфазной сети, что является их преимуществом по сравнению с генераторами с независимым возбуждением.

Для привода сварочного генератора в преобразователях ПСО-ЗОО-2 и ПС0315М применен электродвигатель АВ2-61-43, вал которого соединен с валом генератора с помощью эластичной муфты. Питание электродвигателя осуществляется от напряжения трехфазной сети; Технические характеристики преобразователей ПСО-ЗОО-2 и ПСО-315М приведены 1 в табл. 1.

Сварочный преобразователь П Д-305 состоит из сварочного генератора и электродвигателя, которые размещены на общей раме и закрыты металлической крышей и специальными шторками, предохраняющими их от непогоды.

Сварочный генератор преобразователя ПЦ-305 — это вентильный генератор с самовозбуждением типа ГД-312, электрическая схема которого приведена на рис. 19. Основными элементами схемы являются трехфазный индукторный синхронный генератор повышенной частоты (200 или 400 Гц), трехфазный мостовой выпрямитель на полупроводниковых диоаах V7 — V6, три однополупериодных выпрямителя на полупроводниковых диодах V7 — V9, повышающий трансформатор 77 и трансформатор тока ТА2.

Рис. 18. Внешние характеристики генератора ГСО-ЗОО с самовозбуждением:

?7" — ступень больших токов; МТ — ступень малых токов

Явнополюстный ротор индукторного генератора состоит из двух пакетов, набранных из листов электротехнической стали и расположенных на его валу на некотором расстоянии один от другого. Полюсы одного пакета сдвинуты относительно полюсов другого на л.

На неподвижном магнитопроводе статора, набранного из листов электротехнической стали, размещены две секции рабочей обмотки статора ОС1 и ОС2 через 2л/3. Каждая секция рабочих обмоток соединена по схеме «треугольник». При разомкнутых замыкающихся контактах К включается секция ОС1. При этом генератор обеспечивает диапазон малых токов 40—180 А. При замыкании контактов К секции ОС1 и ОС2 включаются на параллельную работу. При этом генератор обеспечивает диапазон больших токов 160—350 А

Обмотка возбуждения закреплена в промежутке между пакетами магнитопровода ротора на корпусе генератора. При протекании постоянного тока по обмотке возбуждения создается магнитный поток, который, замыкаясь через пакеты магнитопровода ротора, определяет их полярность. Один пакет магнитопровода имеет полярность /V, другой S.

При вращении ротора его магнитное поле, пересекая рабочие обмотки статора, индуктирует в них синусоидальные ЭДС, сдвинутые между собой на 2л/3. Повышенная частота индуктируемых ЭДС определяется числом пар полюсов (у генератора ГД-312 число пар полюсов может быть шесть или восемь) и частотой вращения вала электродвигателя.

Индуктируемые ЭДС в статорной обмотке преобразуются в постоянное напряжение выпрямителем генератора. Сварочная дуга подключается к выходным клеммам выпрямителя. Падающая внешняя характеристика генератора ГД-312 получается за счет большого индуктивного сопротивления обмотки статора, значение которого зависит от конструктивных параметров генератора и степени магнитного насыщения его ротора.

Самовозбуждение генератора ГД-312 осуществляется за счет остаточного магнетизма полюсов ротора. При вращении ротора генератора на холостом ходу в обмотках статора индуктируется ЭДС порядка нескольких вольт, которая повышается трансформатором 77. Напряжение в положительный полупериод с выхода трансформатора 77 поступает на O6MOTKV возбуждения через выпрямитель V7. В отрицательный полупериод обмотка возбуждения ОВ питается через выпрямитель V8 за счет запасенной энергии ее магнитного поля. Напряжение холостого хода генератора устанавливается с помощью переменного резистора R1. При нагруженном генераторе питание обмотки возбуждения дополняется напряжением, поступающим с трансформатора тока ТА2 через выпрямитель V9. Переменный резистор R2 предназначен для плавного изменения сварочного тока в пределах каждого диапазона и для изменения крутизны его внешних характеристик.

Для привода индуктора генератора ГД-312 в преобразователе ПД-305 применен электродвигатель АВ2-51-2В, вал которого соединен с валом генератора с помощью эластичной муфты. Питание электродвигателя осуществляется от сети переменного тока.

Техническая характеристика преобразователя ПД-305 приведена в табл. 1.

Сварочный агрегат АБД-318 предназначен для сварки и резки металлов в полевых условиях. Этот агрегат имеет унифицированную металлическую конструкцию, в которой размещены сварочный генератор ГД-312, дизель, аккумулятор, топливный бак и пусковая аппаратура.

Для перемещения сварочного агрегата АБД-318 на различные расстояния его устанавливают на двухосном прицепе или в кузове автомобиля.

Сварочные агрегаты АСД-300М1, АДД-303, АДД-304, АДД-305, АДД-3112 в отличие от сварочного агрегата АБД-318 имеют генератор постоянного тока ГСО-ЗОО-2 (ГСО-ЗООМ), а сварочные агрегаты АСБ- 300-7, АСБ-ЗООМ, АДБ-3120 кроме этого имеют бензиновый двигатель. Технические характеристики сварочных агрегатов приведены в табл. 2.

Сварочный агрегат ПАС-400УН1 предназначен для ручной дуговой сварки и резки металлов в полевых условиях, а также для дуговой сварки и резки металлов под водой. По своей конструкции этот агрегат аналогичен конструкции сварочного агрегата АБД-318. В целях обеспечения безопасной работы водолазов-сваощиков сварочный агрегат ПАС-400У111 комплектуется устройством снижения напряжения холостого хода, которое снижает напряжение дуги до 24 В во время перерывов в работе. Техническая характеристика ПАС-400У1Н приведена в табл. 2.

Пуск сварочных преобразователей ПД-501, ПСО-ЗОО-2, ПСО-315М и ПД-305 осуществляют включением электродвигателя в трехфазную сеть. Перед пуском преобразователя необходимо проверить направление вращения вала генератора, которое указано на его крышке. При неправильном направлении вращения отключить электродвигатель от трехфазной сети, сделать необходимые переключения на его клеммнике и включить электродвигатель снова. Для надежного пуска генераторов постоянного тока с самовозбуждением необходимо кратковременно закоротить сварочный контур электродом. В производственных условиях возникает необходимость проведения сварки в различных местах. С этой целью преобразователи устанавливают в одном конкретном месте, соединяя их с постами сварки или резки металлов сварочными кабелями. При этом сварочный ток изменяют с помощью выносного реостата.

Включение сварочных агрегатов аналогично включению сварочных преобразователей после подготовки двигателя внутреннего сгорания к работе.


 

Для сварки в среде защитных газов в полевых условиях при наличии централизованного электроснабжения выпускают преобразователь ПСГ-500-1, а при отсутствии централизованного электроснабжения — агрегат АСДП-500Г-ЗМ. Преобразователь ПСГ-500-1 и агрегат АСДП-500Г-ЗМ имеют жесткую внешнюю характеристику, обеспечивающую устойчивое горение сварочной дуги.

 

Конструкция преобразователя ПСГ-500-1 аналогична конструкции преобразователя ПСО-315М (см. рис. 16). Отличительной особенностью ее является размещение контрольно-пусковой аппаратуры в коробке над преобразователем.

Агрегат АСДП-500Г-ЗМ является передвижным и предназначен для обслуживания двух постов одновременно. На металлической раме агрегата АСДП-500Г-ЗМ установлены генератор постоянного тока и дизель ЯАЗ-М204Г, валы которых соединены эластичной муфтой. Металлическая рама агрегата размещена на двухосном прицепе.

Как в преобразователе ПСГ-500-1, так и в агрегате АСДП-500Г-ЗМ, применен генератор постоянного тока ГСГ-500, схема включения которого показана на рис. 21. Особенностью схемы является наличие дополнительной обмотки возбуждения, включенной параллельно основной. Магнитная система генератора ГСГ-500 (рис. 22) выполнена асимметричной. Это обеспечивает надежное возбуждение генератора при минимальном напряжении холостого хода и безыскровую коммутацию во время его работы. Для обеспечения асимметрии магнитной системы генератора одна пара основных полюсов NH и S„ имеет расширенные наконечники по окружности якоря, что увеличивает их насыщение (индекс «н»). Основная обмотка возбуждения wi расположена на ненасыщенных основных полюсах N и 5, а дополнительная обмотка возбуждения цу2 — на насыщенных основных полюсах.

Выходное напряжение в данной схеме регулируют переменным резистором, который включен последовательно с основной обмоткой возбуждения. На рис. 23 приведена жесткая внешняя характеристика генератора ГСГ-500. Так как сварочный агрегат АСДП-500Г-ЗМ предназначен для двух постов, то он укомплектован балластными реостатами, позволяющими плавно регулировать сварочный ток каждого поста. Технические характеристики сварочного преобразователя ПСГ-500-1 и сварочного агрегата АСДП:500Г-ЗМ приведены в табл. 3.

Кроме рассмотренных сварочных преобразователей и агрегатов отечественная промышленность -выпускает универсальные сварочные генераторы ГД-304, ГД-502 и ГСУМ-400, которые имеют как падающую, так и жесткую внешнюю характеристику. Принцип действия, электрическая схема, конструкция магнитной системы и размещение обмоток возбуждения у генераторов ГД-304, ГД-502 и ГСУМ-400 такие же, как у генератора ГСО-500. Отличительная их особенность — наличие дополнительной коммутационной аппаратуры для необходимого переключения дополнительной обмотки на размагничивание или подмагничивание при получении соответственно падающих или жестких внешних характеристик.

Регулирование сварочного тока и напряжения у рассматриваемых генераторов ступенчатое — переключением секций дополнительных обмоток или секций вторичных обмоток трансформатора (по схеме независимого возбуждения) и плавное — изменением значения переменного резистора в цепи возбуждения в пределах одной ступени.

В качестве приводного двигателя для генераторов ГД-304, ГД-502 и ГСУМ-400 применяют трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Возможно применение двигателей внутреннего сгорания с генераторами ГД-304 и ГД-502. Генератор ГСУМ-400 входит в комплект сварочного агрегата АСУМ-400, предназначенного для сварки и резки металлов под водой. Технические характеристики генераторов ГД-304, ГД-502 и агрегата АСУМ-400 приведены в табл. 3.

Вопросы для повторения

Какие типы генераторов применяют для электрической сварки?
Какие схемы включения генераторов широко применяют для электрической сварки?
Какие преимущества имеют вентильные генераторы перед сварочными генераторами постоянного тока?
Чем отличается сварочный агрегат от сварочного преобразователя?
При каких способах дуговой сварки применяют сварочные генераторы с падающей и жесткой внешней характеристикой и универсальные сварочные генераторы?


 

Источниками питания сварочной дуги переменного тока при ручной дуговой сварке штучными электродами, автоматической сварке под флюсом и электрошлаковой, сварке служат однофазные и трехфазные понижающие трансформаторы, конструкции которых определяются получением внешней характеристики. Отечественная промышленность выпускает также сварочные автотрансформаторы, предназначенные для подключения однофазных сварочных трансформаторов к трехфазной сети переменного тока.

Для облегчения анализа процессов, происходящих при работе сварочного трансформатора, и получения его внешней характеристики рассмотрим принцип действия и режимы работы однофазного трансформатора. Принцип действия этого трансформатора основан на взаимной индукции. Для однофазного трансформатора характерны три режима работы (рис. 24): холостого хода, работы под нагрузкой и короткого замыкания.

Режим холостого хода (рис, 2, а) устанавливается в момент подключения первичной обмотки трансформатора к сети переменного тока напряжением 1)\ при разомкнутой вторичной обмотке. При этом в первичной обмотке протекает ток, составляющий 4—10 % номинального тока и называемый током холостого хода. Этот ток, проходя по обмотке, создает намагничивающую силу, которая, в свою очередь, создает два переменных потока: основной магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу, и магнитный поток рассеяния Ф0, замыкающийся по воздуху вокруг первичной и вторичной обмоток. В трансформаторах для питания различных электроцепей магнитный поток рассеяния очень мал и им пренебрегают. Для сварочных трансформаторов характерно значительное увеличение магнитного потока рассеяния..

Основной магнитный поток индуктирует в первичной и вторичной обмотках электродвижущие силы, где f — частота переменного тока; w\\ W2 — число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора; Фтах — максимальное значение магнитного потока.

Поделив одно равенство на другое в выражении (9), получим значение коэффициента трансформации сопротивления нагрузки трансформатора, включенного в сеть переменного тока напряжением U\. В этом режиме наблюдается резкое возрастание токов, что при¬водит к значительному увеличению тепловых потерь в обмотках. В результате трансформатор рыходит из строя. Для получения электрических параметров трансформатора в режиме короткого замыкания закорачивают его вторичную обмотку, а на первичную подают 'напряжение не более 10 % номинального значения. При этом в обмотках протекают номинальные токи. Напряжение короткого замыкания трансформатора указано в паспорте.

Внешней характеристикой трансформатора называется зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки U2 от тока нагрузки /н: (J2 = f (/н) при постоянных значениях частоты и напряжения сети, а также коэффициента мощности. У трансформаторов для питания электрических цепей внешняя характеристика жесткая, которая не позволяет использовать их для сварки из-за частого возникновения коротких замыканий (контактное возбуждение сварочной дуги, замыкание дугового промежутка каплей расплавленного металла и т. д.) Поэтому для сварки используют трансформаторы специальной конструкции, называемые сварочными. Эти трансформаторы имеют падающую внешнюю характеристику, которая обеспечивает снижение напряжения на выходе трансформатора при возникновении режима короткого замыкания.

В ранние периоды создания оборудования для сварки на переменном токе были разработаны сварочные трансформаторы типа ТСД и СТШ.. Падающая внешняя характеристика у сварочных трансформаторов типа ТСД формировалась изменением индуктивного сопротивления дросселя, включенного последовательно в цепь сварочного контура, а падающая внешняя характеристика у сварочных трансформаторов типа. СТШ — изменением положения подвижного шунта. Из-за низких технико-экономических и эксплуатационных показателей (неустойчивость ,сварочного процесса при малых сварочных токах, низкая надежность регулировочного механизма дросселя или подвижного шунта и т.д.) они сняты с производства. В настоящее время в промышленности широко применяют сварочные трансформаторы с усиленными магнитными полями рассеяния, которые можно разделить на две группы: сварочные трансформаторы с подвижными обмотками, применяемые для ручной дуговой сварки, и сварочные трансформаторы с управляемым шунтом, применяемые для автоматической дуговой сварки под флюсом. Трансформатор с усиленными магнитными полями рассеяния (рис. 25) выполняет следующие функции: формирует падающую внешнюю характеристику, обеспечивает плавное регулирование сварочного тока в заданном диапазоне и создает необходимые условия устойчивого горения сварочной дуги.?

Основные параметры сварочных трансформаторов для ручной дуговой сварки и автоматической сварки под флюсом регламентированы стандартом.


 

В настоящее время для дуговой сварки широкое распространение получили сварочные трансформаторы с подвижными обмотками. Падающая внешняя характеристика рассматриваемых сварочных трансформаторов формируется за счет изменения расстояния между первичной и вторичной обмотками. На рис. 26 показана электрическая схема сварочного трансформатора с подвижными обмотками, в которой условные положительные направления напряжений электродвижущей силы и токов, протекающих в обмотках, приняты совпадающими, а условное положительное направление магнитного потока определяется направлением токов в обмотках трансформатора. Для облегчения анализа процессов, происходящих в сварочных трансформаторах с подвижными обмотками, -примем следующие допущения: style=border: 0px none currentColor;сварочная дуга заменена активным сопротивлением; при описании магнитных полей трансформатора будем учитывать только магнитные сопротивления по пути силовых линий в пространстве между обмотками и в самих обмотках, пренебрегая при этом магнитными сопротивлениями по пути силовых линий в магнитопроводе трансформатора. Тогда ток во вторичной обмотке будет линейной функцией активного сопротивления, имитирующего сварочную дугу, а значения потокосцепления рассеяния lF0i и vKo2 первичной и вторичной обмоток пропорциональны величинам токов, протекающих в этих обмотках:Сварочный преобразователь П Д-305 состоит из сварочного генератора и электродвигателя, которые размещены на общей раме и закрыты металлической крышей и специальными шторками, предохраняющими их от непогоды./pВнешней характеристикой трансформатора называется зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки U2 от тока нагрузки /н: (J2 = f (/н) при постоянных значениях частоты и напряжения сети, а также коэффициента мощности. У трансформаторов для питания электрических цепей внешняя характеристика жесткая, которая не позволяет использовать их для сварки из-за частого возникновения коротких замыканий (контактное возбуждение сварочной дуги, замыкание дугового промежутка каплей расплавленного металла и т. д.) Поэтому для сварки используют трансформаторы специальной конструкции, называемые сварочными. Эти трансформаторы имеют падающую внешнюю характеристику, которая обеспечивает снижение напряжения на выходе трансформатора при возникновении режима короткого замыкания.ока определяется направлением токов в обмотках трансформатора. Для облегчения анализа процессов, происходящих в сварочных трансформаторах с подвижными обмотками, -примем следующие допущения: style=border: 0px none currentColor;сварочная дуга заменена активным сопротивлением; при описании магнитных полей трансформатора будем учитывать только магнитные сопротивления по пути силовых линий в пространстве между обмотками и в самих обмотках, пренебрегая при этом магнитными сопротивлениями по пути силовых линий в магнитопроводе трансформатора. Тогда ток во вторичной обмотке будет линейной функцией активного сопротивления, имитирующего сварочную дугу, а значения потокосцепления рассеяния lF0i и vKo2 первичной и вторичной обмоток пропорциональны величинам токов, протекающих в этих обмотках:

 

где L01 и Lnо — индуктивность рассеяния соответственно первичной

Принятые выше допущения позволяют сказать, что индуктивности рассеяния La и L02 пропорциональны изменению расстояния между обмотками и не зависит от изменения сопротивления нагрузки. При заданных значениях токов, протекающих по обмоткам, и частоте питающего напряжения индуктивные сопротивления обмоток трансформатора пропорциональны их индуктивностям рассеяния.

Жесткой внешней характеристикой, проведем анализ работы трансформатора с подвижными обмотками с целью вывода уравнения внешней характеристики и рассмотрения процесса изменения сварочного тока и напряжения дуги. В теории трансформаторов при анализе рабочих процессов применяют схему замещения, в которой магнитную связь между обмотками заменяют электрической. Это позволяет упростить анализ и улучшить его наглядность.

В схеме замещения электрические параметры вторичной обмотки трансформатора и сопротивления нагрузки приводят к параметрам первичной обмотки. При этом приведенные параметры обозначают теми же буквами, что и в электрической схеме, но со штрихом, т. е. /2, /?д и т. д. — соответственно приведенные параметры тока вторичной цепи трансформатора и сопротивления сварочной дуги, выраженные через параметры первичной цепи. При составлении схемы замещения трансформатора необходимо соблюдать следующие условия: намагничивающую силу приведенной обмотки принимают равной намагничивающей силе обмотки реального трансформатора; трансформатор /pp Какие преимущества имеют вентильные генераторы перед сварочными генераторами постоянного тока?ptext/javascriptp, показанный на схеме замещения, считают эквивалентом реального трансформатора в энергетическом отношении; падение напряжения в приведенной обмотке от ЭДС, наводимой основным потоком пр-и номинальном значении тока, имеет то же значение, что и у реального трансформатора. Для анализа работы трансформаторов широко применяют Т-образную схему, которая при определенных условиях позволяет переходить к более простым схемам замещения.

На рис! 27. изображена Т-образная' схема замещения трансформатора, показанного на рис. 26. Участок этой схемы представляет собой намагничивающий контур, по которому протекает ток холостого хода |х. Активная составляющая /ха обусловлена потерями в стали магнитопровода, а реактивная составляющая /хр предназначена для создания основного магнитного потока трансформатора. Принимая во внимание выражения, приведенные для однофазного трансформатора в режиме холостого хода, с учетом рассматриваемой схемы замещения в первичной обмотке, равен току холостого хода. Рассматриваемое замещение основано на том, что реальный сварочный трансформатор с подвижными обмотками, коэффициент трансформации которого кф\, заменяют приведенным трансформатором с /е = 1. Значение тока холостого хода у реального трансформатора составляет не более 10 % номинального тока, что позволяет им пренебречь. Тогда Т-образная схема замещения (рис. 27) принимает более простой вид (рис. 28). Активное и индуктивное сопротивления обмоток трансформатора

где RK — активное сопротивление трансформатора в режиме короткого замыкания; R\ — активное сопротивление первичной обмотки; /?2 — приведенное активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора; XLk — индуктивное сопротивление трансформатора в режиме короткого замыкания; Хи — индуктивное сопротивление первичной обмотки трансформатора; Х[2 — приведенное индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора. Откуда полное сопротивление обмоток трансформатора в рассматриваемой схеме замещения.

Параметры /?к, XLb, ZK определяют в режиме короткого замыкания. При работе трансформатора с подвижными обмотками искажается синусоидальная форма его электрических параметров при синусоидальной форме входного напряжения. В целях упрощения анализа работы этого трансформатора используют эквиваленты несинусоидальных величин с равными действующими значениями. Для иллюстрации работы трансформатора в различных режимах применяют векторную диаграмму, построение которой начинают с параметров вторичной цепи. Построение проводят в выбранном масштабе расчетных значений.

Применяя схемы замещения трансформатора с подвижными обмотками (рис. 27 и 28) и задаваясь напряжением сварочной дуги и ее сопротивлением, определим необходимые параметры для построения векторной диаграммы. Индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора в приведенной форме имеет вид, где f — частота напряжения сети; L02 — индуктивность рассеяния вторичной обмотки трансформатора; k — коэффициент трансформации.

Так как у реальных трансформаторов индуктивное сопротивление намного больше активного, то действующее напряжение на первичной обмотке имеет вид.

Действующее напряжение на вторичной обмотке в приведенной форме, где Е| —действующее значение ЭДС, наведенной в первичной обмотке; /1 — действующее значение тока, протекающего по первичной обмотке; Е — действующее значение ЭДС, наведенной во вторичной обмотке приведенной форме; /2 — действующее значение тока, протекающего во вторичной обмотке в приведенной форме. Векторная диаграмма трансформатора с подвижными обмотками построена с принятыми допущениями и изображена на рис. 29. Векторы Е\ и Ег совпадают по фазе и отстают от вектора магнитного потока Ф на л/2. Вектор тока холостого хода Тх опережает вектор Фтахна небольшой угол, характеризующий потери в стали магнитопровода. Геометрическая сумма векторов равна вектору U, который находится в противофазе с вектором Еi и опережает вектор Л на угол ф1. Вектор равен геометрической сумме векторов jI0C'L2 и Векторы/2 и Щ совпадают по фазе, так как нагрузкой является активное сопротивление, имитирующее сварочную дугу.


 

Рассмотрим формирование падающей внешней характеристики трансформатора с подвижными обмотками. При увеличении I'2 = ICB (Ui = == const) потребляемая мощность трансформатора будет увеличиваться, что приведет к увеличению тока /1 в первичной обмотке.- Увеличение тока /1 вызовет увеличение падения напряжения в первичной обмотке (/1Z1), которое будет происходить в основном на ее индуктивном сопротивлении. Увеличение jhXLl при Ui = const вызовет уменьшение Еi, что, в свою очередь, приведет к уменьшению основного потока Ф и соответственно к уменьшению Щ. При увеличении Г2 = [са падение напряже,- ния во вторичной обмотке 'jfiX'Ll возрастает быстрее, чем уменьшается Е'г. Следовательно, напряжение вторичной обмотки трансформатора U2= С/д начинает резко уменьшаться, формируя падающую внешнюю характеристику U2 = ил = [ (/св). При Ra 0 ток во вторичной цепи достигает максимального значения, которое превышает его номинальное значение в 1,2—1,3 раза при рабочем напряжении UHом. Таким образом, на основании рассмотренной векторной диаграммы можно сделать вывод, что формирование падающей внешней характеристики у трансформаторов с подвижными обмотками происходит за счет изменения индуктивного сопротивления их обмоток в большом диапазоне. Это невозможно для трансформаторов с жесткой внешней характеристикой, у которых индуктивное сопротивление обмоток минимальное.

На основании упрощенной схемы замещения составим уравнение для сварочного тока трансформатора с подвижными обмотками

Из выражения (23) видно, что сварочный ток /св прямо пропорционален напряжению сети и обратно пропорционален коэффициенту трансформации и индуктивному сопротивлению обмоток трансформатора. Изменяя эти параметры-» можно изменять сварочный ток в необходимом диапазоне как ступенчато, так и плавно.

Сварочные трансформаторы с подвижными обмотками выпускают в различных исполнениях. Трансформаторы. ТД-102 и ТД-306 -переносные, трансформаторы ТДМ-317, ТДМ-40.1,, ТДМ-503 — передвижные с механическим приводом регулирования сварочного тока, а также их модификации ТДМ-317-1, ТДМ-40Ы, ТДМг503-1 укомплектованные устройством снижения напряжения УСНТ-0642-, а ТДМ-503-2 укомплектован устройством УСНТ-0542 и устройством для повышения коэффициента мощности.

Сварочный трансформатор типа ТД (рис. 30,), установленный на металлической раме с колесами, по бакам закрыт металлическим кожухом /, а сверху — крышкой 3. На крышке 3 размещены рукоятка 4 для плавного изменения сварочного тока, переключатель диапазонов 5 сварочного тока, рымболты 6 и токоуказатель.

На магнитопроводе трансформатора, размещенного внутри кожуха Ц установлены первичная и вторичная подвижная обмотки. В верхнее ярмо 1 магнитопровода вмонтирована неподвижная гайка для ходового винта, один конец которого, закреплен в подвижной обмотке с возможностью вращения, а другой выведен к рукоятке 4. При вращении рукоятки 4 изменяется расстояние между подвижной и неподвижной обмотками трансформатора, вызывая изменение сварочного тока. Переход с одной ступени сварочного тока на другую осуществляется с помощью переключателя диапазонов 5. Токоуказатель 7 имеет указательную стрелку и две шкалы: шкалу малых токов и шкалу больших токов, которые размещены под стеклом около рукоятки 4. Сварочный трансформатор можно передвигать за ручку 2 или перемещать с помощью подъемно- транспортного механизма за рымболты 6. Сварочный кабель и кабель?

для подключения трансформатора к напряжению сети подсоединяют к трансформатору-с помощью специальных разъемов.

Электрическая схема трансформатора и конструкция обмоток приведены на рис. 31. В электрической схеме имеется емкостной фильтр, состоящий из двух конденсаторов, включенных между каждым зажимом первичной обмотки и зажимом «Земля», и переключатель двух ступеней сварочного тока: ступень больших токов, при этом секции обмоток включаются попарно-параллельно; ступень малых токов, при этом секции обмоток включаются попарно-последовательно, а часть витков первичной обмотки отключается.

Такое переключение на ступень малых токов повышает устойчивость горения сварочной дуги за счет повышения напряжения холостого хода. Для переключения ступеней сварочного тока служит специальный пакетный выключатель. На рис. 31 показано положение контактов переключателя для ступени больших токов. Обмотки трансформатора разделены на две секции.

Электрическая схема (а) и расположение обмоток на магнитопроводе (б) трансформатора секция одной обмотки расположена над другой на одном стержне магнитопровода. Первичная обмотка — неподвижная, выполнена из изолированного влагостойкого медного провода марки ПСД. Между слоями обмотки проложена стеклоткань. Вторичная обмотка намотана на «ребро» голой медной шины марки МГМ. Каждый виток обмотки изолирован специальной лентой из стеклоткани. Как первичная, так и вторичная обмотки изолированы от магнитопровода специальными прессовыми планками. Для снижения вибрации подвижной обмотки между ее обоймой крепления и магнитопроводом проложены плоские пружины, которые при ее перемещении обеспечивают скольжение обоймы по магнитопроводу, предотвращая перекос и заклинивание.

Устройство снижения напряжения трансформатора УСНТт0642 входит в комплект тоансформаторов ТД и предназначено для повышения электробезопасности при сварочных работах во время обрыва дуги. В состав УСНТ-0642 входят трансформатор дежурного напряжения, трансформатор тока, контактор, блок управления и сигнализации. Это устройство обеспечивает снижение напряжения холостого хода за время не более 1 с после обрыва сварочной дуги; подачу полного сварочного напряжения после кратковременного замыкания электрода на изделие.

Напряжение холостого хода снижают переключением сварочного кабеля с выходных зажимов сварочного трансформатора на источник

дежурного напряжения не более, 12 В. Устройство УСНТ-0642 закреплено на левой боковой стороне в верхней части сварочного трансформатора и подсоединяется к нему по схеме (рис. 32).

Для повышения коэффициента мощности трансформатор ТДМ-503 комплектуется конденсаторной батареей, которая укрепляется в нижней его части на левой боковой стороне.

В однокоргпусном исполнении переносного типа. На первичной стороне сварочных трансформаторов ТД-102 и ТД-306 (рис. 33) имеется фильтр радиопомех. Вторичная обмотка у этих трансформаторов секционирована для получения двух ступеней сварочного тока путем переключения перемычки П при выключенном трансформаторе. При разомкнутой перемычке трансформатор работает на ступени малых токов, при замкнутой перемычке — на ступени больших токов. Технические характеристики трансформаторов для ручной дуговой сварки приведены в табл. 4.


 

Для автоматической дуговой сварки под флюсом получили широкое распространение трансформаторы с управляемым магнитным шунтом. Принцип действия этого трансформатора и формирование его внешней падающей характеристики основаны на создании повышенных магнитных полей рассеяния при изменении магнитного насыщения управляемого шунта. Этот шунт имеет обмотку управления, которую подключают к источнику постоянного напряжения. Увеличение тока /у, протекающего по обмотке управления, вызывает увеличение магнитного насыщения шунта, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления обмоток и, следовательно, к увеличению сварочного тока /св. Уменьшение магнитного насыщения шунта приводит к увеличению индуктивного сопротивления обмоток и, следовательно, к уменьшению сварочного тока.

 

При изменении напряжения дуги от номинального значения регулировочная характеристика смещается по вертикали. Трансформаторы с управляемым магнитным шунтом имеют следующие недостатки:

низкие коэффициенты усиления по току ?/ = /Св//д<^75 и по мощности kp = Рл/Ру^.50 (где /св — сварочный ток, /у — ток, протекающий в обмотке управления; Ра — мощность, потребляемая сварочной дугой; Ру — мощность, потребляемая обмоткой управления);

отсутствие стабилизации рабочего напряжения при изменении напряжения сети;

отсутствие температурной стабилизации тока управления. В целях улучшения эксплуатационных свойств трансформаторы с управляемым шунтом комплектуют специальным тиристорным регулятором тока А-1307 с обратными связями по напряжению сети и сопротивлению обмотки управления. Применение тиристорного регулятора тока снижает потребляемую мощность в цепи управления за счет увеличения коэффициента по току (6,^2000) и по мощности (/гр«1000), а также стабилизирует напряжение дуги и ток управления, что повышает технико-экономические показатели трансформаторов этого типа.

Отечественная промышленность выпускает стабилизированные сварочные трансформаторы с управляемым шунтом типа ТДФ. Структурная схема трансформатора ТДФ (рис. 35), состоит из трансформатора нагрузкой которого является дуга, стабилизированного регулятора тока СРТ и блока защитной и вспомогательной аппаратуры БЗВЛ.

Стабилизированный регулятор тока СРТ типа А-1307 состоит из трех блоков: тиристорного регулятора тока (БТРТ), системы фазового управления (БСФУ) и управляющего блока (?У).

Блок тиристорного регулятора тока (БТРТ) представляет собой стандартный тиристорный контактор переменного напряжения, состоящий из тиристоров ТВ-800, включенных по встречно-параллельной схеме. Нагрузкой тиристорного регулятора тока является первичная обмотка сварочного трансформатора. Тиристорный регулятор тока обеспечивает плавное управление сварочным током на двух ступенях (БТ — ступень больших токов и МТ — ступень малых токов) и стабилизацию рабочего напряжения при отклонениях напряжения сети в диапазоне.

Блок системы фазового управления (БСФУ) предназначен для формирования управляющих импульсов малой длительности с крутым передним фронтом, синхронизированных с частотой напряжения сети. Эти импульсы поступают в блок тиристорного регулятора.

Блок управления БУ — это переменный резистор, ручка которого выведена на панель управления с градуировкой значений сварочного тока. Сигнал с выхода БУ поступает в БСФУ.

Блок защитной и вспомогательной аппаратуры (БЗВА) является самостоятельным, в который входят защитная аппаратура и источник питания для управляющих цепей тиристорного регулятора тока (БТРТ).\ Более подробно принципиальные схемы ТРТ рассмотрены в гл. 3.

Трансформатор имеет магнитопровод стержневого типа, на котором размещены его обмотки (рис. 36). Первичная обмотка трансформатора имеет две секции Wi\ и №1^-2 и расположена на стержнях в нижней части магнитопровода. Вторичная обмотка является многосекционной, причем основные ее секции до з, W2-4 и w2-5 и 102-6 расположены на стержнях в верхней части магнитопровода,. а дополнительные секции W2-7, w2^8 и w2_э, гс/г-ю с меньшим числом витков, размещены совместно с первичной обмоткой на стержнях в нижней части магнитопровода. Многосекционность вторичной обмотки и расположение ее секций определенным образом вызваны необходимостью повышения качества при переключении ступеней сварочного тока и получения внешней крутопадающей характеристики. При переходе со ступени малых токов на ступень больших токов с помощью специального пакетного выключателя часть витков основной вторичной обмотки отключают и подключают часть витков дополнительной вторичной обмотки.. При этом про-* исходит уменьшение индуктивного сопротивления, и сварочный ток возрастает.

В центре между вторичной и первичной обмотками, трансформатора расположен магнитный шунт с четырьмя обмотками управления ШуЦ_14.

В стационарном шкафу стандартного размера (рис. 3-7) размещены блок управления /, тиристорный регулятор тока 2, вентилятор 3, контактор 5, магнитопровод 14 трансформатора ТДФ и отсек для размещения блока. Схема расположения обмоток управления сварочным автоматом 15. стабилизированного трансформатора

На магнитопроводе 14 трансформатора размещены первичная обмотка 9У дополнительная вторичная обмотка 7, шунт 10, основная вторичная обмотка 12.

Трансформатор ТДФ подсоединяется к напряжению сети с помощью сетевого кабеля через разъем 6, расположенный под съемной задней стенкой 4 шкафа. Сварочный кабель подсоединяется к трансформатору с помощью разъема 13, находящегося под съемной передней стенкой //, которая крепится к шкафу винтом 8. Блок управления сварочным автоматом соединяется с трансформатором с помощью разъема 16.

Для перемещения трансформатора ТДФ с помощью подъемно- транспортного механизма вверху посередине шкафа установлены рымболты.

Технические характеристики трансформаторов типа ТДФ приведены в табл. 5.


 

Для электрошлаковой сварки широко применяют одно- и трехфазные трансформаторы с жесткой внешней характеристикой, под которой понимают зависимость напряжения на шлаковой ванне и электроде от сварочного тока, т. е., где Uc — суммарное напряжение на шлаковой ванне и электроде, называемое сварочным напряжением; (Ух — напряжение холостого хода;

/св — сварочный ток; ZK — полное сопротивление короткого замыкания трансформатора; Zn — полное сопротивление линии, соединяющей трансформатор со сварочным автоматом.

Для электрошлаковой сварки в установках малой мощности трансформатор располагают вблизи сварочного автомата. При этом и выражение (24) принимает следующий вид: .

Бифилярная схема питания установок для электрошлаковой сварки.

В установках средней и большой мощности (более 300 кВ»А) трансформатор соединен со сварочным автоматом специальным кабелем. При этом полное сопротивление Линии 2Я увеличивается, особенно ее реактивная составляющая, что приводит к снижению коэффициента мощности и увеличению падения напряжения в линии. Для повышения технико-экономических показателей электрошлаковых установок применяют так называемые бифилярные схемы питания (рис. 38). Сварочный трансформатор имеет секционированную Вторичную обмотку, средний вывод которой подсоединен к изделию 3, а каждый основной вывод — к подвижному / и неподвижному 2 электродам. Подсоединение трансформатора к сварочному автомату по бифилярной схеме позволяет резко снизить падение напряжения на полном сопротивлении линии в основном за счет снижения ее реактивной составляющей и повысить коэффициент мощности всей установки. Подсоединение средней точки вторичной обмотки трансформатора к изделию позволяет регулировать скорость плавления подвижных и неподвижных электродов.

6. Технические характеристики тиристорных прерывателей

Максимальный ток коммутации, к А, при напряжении 380 В Потребляемая мощность, В-А Расход охлаждающей воды, л/мин Габаритные размеры, мм . Масса, кг     2

Примечания: 1. Тиристорные прерыватели подключают к сети переменного Тока напряжением 220 и 380 В.

2. Тиристорные прерыватели имеют водяное охлаждение.

Трансформаторы для электрошлаковой сварки обеспечивают широкий диапазон регулирования сварочного напряжения. Причем изменять это напряжение можно под нагрузкой как в начале сварки при установке требуемого режима, так и в процессе сварки по заданной программе. Регулируют сварочное напряжение тремя способами: ступенчатым, плавным и комбинированным.

Ступенчатое регулирование осуществляется в однофазных трансформаторах ТШС-1000-1 и ТШС-3000-1 (две ступени): грубое регулирование — во вторичной обмотке переключением ее секций, более тонкое с помощью дистанционного управления — в первичной обмотке, имеющей шесть секций, соединенных последовательно (рис. 39, а). Такая конструкция трансформаторов позволяет регулировать напряжение ступенями достаточно малой величины. Включение или отключение той или другой ступени осуществляется в управляющей цепи с помощью магнитных пускателей. При переключении магнитных пускателей обмотки сварочного трансформатора обесточиваются на короткое время — время срабатывания коммутационной аппаратуры, что снижает качество свар¬ных изделий. Для улучшения качества сварных изделий в новых модификациях сварочных трансформаторов ТШС-1000-1М и ТШС-3000-1М применены контроллеры с сопротивлениями, позволяющие изменять напряжение трансформатора без разрыва его первичной цепи. Эти конт¬роллеры имеют электромеханическое управление.

В трехфазном трансформаторе для электрошлаковой сварки применение коммутационной аппаратуры на каждую фазу затрудняет раздельное регулирование фазного напряжения и увеличивает число контроллеров. Поэтому в трехфазном трансформаторе для регулирования фазного напряжения применена схема с вольтодобавочным трансформатором, мощность которого не превышает 10 % мощности основного трансформатора. Напряжение регулируется в каждой фазе: грубое — переключением секций первичной обмотки, более тонкое — переключением первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора на соответствующую фазу (рис. 39, б).

Структурная схема однофазного тиристорного прерывателя

Потребляемой мощности путем раздельного изменения длительности управляющих импульсов и паузы между ними. Тиристорный прерыватель (рис. 40) состоит из блока управления и тиристорного блока.

Блок управления состоит из задатчиков длительности импульса 1 и паузы 2, триггера управления датчиков формирователей напряжения в импульсе 4 и паузе 5, фазовращающей цепи ФВЦ, включающей интегратор 6. генератор 7 пилообразного напряжения, фазосдвигающее устройство 8, усилитель 9, блоки 10 и 11 быстродействующей защиты, трансформатор 13 обратной связи.

Тиристорный блок ТБ состоит из сварочного трансформатора /5, тиристоров 14, трансформатора тока 16 и дросселя 12.

Задатчики длительности импульса 1 и паузы 2 формируют сигнал длительности перёключения триггера управления 3, выходной сигнал которого поступает на датчики формирователи напряжения в импульсе 4 и паузе 5. На вход интегратора 6 поступают два сигнала, задающие напряжение импульса или паузы от задатчиков-формирователей 4 и 5 и напряжение обратной связи от трансформатора 13. Выходное напряжение интегратора 6, пропорциональное разности задающего напряжения . и напряжения обратной связи, поступает на фазосдвигающее устройство 8 одновременно с пилообразным напряжением от генератора 7. Фазосдвигающее устройство 8 сдвигает передний фронт управляющего импульса относительно начальной фазы напряжения питания тиристоров. Сформированный управляющий импульс усиливается усилителем 9 и поступает на управляющий электрод тиристоров, изменяя их проводимость в зависимости от величины рассогласования между напряжением задания и напряжением обратной связи, тем самым стабилизируя напряжение на ванне при изменениях в допустимых пределах сопротивления нагрузки и напряжения сети. Блоки 10 и 11 быстродействующей защиты формируют сигнал снятия управляющих импульсов в течение одного полупериода в фазосдвигающем устройстве 8 при перегрузке или асимметрии тиристоров., Сигнал защиты при перегрузке или асимметрии тиристоров для блока 10 формируется дросселем 12, а для блока 11 Щ трансформатором тока 16.

Тиристорные прерыватели получили широкое применение как в однофазных, так и трехфазных сварочных трансформаторах новых модификаций .типа ТШС-1000-1, ТШС-1000-3, ТШС-3000-1, ТШС-3000-3 и др. Тиристорные прерыватели имеют большие возможности. активного воздействия на процесс сварки, улучшая ее динамическую характеристику, и поэтому их применение будет расширяться. Основным недостатком выпускаемых тиристорных прерывателей является сравнительно невысокий коэффициент мощности, который не может быть существенно повышен За счет включения конденсаторных батарей.

В табл. 6 приведены технические характеристики тиристорных прерывателей, разработанных в ИЭС им. Е. О. Патона.

Рассмотренные трансформаторы для электрошлаковой сварки имеют жесткую внешнюю характеристику и по конструкции практически не отличаются от трансформаторов для питания электрических цепей соответствующей мощности. Трансформатор с магнитной коммутацией имеет магнитопровод, конструкция которого и расположение обмоток определяют его назначение. Трансформаторы для электрошлаковой сварки входят в комплект установок для электрошлаковой сварки и отдельно не поставляются. Технические характеристики рассмотренных трансформаторов приведены в табл. 7.

Однофазные сварочные трансформаторы можно включить в трехфазную сеть по двухфазной симметричной схеме (схема Скотта). Отечественная промышленность выпускает сварочные автотрансформаторы АТС-01, которые обеспечивают сдвиг фаз одного линейного напряжения по отношению к другому на л/2.


 

При выборе сварочного трансформатора для различных способов сварки на переменном токе определяют вольтамперную характеристику дуги и рассматривают ее параметры в зависимости от режима сварки, руководствуясь соответствующим стандартом.

 

На основании условий эксплуатации сварочных трансформаторов и заданных электрических параметров сварки выбирают сварочный трансформатор требуемой мощности и необходимого режима его работы (продолжительный, перемежающийся или повторно-кратковременный) а также устанавливают соответствие вольтамперной характеристики сварочной дуги с внешней характеристикой сварочного трансформатора.

Выбор сварочного трансформатора для различных способов сварки рассмотрим на примерах.

Пример 1. Выбрать источник питания переменного тока для ручной дуговой сварки на переменном токе силой 200 А.

Решение. Для ручной дуговой сварки штучными электродами на переменном токе применяют трансформаторы с подвижными обмотками с падающей внешней характеристикой. При такой внешней характеристике ток короткого замыкания

несколько больше рабочего тока, что не нарушает тепловой режим сварки при возникновении Случайных коротких замыканий. Кроме того, сварочный ток изменяется незначительно при частых изменениях длины дуги, характерных для ручной сварки. Для заданной силы тока вольтамперная характеристика сварочной дуги будет жесткой, что также хорошо согласуется с внешней характеристикой источника питания. Напряжение сварочной дуги при ручной дуговой сварке находится в пределах 20—36 В и устанавливается в зависимости от конкретных условий и опыта сварщика.

В целях правильного выбора трансформатора необходимо знать его технические характеристики (см. табл. 4). Наиболее удовлетворяют заданным параметрам трансформаторы типа ТД-306 и ТДМ-317. Из общего цикла работы, принятого для источников питания при ручной дуговой сварке (5 мин), трансформатор ТД-306 обеспечивает работу в течение 1 мин и паузу в течение 4 мин, трансформатор ТДМ-317 соответственно — 3 и 2 мин. Поэтому для обеспечения заданных параметров трансформатор ТД-306 более эффективен в монтажных условиях с режимом кратковременной работы, а трансформатор ТД-317 — в стационарных условиях, где требуется более продолжительная работа. Применение трансформаторов с большей мощностью экономически неэффективно из-за больших энергозатрат.

Пример 2. Выбрать источник питания переменного тока для сварки под флюсом в автоматическом режиме на переменном токе силой 800 А.

Решение. Для автоматической сварки под флюсом на переменном токе применяются трансформаторы, имеющие полого падающую или жесткую внешнюю характеристику. Трансформатор с полого падающей внешней характеристикой применяют, если вольтамперная характеристика сварочной дуги жесткая, а трансформатор с жесткой характеристикой — если она возрастающая. Такое согласование характеристик обеспечивает высокое качество и стабильность сварочного процесса при изменении сварочного тока, вызываемом изменением длины дуги. Для заданного сварочного тока 800 А вольтамперная характеристика дуги будет возрастающей, следовательно, трансформатор должен иметь жесткую внешнюю характеристику. Напряжение сварочной дуги при автоматической сварке под флюсом находится в пределах 32—44 В и зависит от различных причин (диаметра электрода, сварочного тока, марки флюса и т. д.) в конкретных условиях.

Для автоматической сварки под флюсом отечественная промышленность выпускает трансформаторы типа ТДФ (см. табл. 5). Прин имаем трансфррматор ТДФЖ-1001, удовлетворяющий заданным условиям (ом = 1000 А, внешняя характеристика — жесткая). В зависимости от конкретных условий на выходе трансформатора устанавливается значение напряжения, обеспечивающее необходимую стабильность горения сварочной дуги и качество сварных соединений в продолжительном режиме. Применение трансформатора ТДФЖ-2002 экономически неэффективно из-за больших энергозатрат.

Вопросы для повторения

Какие режимы работы трансформатора характерны при дуговой сварке?
С помощью какого отерями в стали магнитопровода, а реактивная составляющая /хр предназначена для создания основного магнитного потока трансформатора. Принимая во внимание выражения, приведенные для однофазного трансформатора в режиме холостого хода, с учетом рассматриваемой схемы замещения в первичной обмотке, равен току холостого хода. Рассматриваемое замещение основано на том, что реальный сварочный трансформатор с подвижными обмотками, коэффициент трансформации которого кф\, заменяют приведенным трансформатором с /е = 1. Значение тока холостого хода у реального трансформатора составляет не более 10 % номинального тока, что позволяет им пренебречь. Тогда Т-образная схема замещения (рис. 27) принимает более простой вид (рис. 28). Активное и индуктивное сопротивления обмоток трансформатоppраустройства регулируют сварочный ток в трансформаторах для ручной дуговой сварки?
Как получают падающую внешнюю характеристику в трансформаторах для ручной дуговой сварки?
При каких условиях работы трансформатор для ручной дуговой сварки комплектуют устройством для снижения напряжения' трансформатора (УСНТ-0642)?
В чем заключаются конструктивные особенности трансформаторов для автоматической сварки под флюсом?
Как регулируют выходное напряжение трансформаторов для автоматической сварки под флюсом??


 

Сварочные выпрямители — это преобразователи напряжения переменного тока трехфазной сети в напряжение постоянного тока, используемое для дуговой сварки. В настоящее время отечественная промышленность серийно выпускает сварочные выпрямители для всех способов сварки, включая сварку в среде защитного таза, при пониженном давлении среды, а также сварку сжатой и импульсной дугами.

Устройство, состоящее из двух полупроводников различной проводимости, называется полупроводниковым диодом. Первый квадрант вольтамперной характерис тики полупроводникового неуправляемого диода (рис. 41) характеризует работу диода в прямом направлении; при этом приложенное к диоду напряжение в прямом направлении ?/пр = ?/пит вызывает увеличение прямого тока /пр через р — «-переход. Третий квадрант характеризует работу диода в обратном направлении, когда при изменении полярности напряжения питания проводимость перехода уменьшается и через него протекает обратный ток /0бр. Обратный ток зависит от температуры окружающей среды и приложенного обратного напряжения. При достижении равенства обратного напряжения С/0бр напряжению пробоя ?/„р0б в р — n-переходе полупроводникового диода происходит увеличение выделяемой мощности. Это приводит к увеличению его температуры и повышению концентрации неосновных носителей, что вызывает резкое увеличение значения обратного тока и пробой диода. Значение максимального обратного напряжения диода приведено в паспортных данных на полупроводниковые диоды; оно составляет 60 % напряжения пробоя ?/проб при заданной температуре окружающей среды.

Таким образом, на основе изучения свойств полупроводникового диода можно сказать, что он обладает односторонней проводимостью, т. е. является вентилем. Эти свойства полупроводникового диода широко используют в выпрямителях напряжения переменного тока. Действительно, если к цепи (рис. 42, а), состоящей из полупроводникового диода VI и резистора подключить Синусоидальное напряжение, то по цепи будет проходить в момент, когда полярность синусоидального напряжения будет совпадать с полярностью напряжения.

Протекание тока через диод VI Рис- 41- Вольтамперная характеристика прекращается в момент изменения полупроводникового диода и его условное полярности синусоидального напряжения. Точка А называется точкой закрытия (выключения) полупроводникового диода; при этом па цеди протекает обратный ток (обр, величиной которого на практике пренебрегаю;?. Рассмотренный полупроводниковый диод является неуправляемым, т. е. падение напряжения на резисторе RH при открытом диоде равно падению, напряжения на закрытом полупроводниковом диоде VI.

Отечественная промышленность выпускает управляемые полупроводниковые диоды, которые позволяют регулировать выходное напряжение в зависимости от сигнала управления.

Управляемый полупроводниковый диод, имеющий четырехслойную структуру перехода, называется тиристором. В отличие от неуправляемого диода тиристор имеет третий вывод — управляющий. При подаче на тиристор напряжения прямой полярности р — n-переходы П\ и Яз смещаются в прямом направлении (Открываются), а переход /72 остается закрытым. При этом напряжение источника питания приложено к р — л-переходу /?2, а ток, протекающий по тиристору, очень мал, тиристор закрыт-. Повышение напряжения- источника питания вызывает незначительное повышение силы тока, проходящего, через тиристор.

При равенстве напряжения источника питания ?/пр и напряжения включения ?/вкл. тиристора происходит повышение концентрации неосновных носителей в р — /г-переходе Я2, что вызывает резкое увеличение силы тока, проходящего через тиристор, за счет рекомбинации электронов и дырок. Тиристор открывается скачкообразно — переключается. Сила тока, проходящего через тиристор в открытом состоянии, определяется точкой пересечения нагрузочной прямой NA с рабочей ветвью ВС вольтамперной характеристики тиристора в первом- квадранте (рис. 43). После переключения тиристора падение напряжения на нем равно 0,5—1 В. Восстановление тиристора происходит автоматически при изменении полярности напряжения питания на обратно за время 1G—3:0 мкс.

Напряжение тиристора можно уменьшить введением неоснодных носителей в область, прилегающую в р «-переходу П2. В результате введения таких носителей увеличивается их концентрация, что снижает сопротивления перехода П2 и, как следствие, вызывает резкое увеличение силы тока. Тиристор открывается (переключается) при меньшем значении напряжения ?/вкл, которое обратно пропорционально току управления.-

Для обеспечения управления тиристором на его. управляющий электрод по-, дают положительные импульсы малой длительности, которые формируются источником напряжения управления. Параметры управляющего импульса указаны в паспорте на тиристор.

Вольтамперная характеристика управляемого диода (тиристора) и его условное обозначение

Напряжение включения тиристора UaKл обратно пропорционально температуре окружающей среды Гср. Поэтому при работе тиристора необходимо отводить теплоту, обеспечивая тем самым качественную его работу.

Пробой тиристора происходит так же, как и в неуправляемом диоде при превышении ?/о6ртах. Максимальное обратное напряжение Ub6ртйК указано в паспорте на тиристор и составляет 60 % напряжения пробоя (/проб- Рассмотренный тиристор представляет собой несимметричный элемент — вентиль; Поэтому в схемах выпрямления их число удваивается.

-Отечественная промышленность серийно выпускает симметричные полупроводниковые управляемые диоды — семисторы, представляющие собой две одинаковые четырехслойные структуры, размещенные в одном корпусе и включенные по встречно-параллельной схеме, или специальную пятислойную структуру с четырьмя р — «-переходами.

Полупроводниковые диоды в сварочном выпрямителе работают в тяжелых условиях, связанных с перегрузками прямыми токами и обратными напряжениями. Перегрузки прямого тока, проходящего через полупроводниковый диод, возникают при возбуждении дуги или при замыкании дугового промежутка каплей расплавленного металла и превышает его номинальное значение в 1,5—2 раза.

При сварке неплавящимся электродом в среде защитного газа сварочная дуга возбуждается импульсом тока, который в 4—8 раз превышает установившееся номинальное значение сварочного тока. В связи с такими перегрузками полупроводниковые диоды, и меняемые в сварочных выпрямителях, должны легко выдерживать перегрузки по току и иметь радиатор для отвода выделяемой теплоты.

Перегрузки по обратному напряжению на диоде возникают при переходных процессах (включение-выключение) в результате наведения ЭДС в обмотках трансформатора сварочного выпрямителя.

Отечественная промышленность серийно выпускает полупроводниковые диоды на основе германия, селена и кремния. Параметры полупроводниковых диодов зависят от температуры. Пробой (разрушение) перехода возникает от быстрого увеличения количества теплоты в нем в результате превышения значений прямого тока и обратного напряжения (рис. 44). Именно поэтому для выпрямителей средней и большой мощности обязательно принудительное охлаждение (воздушное или водяное), что обеспечивает постоянство температуры перехода полупроводниковых диодов, работающих в сварочных выпрямителях.


 

Вольтамперные характеристики полупроводниковых диодов из различных материалов

 

Для отечественных полупроводниковых диодов максимальное значение температуры, которую р — л-переходы выдерживают без пробоя длительное время, следующее: для германия Ge<100°C; для селена Se^I30°C; для кремния Si^200°C. Полупроводниковые диоды из германия имеют низкое значение допустимой температуры и не выдерживают перегрузок по току; Полупроводниковые диоды из кремния имеют более высокую перегрузочную способность по температуре, чем диоды из селена. Положительным качеством селеновых диодов является их автоматическое восстановление при случайном перенапряжении, под действием которого происходит пробой перехода, а место пробоя восстанавливается. При этом полезная площадь уменьшается, и селеновый диод работает при меньших значениях прямого тока /пр. Существенный недостаток полупроводниковых диодов на основе селена — их старение, т: е. при эксплуатации и даже при хранении увеличивается его внутреннее сопротивление в прямом направлении-. Это приводит к уменьшению тока диода /пр при прочих равных условиях.

Существенным преимуществом кремниевых полупроводниковых диодов по сравнению с полупроводниковыми диодами на основе германия и селена является значительно меньшее значение обратного тока и высокий коэффициент температурной стабилизации, что позволяет применять их в более широком диапазоне рабочих температур с более высокими значениями рабочих напряжений. Поэтому современные сварочные выпрямители комплектуют кремниевыми управляемыми и неуправляемыми диодами.

Если расчетное значение тока, протекающего по диоду, превышает допустимые значения /пр, то диоды включают параллельно с добавочными резисторами. Сопротивление этих резисторов должно быть больше в 5—10 раз сопротивления диода в прямом направлении (рис. 45, а). При превышении обратного напряжения на диоде их следует включать последовательно (рис. 45, б) в необходимом количестве. Для выравнивания обратных сопротивлений диодов параллельно им включают шунтирующие резисторы /?Ш| сопротивление которых должно быть значительно меньше обратных сопротивлений полупроводниковых диодов.

При работе сварочных выпрямителей на полупроводниковых диодах возникают кратковременные пики обратного напряжения. В целях предохранения диодов от пробоя применяют шунтирующие /?р —Ср-цепи (рис. 45,в) (индекс «р» означает разрядные). Значение сопротивления. Схемы соединения полупроводниковых диодов и включение их с RC цепью резистора /?р и емкости конденсатора Ср выбирают из следующих соотношений: где Су — собственная емкость полупроводникового диода, L — индуктивность сварочного контура.

В сварочных выпрямителях обычно применяют трехфазную мостовую схему выпрямления, предложенную А. Н. Ларионовым в 1923 г. Выпрямитель, собранный по этой схеме, равномерно загружает трехфазную сеть и имеет высокие технико-экономические показатели. Однако электромагнитные процессы, протекающие в реальном сварочном выпрямителе, очень сложны, так как он содержит множество нелинейных элементов: сварочную дугу, полупроводниковые диоды, индуктивности обмоток трансформатора.

Из теории нелинейных цепей известно, что в целях упрощения расчета необходимо сделать определенные допущения — нелинейные цепи должны быть заменены линейными, идеализированными. Поэтому рассматриваемую схему выпрямления принимаем идеальным выпрямителем, в состав которого входят идеальный трансформатор и идеальные полупроводниковые диоды, а нагрузку — сварочную дугу — заменяем резистором.

Идеальный трансформатор — это трансформатор без полей рассеяния и энергетических потерь, т. е. коэффициент трансформации /е=1.

Идеальные полупроводниковые диоды — это диоды, у которых приращение прямого напряжения, обратный ток /0бр и сопротивление прямому току равны нулю, а обратное сопротивление Ro6p==oo (рис. 46).

Рассмотрим схему выпрямителя (рис. 47), в которой выполнены перечисленные выше допущения, а дуга замещена резистором. Работу схемы будем анализировать при условии, что обмотки трансформатора соединены в звезду. В каждом плече выпрямителя по одной группе диодов — нечетная VI, V3, V5 и четная V2t V6, которые образуют соответственно положительный и отрицательный полюсы выпрямителя. При принятых допущениях можно сказать, что ЭДС в каждой фазе вторичной обмотки равна фазному напряжению этих обмоток, т. е. е2ф««2ф.

На рис. 48 показано изменение во времени фазных ЭДС, тока и напряжения на выходе выпрямителя, характеризующих его работу. В каждый момент времени, например открыт один диод нечетной группы, причем его открытие соответствует точкам пересечения положительных участков мгновенных ЭДС, вторичных обмоток трансформатора (рис. 48, а, точки Л), а в момент /2 открыт один диод четной группы, причем его открытие соответствует точкам пересечения отрицательных участков этих же ЭДС (рис. 48, а, точки В). ЭДС ?20, в», ?2с сдвинуты относительно друг друга на угол 2л/3. Открытие каждого диода происходит один раз за период, а открытие диодов в тех же фазах, но относящихся к разным группам, происходит один раз за полпериода, причем моменты их открытия по отношению друг к другу сдвинуты на угол л/3. Начиная с момента открытия, диод в нечетной группе имеет наибольший положительный потенциал на аноде, а диод в четной группе — отрицательный потенциал _ на катоде.


 

В течение временного интервала t\ — /2 открыты диоды VI и V4. В момент времени диод V4 отключается и включается диод V6, а диод VI продолжает работать до момента времени /3. В момент времени /3 диод VI отключается, а диод V3 включается, и так далее. Коммутация (включение- отключение) диодов при принятых допущениях происходит мгновенно. На основании мгновенной ком-?

Аналогично можно найти мгновенное значение и для других промежутков времени. Тогда среднее значение выпрямленного напряжения С/д, численно равное выходному напряжению выпрямителя в режиме холостого хода UK, можно найти за период повторяемости, равный 2л/3, из выражения.

При принятых допущениях изменение мгновенного значения тока :пр, проходящего через диоды в заданный момент времени, повторяет изменение мгновенного значения выпрямленного напряжения (рис. 48, в). Выпрямленное напряжение ?/д имеет пульсации, частота которых в 6 раз больше частоты напряжения сети, так как чередование пар диодов происходит 6 раз за период.

В тот момент времени, когда диоды являются непроводящими, к ним прикладывается амплитудное значение вторичного линейного напряжения, определяемого выражением

На основании выражения (32) можно сказать, что в трехфазной мостовой схеме выпрямления максимальное обратное напряжение диодов практически равно выпрямленному напряжению холостого хода.

Рассмотренный режим работы трехфазного мостового выпрямителя является идеализированным. В реальном сварочном выпрямителе переходные процессы значительно отличаются от рассмотренных, так как обмотки трансформатора имеют значительную индуктивность, которую нельзя не учитывать. Наличие индуктивности в цепи выпрямителя приводит к тому, что переключение (коммутация) диодов происходит не мгновенно, как было в идеализированном выпрямителе, а плавно. Такое?

Считается законом коммутации, согласно которому ток в индуктивном элементе не может изменяться скачком. Интервал времени, например t\—/2, в течение которого происходит изменение тока фазы от максимального значения до нуля, называется этапом коммутации (углом коммутации) и обозначается ф.

В целях уменьшения влияния пульсаций фазных токов, в том числе и на интервале коммутации, "на выходной ток выпрямителя последовательно сопротивлению нагрузки, имитирующей сварочную дугу, включают сглаживающий дроссель, индуктивность которого принимают равной бесконечности. Рассмотрим работу реального трехфазного мостового выпрямителя (рис. 49). При коммутации фазных токов в рассматриваемый промежуток времени возникает переменный магнитный поток рассеяния, который индуктирует в витках, сцепленных с ним, ЭДС рассеяния.

Выражение (36) позволяет рассчитать индуктивное сопротивление обмотки трансформатора для фазы. Принимая во внимание выражения (38) — (35), на основании (36) можно получить значения индуктивных сопротивлений обмоток трансформатора для трех фаз.

Индуктивное сопротивление сглаживающего дросселя?

В момент времени t\ диод V3 открывается и по нему протекает ток, но в этот момент диод VI продолжает работать, так как в фазе А индуктируется ЭДС рассеяния, которая препятствует спаду тока /ПР i и, следовательно, закрытию диода VI. Ток /,,р i спадает до нуля по синусоидальному закону за временной промежуток, который называется этапом (углом) коммутации ср. Пренебрегая падением напряжения на открытых диодах VI и V3, можно сказать, что в момент коммутации фазы А и В вторичной обмотки трансформатора замкнуты накоротко. Токи, протекающие по фазам Л и В через диоды VI и V3, имеют синусоидальную форму, что возможно только при наличии в цепи нагрузки сглаживающего фильтра Значения токов, протекающих через диоды VI и V3 в коммутационный период, можно определить из выражений.

Значения токов, протекающих через диоды VI и V3 во вне коммутационный период времени, когда ф = 0, равны среднему значению /о за период, т. е. /пр = /о/З.

Тот же самый процесс проходит в диодах V6 и V2 при пересечении синусоид в2а и воt, т. е. после момента времени /3.

Среднее значение выпрямленного напряжения Uо для периода коммутации ф определим из выражения, где Uд — напряжение сварочной дуги, численно равное среднему значению выпрямленного напряжения.

Как видно из выражения (42), среднее значение выпрямленного напряжения (Jo обратно пропорционально углу коммутации ср, т. е. чем больше ф, тем меньше Uо при том же значении напряжения сети. Это связано с тем, что в интервале коммутации токи, проходящие через обмотки трансформатора, имеют синусоидальную форму и создают падение напряжения на индуктивной составляющей этих обмоток:

Момент включения тиристоров определяется углом управления а, отсчет которого начинается от угла естественного включения, равного л/3 и сдвинутого влево от максимального значения фазных ЭДС вторичных обмоток трансформатора (рис. 52,6). На рис. 52, в показано прохождение тока /пр через тиристор во время коммутации.

Угол управления выбирают в зависимости от типа нагрузки; при активной нагрузке RH (?ф = 0) угол а < л/6. Такое значение угла управления обеспечивает непрерывность выходного тока выпрямителя. Если угол при активной нагрузке, то управляемый выпрямитель потребляет из сети реактивную мощность, что приводит к снижению коэффициента мощности cos ф и прерывистости выходного тока.

При индуктивной нагрузке пульсации тока в нагрузке сглаживаются, и ток является непрерывным при угле а ^ л/6. Предельное значение угла управления не должно быть больше л/2.

Среднее значение выпрямленного напряжения на выходе управляемого выпрямителя при индуктивной нагрузке определяется выражением, где (Уд — напряжение сварочной дуги, численно равное выходному напряжению управляемого выпрямителя при заданном угле управления а; max амплитудное значение фазной ЭДС вторичной обмотки трансформатора; а — угол управления тиристорами.

Таким образом, чем больше угол а, тем меньше выходное напряжение (рис. 53). Для открытия тиристора необходимо иметь импульс малой длительности или импульс с крутым передним фронтом, что обеспечивает е.го "четкое открытие и уменьшает нагрев управляющего электрода.

Формирование управляющих импульсов осуществляется системой управления, структурная схема которой приведена на рис. 54. Входным устройством в рассматриваемой схеме является понижающий трансформатор 7\ предназначенный для формирования необходимой амплитуды импульса и синхронизации его с напряжением сети. Фазосдвигающее устройство ФСУ является основным звеном системы управления, в котором происходит сравнение напряжения, поступающего от трансформатора и пилообразного напряжения, сформированного генератором пилообразного напряжения ГПИ.

При равенстве амплитуд сравниваемых напряжений на выходе ФСУ формируется импульс заданной длительности и сдвинутый на угол а по отношению к углу (фазе) естественного включения. Этот импульс усиливается до необходимой амплитуды в блоке усилителя-формирователя УФ и поступает на управляющий электрод тиристора УЭТ.

Для обеспечения различных способов сварки необходимо, чтобы источник питания имел соответствующую внешнюю характеристику. Для выпрямителя — это зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения выпрямленного тока Uo=f(I0) при Ui = const.

Из (47) следует, что форма внешней характеристики сварочного выпрямителя зависит от падения напряжения UL, создаваемого током на индуктивном сопротивлении, проходящим по сварочному контуру. Для получения падающей внешней характеристики сварочного выпрямителя в сварочный контур специально вводят индуктивное сопротивление — сварочный дроссель или трансформатор с большими магнитными полями рассеяния. На рис. 55 приведены внешние характеристики сварочного выпрямителя в зависимости от индуктивного сопротивления XL в сварочном контуре общее активное сопротивление сварочного контура). Отечественная промышленность выпускает сварочные выпрямители с падающей и жесткой внешними характеристиками.


 

Сварочные выпрямители, имеющие падающую характеристику, применяют для ручной сварки, резки и наплавки, а также для автоматической сварки под флюсом.

 

Падающая внешняя характеристика сварочного выпрямителя обеспечивается понижающим трансформатором с усиленными магнитными полями рассеяния (ВД-201 и ВД-306) или включением дросселя насыщения между трансформатором и выпрямителем (ВД-502-2).

Внешние характеристики выпрямителя

Устройство и принцип действия сварочных выпрямителей ВД-201 и ВД-306 аналогичны. Отличительной особенностью сварочного выпрямителя ВД-201 являются меньшие значения электрических параметров.

а — вид сбоку со снятым кожухом; б — общий вид

На металлической раме выпрямителя ВД-306 размещены (рис. 56) выпрямительный блок 1 с вентилятором и трехфазный понижающий трансформатор 2 с усиленными магнитными полями рассеяния. С трех сторон конструкция защищена кожухом, а сверху крышкой, на которой размещена рукоятка 3 плавного регулирования сварочного тока. На лицевой панели конструкции расположены амперметр 4, кнопки 5 «Пуск» и «Стоп», переключатель 6 диапазонов сварочного тока, два разъема 8 для подключения сварочного кабеля, имеющих соответствующую полярность (+) и (—), и разъем 9 для подключения выпрямителя к сети. Для обеспечения необходимого температурного режима полупроводниковых диодов в выпрямительном блоке имеется вентилятор. Металлическая рама установлена на двух колесах 7.

Усиленные магнитные потоки рассеяния трехфазного понижающего трансформатора получают изменением магнитной связи между первичной (неподвижной) и вторичной (подвижной) обмотками. Вторичную обмотку перемещают поворотом рукоятки 3 в соответствующую сторону, обеспечивая плавное изменение силы тока заданной ступени и падающую внешнюю характеристику. Ступенчатое регулирование осуществляют переключением обмоток трансформатора по схеме «звезда-звезда», обеспечивая ступень малых токов, и по схеме «треугольник-треугольник», обеспечивая ступень больших токов. Для этого служит переключатель 6 диапазонов сварочного тока, который на упрощенной электрической схеме (рис. 57) обозначен П. Для защиты полупроводниковых диодов от перенапряжений между фазами вторичной обмотки трансформатора 77 включены защитные разрядные цепи (на рис. 57 не показаны).

При нажатии кнопки «Пуск» (на рис. 57 не показана) включаются электродвигатель М вентилятора и вспомогательный трансформатор Т2. При достижении необходимой скорости обдува полупроводниковых диодов срабатывает реле контроля вентиляции, которое через свой замыкающий контакт К2 подает напряжение питания на магнитный пускатель К1. Магнитный пускатель К1 своими контактами подключает первичную обмотку трансформатора wl к напряжению сети. При этом на выходе

сварочного выпрямителя ВД-306 появится напряжение постоянного тока ?Ль он готов к работе. По окончании работы необходимо нажать кнопку «Стоп» (на рис. 57 не показана).

Аварийное отключение сварочного выпрямителя происходит при сни¬жении скорости обдува полупроводниковых диодов, при пробое любого из диодов или при замыкании вторичных обмоток трансформатора w2 на корпус. При снижении скорости обдува диодов отключается реле контроля вентиляции К2, а при пробое одного из диодов или замыкании вторичных обмоток трансформатора w2 на корпус срабатывает блок защиты, состоящий из вспомогательного трансформатора Т2, реле контроля КЗ и магнитного усилителя А. При этом отключается магнитный пускатель /С/.

Принцип действия блока защиты основан на зависимости выходного тока магнитного усилителя от силы тока, протекающего по вторичной обмотке трансформатора 77. С этой целью через окна магнитопровода магнитного усилителя А проходят провода двух фазных обмоток трансформатора 77, которые выполняют функцию его обмотки управления. В нормальных условиях сила токов, протекающих в каждой фазе, соответствует номинальному значению. При этом магнитопровод магнитного усилителя А является ненасыщенным, а сила тока, проходящего по цепи: вторичная обмотка трансформатора Т2, реле контроля КЗ и рабочие обмотки магнитного усилителя Л, не создает необходимого падения напряжения на обмотке реле контроля КЗ. При пробое диодов или замыкании вторичных обмоток трансформатора 77 сила тока, протекающего в соответствующей фазе, увеличивается. Это приводит к насыщению магнитопровода магнитного усилителя А и увеличению тока, проходящего по цепи: вторичная обмотка трансформатора Т2, реле контроля КЗ и рабочие обмотки магнитного усилителя Л, вызывая срабатывание реле контроля КЗ. Это реле своим контактом разрывает цепь управления магнитного пускателя К1, происходит отключение выпрямителя от сети.?

Сварочный выпрямитель ВД-502-2 предназначен для ручной дуговой сварки и автоматической сварки под флюсом. Крутопадающая внешняя характеристика выпрямителя обеспечивается изменением магнитного состояния дросселя насыщения, включенного между трансформатором и выпрямительным блоком. Изменение сварочного тока выпрямителя ВД-502-2 осуществляется ступенчато-плавно: ступенчатое — переключением двух секций первичной обмотки переключателем диапазонов сварочного тока, плавное — изменением силы тока намагничивания дросселя насыщения. Увеличение тока намагничивания приводит к увеличению сварочного тока данной ступени, и наоборот. Блок защиты выпрямителя ВД-502-2 аналогичен по устройству и принципу действия блоку защиты выпрямителя ВД-306.

В целях обеспечения высокого качества сварочного процесса выпрямитель ВД-502-2 снабжен стабилизатором напряжения, который обеспечивает постоянное значение выходного напряжения при колебаниях напряжения сети.

Наличие дистанционного пульта у выпрямителя ВД-502-2 позволяет управлять им на расстоянии. На пульте расположены выключатель сети и рукоятка регулятора сварочного тока. Лицевая панель выпрямителя ВД-502-2 аналогична лицевой панели выпрямителя ВД-306. Технические характеристики сварочных выпрямителей с падающей внешней характеристикой приведены в табл.


 

При сварке плавящимся электродом в среде защитного газа вольтамперная характеристика сварочной дуги круто возрастает. Для обеспечения стабильного сварочного процесса в среде защитного газа необходимо, чтобы источник питания имел жесткую характеристику.

стержнях расположены первичная трехфазная обмотка w 1 и большая часть вторичной — «L а в окнах р размещена остальная часть вторичной обмотки. На среднем ярме СЯ и верхнем — ВЯ расположены обмотки управления соответственно доу2 и доУ1, предназначенные для изменения магнитной проводимости среднего и верхнего ярм. Секции вторичной обмотки W2a и до2р соединены последовательно-согласно; соотношение между ними выбрано с таким расчетом, чтобы обеспечить необходимый диапазон регулирования выходного напряжения выпрямителя.

При подаче напряжения в обмотку управления доу2 происходит подмагничивание среднего ярма, и тогда основной магнитный поток Ф замыкается по верхнему ярму. При этом в работу включается вся вторичная обмотка, т. е., что вызывает повышение напряжения на выходе трансформатора. При подаче напряжения в обмотку управления доУ1 происходит подмагничивание верхнего ярма, и тогда основной магнитный поток Ф замыкается по среднему ярму. При этом в работу включается нижняя часть вторичной обмотки до2а, и напряжение на выходе трансформатора уменьшается. При подаче напряжения одновременно в обе обмотки управления доУ1 и доу2 на выходе трансформатора появляется напряжение промежуточного значения, пропорциональное отношению напряжений в обТаким образом, чем больше угол а, тем меньше выходное напряжение (рис. 53). Для открытия тиристора необходимо иметь импульс малой длительности или импульс с крутым передним фронтом, что обеспечивает е.го мотках доУ1 и доу2.

Рассмотрим электрическую схему выпрямителя ВДГ-303, показанную на рис. 60. БСН — блок сравнения напряжения на выходе выпрямителя с заданной величиной представляет с/ptable border=/trобой нелинейный мост, в противоположные плечи которого включены резисторы R1 и /?2, стабилитроны

VI и V2. Нагрузкой моста (точка а и Ь) является блок усилителя-формирователя БУФ, состоящего из бесконтактного реле (транзисторы 1/77, VT2, VT3, VT4) с двухтактным выходом и дифференциального усилителя (транзисторы VT5 и VT6), нагрузкой которого служат обмотки управления Ж) и шУ2 понижающего трансформатора.

Если напряжение на входе БСН соответствует заданному, например максимальному, то на выходе моста (точки а и Ь) сигнал отсутствует. Бесконтактное реле отключено. При этом транзистор VT5 дифференциального усилителя открыт, и его коллекторный ток протекает по обмотке wy\, создавая необходимое подмагничивание среднего ярма понижающего трансформатора. При уменьшении заданного напряжения происходит разбаланс моста, и в точках а и b появляется напряжение разбаланса, которое включает бесконтактное реле. Это вызывает переключение дифференциального усилителя (транзистор VT5 закрывается, а транзистор VT6 открывается). При этом питание получает обмотка управления шУ2, которая создает необходимое подмагничивание верхнего ярма понижающего трансформатора. Это приводит к уменьшению выходного напряжения выпрямителя.

Напряжение смещения базовых цепей транзисторов VT3 и VT4 и напряжение питания всего блока усилителя-формирователя подается от вспомогательного источника питания (на рис. 60 не показан). ,

Блок коррекции сварочного тока БКТ предназначен для изменения наклона внешней характеристики выпрямителя и состоит из трех однофазных трансформаторов тока ТА J, ТА2, ТАЗ и маломощного выпрямителя, собранного по трехфазной мостовой схеме МБ. Блок коррекции сварочного тока настраивают изменением переменного резистора R3. В целях уменьшения разбрызгивания металла в процессе сварки БКТ настраивают так, чтобы наклон стабилизированных внешних характеристик совпадал с наклоном естественных внешних характеристик.

Сварочный дроссель на выходе выпрямителя предназначен для выбора режима сварки. При сварке тонкой электродной проволокой диаметром 0,8—1,2 мм в сварочный контур включают часть витков дросселя, а при увеличении диаметра проволоки дроссель включают полностью.

Внешние характеристики выпрямителя. ВДГ-303:

1,2,3— ступени регулирования

Выходное напряжение выпрямителя является практически постоянным. Все пульсации напряжения, возникающие при коммутации обмоток управления или по другим причинам, сглаживаются индуктивностью как самих обмоток управления, так и сварочного дросселя. На рис. 61 приведены внешние характеристики выпрямителя ВДГ-303 для трех ступеней регулирЭлектрическая схема идеального трехфазного выпрямителяования: минимальной /, промежуточный ток, A

Диапазон регули src=рования сварочного src=тока, А Напряжение, В: холостого хода номинальное рабочее

Пределы, регулирования напряжения, В: номинального рабочего холостого хода Потребляемая мощности, кВ-А Габаритные размеры, мм

Масса, кг

Примечание. Для выпрямителей ВДГ-303 и ВДГ-601 номинальный режим работы ПВ=60 %, а для источника постоянного тока И-119 ПВ = 100 % для токов 315 А и ПВ = 60 % для токов 400 А. 1

2 и максимальной 3. Плавное регулирование в пределах каждой ступени осуществляют переменным резистором R4. Техническая характеристика выпрямителя ВДГ-303 приведена в табл.

Выпрямитель ВДГ-601 (рис. 62) состоит из трехфазного понижающего трансформатора Т с жесткой внешней характеристикой, тиристорного преобразователя 777, собранного на кремниевых управляемых диодах по кольцевой схеме выпрямления, сварочного дросселя с секционированной обмоткой, что позволяет получить две ступени сварочного тока.

Блок фазового управления БФУ смонтирован на логических элементах Т-404. Питание бло2819808703/ppСреднее значение выпрямленного напряжения на выходе управляемого выпрямителя при индуктивной нагрузке определяется выражением, где (Уд — напряжение сварочной дуги, численно равное выходному напряжению управляемого выпрямителя при заданном угле управления а; max амплитудное значение фазной ЭДС вторичной обмотки трансформатора; а — угол управления тиристорами.ка осуществляется от дополнительного трансформатора. Блок фазового управления формирует управляющие импульсы, поступающие на тиристорный преобразователь Г/7. Стабилизация выходного напряжения выпрямителя осуществляется через обратную связь по напряжению с выхода тиристорного преобразователя на блок фазового управления. При этом обеспечивается стабильность выходного напряжения с точностью ±1В в диапазоне 18—50 Вис точностью ±5 В в диапазоне 50—66 В.

Выпрямитель ВДГ-601 имеет две ступени регулирования сварочного тока: ступень больших токов БТ и ступень малых токов МТ. Переход с одной ступени на другую осуществляют дистанционно в процессе сварки переключением секций дросселя. Конструкция выпрямителя ВДГ-601 выполнена по стандартному образцу на колесах, в ее комплект входит блок дистанционного управления. Выпрямитель включают переводом рукоятки автоматического выключателя в положение «Включено». Затем устанавливают род управления — «местное» или «дистанционное» и нажимают кнопку «Пуск» — выпрямитель готов к работе. Техническая характеристика выпрямителя ВДГ-601 приведена в табл. 9.

Источник питания постоянного тока И-119 имеет более высокие технико-экономические показатели, чем выпрямитель ВДГ-601, и предназначен для дуговой сварки в защитных газах плавящимся электродом в различных пространственных положениях по заданной программе совместно с автоматическим манипулятором. В отличие от выпрямителя ВДГ-601 рассматриваемый источник питания постоянного тока имеет шестифазную схему выпрямления с уравнительным дросселем, сварочный дроссель с тиристорным шунтом и систему управления, обеспечивающую его работу в двух режимах — «местном» и «дистанционном». В любом из этих режимов система управления обеспечивает регулирование выходного напряжения источника питания И-119 по заданной программе, его стабилизацию при изменении напряжения сети, включение тиристорного шунта сварочного дросселя в момент зажигания сварочной дуги с целью улучшения ее возбуждения и отключение тиристорного шунта после появления сварочного тока с заданной выдержкой в диапазонеД05—0,5 с. С этой целью система управления вырабатывает следующие сигналы напряжения: управляющий сигнал 3,75—10 В, который соответствует изменению выходного напряжения от 15 до 40 В; сигнал шунтирования напряжением 10 В; сигнал пуска 10 В, при пропадании которого источник питания И-119 автоматически отключается.

При работе источника питания И-119 с дистанционным пультом система управления формирует информационные сигналы напряжения на пульт следующими напряжениями: сигнал изменения сварочного тока в выбранном диапазоне 0—10 В; сигнал наличия сварочного тока 10 В; сигнал наличия сварочного напряжения 10 В.

Источник питания И-119 (рис. 63) выполнен в стационарном унифицированном шкафу 2. На передней панели шкафа размещена панель управления /, а на задней — панель подключения 6. Внутри шкафа размещены: уравнительный дроссель «?, выпрямительный блок 4, трансформатор питания 5. Техническая характеристика источника питания И-119 приведена в табл. 9.


 

Универсальные выпрямители применяют при ручной сварке, автоматической сварке под флюсом и в защитных газах. Такой широкий диапазон применения рассматриваемых выпрямителей обеспечивается их внешними характеристиками, которые могут быть как крутопадающие, так и пологопадающие и жесткие. Отечественная промышленность серийно выпускает выпрямители ВДУ-506, ВДУ-1201 и И-115.

 

Рассматриваемые выпрямители обеспечивают плавное дистанционное регулирование сварочного тока, выходного напряжения и его стабилизацию при колебаниях напряжения сети при всех способах сварки. Выпрямители имеют современную аварийную защиту как от кратковременных коротких замыканий, так и от различных перегрузок, возникающих в процессе работы, а также снабжены емкостным фильтром для снижения уровня радиопомех, создаваемых при работе.

Выпрямитель ВДУ-506 выполнен в виде однокорпусной передвижной установки и предназначен для однопостовой ручной дуговой сварки, автоматической сварки под флюсом и механизированной сварки в среде защитного газа (СОг) в различных пространственных положениях. Этот выпрямитель входит в комплект сварочных полуавтоматов. Внешние характеристики выпрямителя ВДУ-506 показаны на рис. 64, а (ПВХ — падающая внешняя характеристика и ЖВХ — жесткая внешняя характеристика).

Выпрямитель ВДУ-1201 выполнен в виде однокорпусной стационарной конструкции и предназначен для всех способов дуговой сварки. Внешние характеристики выпрямителя ВДУ-1201 показаны на рисунке питания и выпрямителя БТП и В\ блок фазового управления БФУ; блок обратных связей по току и напряжению БОСТ и Я и сварочный дроссель L. Вторичная обмотка трансформатора питания имеет две секции (а\; Ь[\ сi и аг; й||, каждая из которых соединена в звезду, а их нейтральные провода образуют положительный и отрицательный полюсы выходного напряжения (рис. 66). Блок управляемых диодов В1 включен по шестифазной кольцевой схеме, причем к анодам диодов подсоединены начала обмоток одной секции, а к катодам — начала обмоток другой секции.

Блок фазового управления БФУ тиристорами VI ИИ! является стандартным (на рис. 66 не показан) и состоит из входного устройства, фазосдвигающего устройства и усилителя сигналов управления Принцип действия и устройство каждого блока описаны в гл. 4.

Блок обратной связи по току и напряжению БОСТ и Я состоит из трех однофазных трансформаторов ТА1, ТА2, ТАЗ, которые служат датчиками сварочного тока, маломощного выпрямителя В2 и резистора R1 — формирователя обратной связи по току. Обратная связь по напряжению снимается с клемм МЫ. При работе с падающими характеристиками используется обратная связь по току, а при работе с жесткими характеристиками — обратная связь по напряжению. Структурная схема выпрямителя ВДУ-506 (рис. 67) в отличие от рассмотренной структурной схемы выпрямителя ВДУ-1201 (см. рис. 65) Имеет дополнительные блоки: сумматор формирователь управляющего напряжения БФУН и блок задания режима БЗР.

Вторичные обмотки понижающего трансформатора питания 77 соединены с выпрямительным блоком В1 по шестифазной схеме выпрямления с уравнительным дросселем L1 (рис. 68). Отрицательная шина выпрямителя через сварочный дроссель L2 соединена со средней точкой уравнительного дросселя LV. Катоды управляемых диодов VI — V6 подсоединены к положительной шине выпрямителя. В качестве датчика тока в Рис. 65. Структурная схема выпрями- выпрямителе ВДУ-506 применен теля ВДУ-1201   магнитный усилитель Л, обмоткой

Электрическая схема выпрямителя ВДУ-1201

управления которого служит положительная шина. Питание магнитного усилителя подается от дополнительного трансформатора Т2. В остальном блок обратной связи по току и напряжению аналогичен блоку выпрямителя ВДУ-1201. Блок фазового управления выпрямителя ВДУ-506 является стандартным.

Сумматор — устройство сравнения — вырабатывает сигнал управления, пропорциональный изменению напряжения сети и сигналу обратной связи по току и напряжению, в зависимости от технологических требований (на рис. 68 не показан).

Блок задания режима предназначен для установки необходимого технологического режима при самостоятельной работе выпрямителя либо в комплекте со сварочным автоматом или полуавтоматом. При этом сигнал на блок задания режима поступает от соответствующих блоков управления (на рис. 68 не показан).

Сигналы с выхода сумматора и блока задания режима поступают на входы блока формирования управляющего напряжения, который формирует сигнал для блока фазового управления в зависимости от принятых условий работы, способа сварки и изменения напряжения сети, а также сигналов обратной связи по сварочному току и напряжению (на рис. 68 не показан).

Структурная схема выпрямителя ВДУ-506

Сварочный дроссель как в выпрямителе ВДУ-1201, так и в выпрямителе ВДУ-506 предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшения разбрызгивания металла при сварке. Полную индуктивность дросселя используют при работе на падающей внешней характеристике, меньшую индуктивность — на второй ступени регулирования жесткой внешней характеристики.

Первичные обмотки трансформаторов питания у рассмотренных выпрямителей включают как по схеме «звезда», так и по схеме «треугольник». На рис. 66 и 68 первичные обмотки включены по схеме «звезда».

Рассмотренные выпрямители обеспечивают точность стабилизации выходного напряжения при работе на жесткой внешней характеристике и сварочного тока на падающий внешней характеристике до 2,5 % при колебании напряжения сети в диапазоне.

Технические характеристики выпрямителей ВДУ-506 и ВДУ-1201 приведены в табл. 10.

Сварочный выпрямитель И-115 предназначен для дуговой автоматической и механизированной сварки в защитных газах (СОг) и является дальнейшим совершенствованием источников питания постоянного тока.

Схема включения секций сварочного дросселя выпрямителя ВДУ-506

При снятии защитного кожуха 2 обеспечивается доступ к блокам источника питания при обслуживании и ремонте. Переход с одной внёшней характеристики на другую и ее оптимизация осуществляется с помощью ручек управления и контрольных приборов, расположенных на панели управления 1. Рым-болты, установленные на верхней крышке шкафа, предназначены для перемещения источника питания И-115 с помощью подъемно-транспортного механизма. Техническая характеристика источника питания И-115 приведена в табл. 10.


 

При выборе сварочного выпрямителя для различных способов сварки определяют вольтамперную характеристику дуги и рассчитывают ее параметры в зависимости от режима сварки, руководствуясь соответствующим стандартом.

На основании технических условий эксплуатации сварочных выпрямителей и заданных электрических параметров сварки выбирают сварочный выпрямитель требуемой мощности и с необходимым режимом его работы (продолжительный, перемежающийся или повторно-кратковременный), а также устанавливают соответствие вольтамперной характеристики сварочной дуги с внешней характеристикой сварочного выпрямителя.

Выбор сварочного выпрямителя для различных способов сварки рассмотрим на примерах.

Пример 1. Выбрать источник питания постоянного тока для ручней дуговой сварки на постоянном токе силой 250 А.

Решение. При ручной дуговой сварке покрытыми электродами на Достоянном токе силой 250 А дуга имеет жесткую вольтамперную характеристику. Для повышения стабилизации горения сварочной дуги в этом случае применяют выпрямители с падающей внешней характеристикой. При такой внешней характеристике ток короткого замыкания несколько больше рабочего тока, что не нарушает теплового режима- сварки при возникновении случайных коротких замыканий. Кроме того, при частых изменениях напряжения дуги, характерных для ручной дуговой сварки, сварочный ток изменяется незначительно. Напряжение сварочной дуги при ручной сварке находится в пределах 20—36 В и устанавливается в зависимости от конкретных условий и опыта сварщика.

В целях правильного выбора выпрямителя необходимо знать его технические характеристики (см. табл. 8). Наиболее удовлетворяет заданным параметрам выпрямитель ВД-306, который обеспечивает работу в течение 3 мин и паузу в течение 2 мин (номинальный режим работы выпрямителя ВД-306 при ПН-60%). При этом полный временной цикл (время работы и время паузы) составляет для ручной дуговой сварки 5 мин. Выпрямитель ВД-201 не обеспечивает заданный сварочный ток, а выпрямитель ВД-502, потребляемая мощность которого почти в 2 раза больше мощности выпрямителя ВД-306, будет экономически невыгоден из-за больших энергозатрат.

Пример 2. Выбрать, источник питания постоянного тока для механизированной сварки в среде углекислого газа на постоянном токе силой 500 А,

Решение. Для механизированной сварки в среде защитного газа применяют источник постоянного тока — выпрямители с жесткой или возрастающей внешними характеристиками, так как вольтамперная характеристика дуги также является жесткой или возрастающей. Напряжение сварочной дуги при механизированной сварке в среде углекислого газа находится в пределах 22—34 В для сварочного тока, изменяющегося в диапазоне 200—500 А, и зависит от марки материала и толщины свариваемых деталей в конкретных условиях.

Для механизированной сварки в среде защитных газов отечественная промышленность выпускает выпрямители о жесткой внешней характеристикой .(см. табл. 9) и универсальные выпрямители (см. табл. 10). Наиболее удовлетворяют заданному условию выпрямитель ВДГ-601, имеющий жесткую внешнюю характеристику, и выпрямитель И-115, имеющий падающую и жесткую характеристики. Следует отметить, что выпрямитель И-115 более предпочтителен, так как 'он обеспечивает продолжительный режим работы при прочих равных условиях. В зависимости от конкретных условий на выходе выбранного выпрямителя устанавливается значение напряжения, обеспечивающее необходимую стабильность горения сварочной дуги и качество сварных соединений. Сварку в среде углекислого газа рекомендуется выполнять на обратной полярности. Применение выпрямителей большей мощности с аналогичными внешними характеристиками будет экономически неэффективным из-за больших энергозатрат.

Вопросы для повторения

Какие схемы выпрямления переменного тока применяют в сварочных выпрямителях?
Чем отличается сварочный управляемый выпрямитель от сварочного неуправляемого выпрямителя?
Как получают необходимые внешние характеристики в сварочных выпрямителях?
Объясните назначение сварочного дросселя.
Как регулируют напряжение дуги и сварочный ток в сварочных выпрямителях?


 

В некоторых отраслях промышленности, в частности в машиностроении, судостроении, возникает необходимость размещения большого количества сварочных постов на ограниченной производственной- площади, что резко снижает производительность сварочных работ, увеличивает загрузку подъемно-транспортного оборудования и повышает опасность поражения сварщиков электрическим током.

В целях повышения эксплуатационных и технико-экономических показателей большого количества сварочных постов, размещаемых на ограниченных производственных площадях, целесообразно применять более мощные источники питания. Они обеспечивают работу нескольких сварочных постов с помощью специального шинопровода и называются многопостовыми источниками питания.

Многопостовой источник питания постоянного тока (рис. 71) для ручной дуговой сварки и автоматической сварки под флюсом, обслуживающий п сварочных постов (СП1 — СПп), получает питание через шинопровод ШП от выпрямителя В. Сварочный ток /-го поста регулируется постовым (балластным) переменным сопротивлением (ПБПС).

Основное требование, предъявляемое к многопостовым источникам питания,— обеспечение независимой работы /-го поста как в установившемся, так и в переходном режиме при изменении сварочного процесса (обрыв или возбуждение сварочной дуги, короткое замыкание дугового промежутка каплей расплавленного металла и т. д.) на других постах.

Независимая работа сварочных постов от одного источника питания через шинопровод в статическом режиме определяется постоянным напряжением холостого хода вдоль шинопровода для /-го поста, т. е. UxП/, а в динамическом — устойчивостью горения сварочной дуги. Указанные условия работы обеспечивают качественное выполнение сварного соединения.

Напряжение холостого хода для /-го поста в статическом режиме можно определить по формуле, где Uo — выходное напряжение многопостового источника питания постоянного тока; AUwn — падение напряжения вдоль шинопровода.

Для обеспечения Uxtu- = const необходимо, чтобы А ишл-+0, a Uо = const при максимальной нагрузке, т. е. многопостовой источник питания постоянного тока должен иметь жесткую внешнюю характеристику. С достаточной для практики точностью можно сказать, что условие независимости работы i-го поста при максимальной нагрузке будет соблюдаться, если значение А ?/ша не превышает' ±5 % UXai в течение длительного времени.

Из выражения (49) следует, что напряжение дуги поста обратно пропорционально сварочному току, причем эта зависимость линейная. Таким образом, внешняя характеристика /-го поста является падающей и линейной, что обеспечивает высокую устойчивость процесса при ручной дуговой сварке и автоматической сварке под флюсом.

Значение балластных сопротивлений /?б/ выбирают очень малым — от десятых до сотых долей ома. Это вызвано тем, что на них выделяется достаточно большая тепловая мощность, которая снижает КПД многопостовых источников питания.

Специфика сварки в среде углекислого газа обусловливает более высокие требования к многопостовым источникам питания постоянного тока, чем при ручной дуговой сварке или автоматической сварке под флюсом. Это вызвано тем, что быстро нарастающие пики сварочного

тока, возникающие при замыкании каплей расплавленного металла межэлектродного промежутка, вызывают снижение устойчивости горения сварочной дуги в среде углекислого газа.

Многопостовой источник питания постоянного тока (рис. 72), предназначенный для обеспечения сварки в среде углекислого газа, имеет несколько шинопроводов (Л — /п), включаемых по схеме распределения энергии постоянного тока в зависимости от удаленности сварочных постов. Такое включение позволяет изменять напряжение на конкретном шинопроводе в заданном диапазоне при постоянстве напряжения на других шинопроводах, а также обеспечивать падение напряжения на шинопроводах в установленных пределах.

Уменьшение приводит к увеличению разбрызгивания металла в процессе сварки, что снижает качество сварных изделий. Снижение напряжения холостого хода /-го поста (/хп/ ухудшает условия возбуждения сварочной дуги (см. гл. 1, § 2) и, следовательно, приводит к снижению качества сварных изделий.

Для линейной электрической цепи, состоящей из двух активных сопротивлений, одно из которых — переменное, стремящееся к нулю, характерно резкое возрастание силы тока. Такой линейной электрической цепью является сварочный контур постоянного тока /-го поста, в котором балластное сопротивление /?б/ имеет малое значение и является постоянным, а сопротивление сварочной дуги — переменным. При кратковременном замыкании каплей расплавленного металла дугового промежутка в рассматриваемом сварочном контуре ток резко возрастает до пикового значения. Сила тока при этом определяется только значением балластного сопротивления при увеличении которого усиливается разбрызгивание металла и ухудшается качество сварных изделий.

Для стабилизации режима сварки в сварочный контур поста вводят индуктивность L, (Снижая при этом величину /?б/ до минимально возможного значения. Тогда при замыкании межэлектродного промежутка в сварочном контуре будет наблюдаться переходный процесс нарастания сварочного тока, длительность пика которого можно определить по формуле.

Для постов при ручной дуговой сварке и автоматической сварке под флюсом е = 0,5~0,6н а для постов при сварке в среде углекислого газа е = 0,7-f-0,9.

При недостаточной мощности многопостовых источников питания или их отсутствии используют параллельное включение однопостовых источников питания, обеспечивая необходимую мощность. При параллельном включении источников питания их положительные полюсы присоединяют к шине положительного потенциала, а отрицательные — к шине отрицательного потенциала.


 

Эти источники имеют падающую внешнюю характеристику на входе каждого сварочного поста, которая обеспечивается включением балластного сопротивления.

Для ручной дуговой сварки и автоматической сварки под флюсом отечественная промышленность выпускает многопостовые выпрямители типа В ДМ и сварочный генератор ГСМ-500.

Основными элементами многопостового выпрямителя типа ВДМ (рис. 73) являются трехфазный трансформатор 7, выпрямительный блок В, шинопровод с балластными сопротивлениями.

Первичная обмотка w\ трехфазного трансформатора Т включается по схеме «треугольник» и имеет отводы в каждой фазе, которые предназначены для стабилизации выходного напряжения сети в диапазоне ±5 % U НОМ.

Вторичная обмотка % имеет две секции, которые включены по схеме «звезда», а их ЭДС сдвинуты на угол л. Причем нейтраль первой секции этой обмотки образует отрицательный вывод, а нейтраль второй секции — положительный вывод выпрямителя. Начала секций вторичной обмотки подключены к полупроводниковым кремниевым диодам VI — V6 выпрямительного блока В. Число диодов в каждой фазе определяется током нагрузки. При необходимости увеличения числа диодов на каждой фазе их объединяют в блоки.

Выпрямитель типа ВДМ имеет быстродействующую тепловую защиту соответственно от кратковременной и длительной перегрузки. Выходное напряжение выпрямителя поступает на 7-й сварочный пост через шинопроводы и балластные сопротивления Rei. Технические характеристики многопостовых выпрямителей типа ВДМ приведены в табл. 11.

Кроме многопостовых выпрямителей типа ВДМ отечественная промышленность выпускает источник питания перемгеннога тока И-109, предназначенный для автоматической дуговой сварки. наклонным электродом на четырех сварочных установках, а также покрытыми электродами в ремонтных (мастерских. Этот источи и к выполнен в одном шкафу, где .размещены четыре независимые блока питания, имеющие падающую внешнюю характеристику. Каждый блоки включает сварочный трансформатор с увеличенным магнитным, стабилизатор дуги и пускозащитную аппаратуру. Включение и отключение .источника И-109 осуществляют ;как с панели управления, так и с дистанционного пульта (рис. 74).. Ручка 1 регулирования сварочного тока установлена наверху шкафа. На передней панели шкафа размещены лицевая панель 2 с приборами контроля, штепсельный разъем 3 для подключения дистанционного пульта управления, штепсельный разъем А для подключения цепей управления сварочной установки, зажим 5, для  подключения изделия -к источнику питания. Техническая- характеристика источника И-109 приведена в табл.


 

Для обеспечения многопостовой сварки в среде углекислого газа отечественная промышленность выпускает сварочные выпрямители ВМГ-5000 и ВДГМ и сварочный агрегат АДСП'-500Г-ЗМ.

Электрическая схема -многопостового выпрямителя ВДГМ аналогична электрической схеме- универсального сварочного выпрямителя ВДУ-1201 (см. рис. 66). Выпрямитель ВДГМ, как и выпрямитель ВДУ-1201,-обеспечивает стабилизацию выходного напряжения до 2,5 % при отклонениях напряжения сети в диапазоне ±5 % номинального значения. Техническая -характеристика выпрямителя ВДГМ приведена в табл. 14.

Многопостовой выпрямитель ВМГ-5000 —современный источник питания с высокими технико-экономическими и эксплуатационными характеристиками обеспечивает централизованное питание сварочных постов. Электрическая схема выпрямителя ВМГ-5000 аналогична электрической схеме выпрямителя ВДУ-506 (см. рис. 68). Отличительной особенностью электрической схемы выпрямителя ВМГ-5000 является использование более мощного трехфазного трансформатора и увеличенное число полупроводниковых диодов. Для ступенчатого регулирования выходного напряжения на диапазонах 30, 35, 40, 45, 50 и 60 В первичная обмотка трансформатора секционирована. Техническая характеристика многопостового выпрямителя ВМГ-5000 приведена в табл. II.

Сварочный генератор ГСМ-500 входит в состав сварочного агрегата АСДП-500Г-ЗМ, который обеспечивает одновременное питание двух сварочных постов в полевых условиях. Устройство и принцип действия генератора ГСМ-500 аналогичны устройству и принципу действия генератора ГСО-500.

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Эти многопостовые источники питания применяют для ручной дуговой сварки, автоматической сварки под флюсом и сварки В среде защитного газа. Они обеспечивают централизованное питание сварочных постов.

Электрическая схема универсальных многопостовых выпрямителей ВДУМ-4Х401УЗ аналогична электрической схеме универсального выпрямителя ВДУ-1201 (см. рис. 66).. Выпрямитель ВДУМ-4Х401УЗ имеет жесткую внешнюю характеристику; падающая внешняя характеристика обеспечивается включением балластного сопротивления на соответствующем сварочном посту.

В выпрямителе установлены понижающий трансформатор и необходимое число кремниевых диодов, включенных по параллельной схеме и обеспечивающих заданную мощность и сварочный ток. Первичная обмотка понижающего трансформатора секционирована, что обеспечивает ступенчатое регулирование выходного напряжения.

При отсутствии многопостовых универсальных источников питания могут быть использованы однопостовые источники, включенные параллельно для обеспечения необходимой мощности.

Вопросы для повторения

В чем заключается принципиальное отличие многопостовых источников питания от однопостовых источников питания?
Какие структурные схемы имеют многопостовые источники питания и в чем их принципиальное отличие?
Как регулируют напряжение дуги и сварочный ток в многопостовых источниках питания?


 

Источники питания для аргонодуговой, плазменной и электронно-лучевой сварки должны обеспечивать устойчивое горение сварочной дуги постоянного и переменного тока в процессе возникновения различных возмущений со стороны как входа, так и выхода. Поэтому в отличие от источников питания, применяемых для сварки плавящимся электродом, рассматриваемые источники питания имеют обратные связи по питающему напряжению, по сварочному току и напряжению дуги или являются параметрическими. В этих источниках питания для улучшения возбуждения сварочной дуги, ее стабилизации в процессе горения, а также плавного снижения сварочного тока при окончании сварки применяют вспомогательные устройства. Рассматриваемые источники питания имеют усложненные электрические схемы, что вызвано спецификой сварки специальных марок стали, цветных и легких металлов и их сплавов. Эти источники питания обеспечивают высокое качество сварных соединений, а также делают возможным использование робототехники для автоматизации сварочного процесса.

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Осциллятор — устройство, предназначенное для возбуждения сварочной дуги бесконтактным способом, представляет собой импульсный генератор затухающих колебаний высокого напряжения (до 6 кВ) с частотой следования импульсов 100—3000' кГц. При подаче импульса от осциллятора на дуговой промежуток происходит пробой дугового промежутка,' что вызывает резкое увеличение потока электронов. В этом случае искровой разряд переходит в дуговой, создавая необходимые условия для горения сварочной дуги, которая получает питание от основного источника. При сварке на постоянном токе осциллятор применяют для первоначального возбуждения сварочной дуги, а при сварке на переменном токе — как для первоначального возбуждения сварочной дуги, так и при переходе напряжения питания через нуль. Осцилляторы подключают к источникам питания как по параллельной, так и по последовательной схеме. Осцилляторы параллельного включения применяют в основном с источниками питания постоянного тока, а осцилляторы последовательного включения — с источниками питания переменного и постоянного тока.

В схеме осциллятора параллельного включения (рис. 75) трансформатор 77 промышленной частоты служит для повышения напряжения до 3—6 кВ. Трансформатор Т2 является разделительным, его первичная обмотка соединена с вторичной обмоткой трансформатора.

Электрическая /pЗначение балластных сопротивлений /?б/ выбирают очень малым — от десятых до сотых долей ома. Это вызвано тем, что на них выделяется достаточно большая тепловая мощность, которая снижает КПД многопостовых источников питани/pя. схема осциллятора параллельного включения разделительный конденсатор Ск. Параллельно вторичной обмотке трансформатора Т1 включен разрядник FV. При этом образуется колебательный контур Ск — LK —; /* electrowelder.ru 468-60 */ googscript type=le_ad_slot = p FV, где LK — индуктивность первичной обмотки трансформатора Т2. При подаче напряжения на первичную обмотку трансформатора 77 происходит увеличение синусоидального напряжения на его вторичной обмотке, что вызывает заряд разделительного конденсатора Ск. При достижении напряжения пробоя разрядником FV происходит пробой его воздушного промежутка. Разделительный конденсатор Ск разряжается на индуктивность LK первичной обмотки трансформатора Т2. Накопленная энергия электрического поля в разделительном конденсаторе Ск, равная WK.= CKU2/2, преобразуется в энергию магнитного поля индуПримечание. Для выпрямителей ВДГ-303 и ВДГ-601 номинальный режим работы ПВ=60 %, а для источника постоянного тока И-119 ПВ = 100 % для токов 315 А и ПВ = 60 % для токов 400 А. 1Первичные обмотки трансформаторов питания у рассмотренных выпрямителей включают как по схеме «звезда», так и по схеме «треугольник». На рис. 66 и 68 первичные обмотки включены по схеме «звезда».ктивности LK, равную WL = LKi2/2 (за вычетом потерь на активной составляющей первичной обмотки трансформатора Т2). В колебательном контуре Ск — LK — FV возникает знакопеременный, затухающий по амплитуде колебательный процесс, угловая частота которого зависит от емкости разделительного конденсатора и индуктивности первичной обмотки трансформатора Т2. Затухание колебательного процесса длится примерно 2 мс. Во вторичной обмотке трансформатора Т2 возникают импульсы высокого напряжения и малой длительности, что обеспечивает зажигание сварочной дуги между электродом и изделием. Для защиты основного источника питания от высоковольтных импульсов осциллятора установлен Г-образный фильтр, состоящий из конденсатора Сф и индуктивности Для .обеспечения условий безопасности работы сварщика и предотвращения выхода из строя основного источника питания при пробое разделительного конденсатора Ск на выходе осциллятора установлены блокировочные конденсаторы Сб. Если осциллятор не отключить от сети, то на выходе его периодически будут появляться импульсы, так как конденсатор Ск будет периодически заряжаться и разряжаться при достижении напряжения пробоя разрядником FV. В схеме осциллятора последовательного включения (рис. 76) трансформатор Т2 заменен на индуктивность LK, включенную последовательно со сварочной дугой. Сечение провода индуктивности LK рассчитывают по сварочному току. Принцип действия осциллятора последовательного включения аналогичен принципу действия осциллятора параллельного включения. Защита основного источника питания от высоковольтных импульсов осциллятора осуществляется шунтирующим действием.

Сеть конденсатора фp /ильтра Сф. Осцилляторы последовательного включения компактнее и проще осцилляторов параллельного включения. При работе осциллятора возникают радиопомехи в широком спектре частот, попадающие в электрическую сеть. Для снижения радиопомех на входе осциллятора устанавливают помехозащищающие фильтры ПЗФ и предусматривают автоматическое отключение осцилляторов после возбуждения сварочной дуги (на рис. 75 и 76 не показаны). Импульсный стабилизатор горения дуги ИСГД — устройство, предназначенное для стабилизации горения сварочной дуги на переменном токе при переходе через нуль. Это мощный импульсный генератор с параметрами выходного импульса: амплитуда 600 В, пик тока в пределах 60—80 А с длительностью 60—80 мкс, которые устанавливают в соответствии со сварочной технологией. В схеме импульсного стабилизатора горения дуги (рис. 77) заряд конденсатора С„ происходит от вторичной обмотки трансформатора Т через диод VI и токоограничивающий резистор Rorр. Диод VI предотвращает разряд конденсатора Сн на вторичную обмотку трансформатора Т при снижении напряжения 1)аь. При подаче управляющего импульса на тиристор V2 от схемы управления (на рис. 77 не показана) происходит разряд конденсатора С„ на дуговой промежуток между электродом Э и изделием И по цепи V2 — R6aj, — 3fi. Открывание тиристора V2 происходит при достижении положительного потенциала на его аноде относительно катода, а закрытие — после полного разряда конденсатора С„. Разрядный импульс, поступающий на дуговой промежуток, обеспечивает повторное возбуждение сварочной дуги при переходе напряжения дуги через нуль. Регулятор снижения сварочного тока в конце сварки РССТ — это устройство, предназначенное для плавного снижения сварочного тока в конце сварки в течение установленного времени 3—6 с. В качестве такого устройства применяют бесконтактные выключатели при работе со сварочными генераторами или конденсаторные батареи при работе со стационарными сварочными источниками (сварочные трансформаторы или выпрямители). Регулятором снижения сварочного тока в конце сварки для сварочных генераторов.

Регулятор снижения сварочного тока на базе однокаскадного транзисторного усилителя тока (а) и изменение коллекторного и базового токов во времени (б) стандартный серийный автоматический выключатель промышленного типа. Сигнал на срабатывание автоматического выключателя формируется в схеме управления; при этом отключается от сети двигатель генератора. Снижение сварочного тока происходит плавно за счет снижения частоты вращения ротора генератора (естественный выбег). Постоянная времени разряда конденсатора определяется произведением значений сопротивления нагрузки и емкости конденсатора, включенного последовательно с этим сопротивлением. Дуговой промежуток обладает малым сопротивлением, поэтому для обеспечения заданного времени снижения сварочного тока необходимо иметь конденсаторную батарею большой емкости. В современных источниках питания сварочной дуги в качестве регулятора снижения сварочного тока широко применяют полупроводниковые элементы. Один из возможных вариантов в качестве регулятора снижения сварочного тока — использование однокаскадного усилителя тока по схеме с общим эмиттером (рис. 78). На входе транзистора VT1 имеется R1C — цепь, питание которой осуществляется через выключатель to переменный резистор R2 от внешнего источника постоянного напряжения (на рис. 78, а не показан). Резистор R3 включен для ограничения базового тока. Питание усилителя тока осуществляется от внешнего источника постоянного напряжения (на рис. 78, а не показан) через резистор нагрузки /?„. имитирующий входную цепь регулятора источника сварочного тока. Ток базы транзистора определяется выражением /б =*/«/(.ЯЗ + /?,. б), где /б — ток базы транзистора; UBK — напряжение на входе транзистора; /^ — ограничивающий резистор; /?э.б — сопротивление перехода эмиттер — база транзистора. Коллекторный ток транзистора VT1 в установившемся режиме зависит от напряжения питания транзистора, сопротивления нагрузки и базового тока. В процессе сварки выключатель К замкнут, конденсатор С заряжается до входного напряжения. При этом параметры усилителя тока подбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить необходимый коэффициент усиления при номинальном сварочном токе.

В конце сварки выключатель К размыкается сигналом, поступающим из схемы управления источником питания. Однако коллекторный ток не прерывается, а уменьшается плавно в результате разряда конденсатора С на входную цепь транзистора. Постоянная времени т разряда конденсатора С определяется выражением, где R1 — переменный резистор; R3 — ограничивающий резистор; У?э.б — сопротивление перехода эмиттер—база транзистора; С—емкость конденсатора. Применение во входной цепи леременного резистора R1 позволяет плавно изменять сварочный ток в заданном диапазоне времени. В целях обеспечения высокого качества сварки усилитель должен иметь линейную характеристику, тогда коллекторный ток так же, как и базовый ток, будет изменяться строго по экспоненте. В момент времени /2 (рис. 78, б) снижение сваррчного тока заканчивается, и источник питания сварочной дуги отключается от сети. Применение транзисторного регулятора снижения сварочного тока РОСТ снижает емкость конденсаторной батареи, а следовательно, ее габаритные размеры и массу и создает условия для регулирования времени снижения сварочного тока после окончания сварочного процесса, повышает качество сварных изделий и улучшает технико-экономиг чёские показатели источников питания.


 

Для сварки изделий из цветных металлов и их сплавов, а также коррозионно-стойких сталей в среде защитного газа как на прямой, так и на обратной полярности напряжения дуги применяют источники питания постоянного тока с обратными связями по току и напряжению. В зависимости от требований, предъявляемых к источникам питания постоянного тока, формируется их структурная схема, основой которой являются рассмотренные схемы выпрямителей. Структурная схема источника питания постоянного тока, применяемого для сварки, коррозионностойких сталей (рис. 79), состоит из следующих блоков: сварочного трансформатора Т, магнитного усилителя А, выпрямителя В, сварочного дросселя L и вспомогательных устройств: регулятора снижения сварочного тока РССТ, блока задания тока БЗТ, осциллятора G» переключателя полярности напряжения дуги. Сварочный трансформатор Т имеет жесткую внешнюю характери стику и предназначен для согласования напряжения сети с напряжением сварочной дуги. Для обеспечения двух ступеней сварочного тока вторичная обмотка: трансформатора .секционирована. Нагрузкой трансформа тора является магнитный усилитель., Магнитный .усилитель Л предназначен для формирования падаю щей внешней характеристики и плавного изменения сварочного тока пропорционально сигналу, поступающему из блока задания тока. Нагрузкой магнитного усилителя является выпрямитель. Выпрямитель В собран по трехфазной мостовой схеме выпрямления на полупроводниковых диодах. Выход выпрямителя подключен к сварочному контуру, который состоит из дросселя L и резистора Ra, имитирующего сварочную дугу. Дроссель L предназначен для сглаживания пульсаций выходного напряжения выпрямителя и уменьшения разбрызгивания металла в процессе сварки. Переключатель К предназначен для изменения полярности напряжения сварочной дуги. Блок задания тока БЗТ формирует управляющий сигнал по изменению сварочного тока на основании задания. Блок задания тока — это переменный резистор, ручка управления которым выведена на панель управления. Регулятор снижения сварочного тока РССТ предназначен для формирования сигнала плавного снижения сварочного тока в конце сварки по заданной программе. Осциллятор G обеспечивает стабильное возбуждение сварочной дуги в начале сварки. Рассмотренный источник входит в комплект установки УДГ-101, техническая характеристика которой приведена в табл. 12. Источник питания постоянного тока АП-5М (рис. 80) применяют при плазменной сварке цветных металлов и аргонодуговой сварке коррозионно-стойких сталей. Источник обеспечивает сварку в двух режимах: непрерывном на постоянном токе и в импульсном как на прямой, так и на обратной полярности. Для обеспечения указанных режимов и более высоких технико-экономических показателей в структурную схему рассматриваемого источника, в отличие от описанного выше, включены дополнительные блоки: транзисторный блок управления ТБУ, генератор импульсов Г И и вспомогательный источник питания ВИП. Транзисторный блок управления ТБУ предназначен для формирования, стабилизации и импульсной модуляции входного сигнала управления магнитным усилителем А в зависимости от требований технологического процесса сварки. Сигнал задания в транзисторный блок управления поступает от блока задания сварочного тока БЗТ. Транзисторный блок управления представляет собой усилитель-модулятор на транзисторах. Для стабилизации температурного режима транзисторы этого блока охвачены отрицательной обратной связью, обеспечивающей минимальное напряжение (2,5—3 В) между эмиттером и коллектором. Генератор импульсов ГИ предназначен для ступенчатой модуляции сварочного тока по длительности импульса и паузы в импульсном режиме в большом диапазоне (20 ступеней). При этом длительность импульсов и паузы устанавливают в диапазоне 0,03—0,6 с Модуляция сварочного тока по амплитуде осуществляется в блоке задания тока БЗТ. Вспомогательный источник питания ВИП обеспечивает стабильное зажигание и горение дежурной дуги при силе тока 1—2 А и напряжении 7Ч0 В. Техническая характеристика источника АП-5М приведена в табл. 12.

Технические характеристики источников питания и сварочных установок для аргонодуговой и плазменной сварки. При сварке легких металлов и их сплавов постоянным током на ил поверхности образуется тугоплавкая оксидная пленка, которая снижает качество сварных изделий из этих металлов. Поэтому их сваривают на переменном токе, что исключает появление оксидной пленки. В структурную схему источника питания переменного тока, применяемого для сварки легких металлов и их сплавов (рис. 81), входят следующие блоки: сварочный трансформатор Т, магнитный усилитель А, емкостной фильтр С и вспомогательные блоки: регулятор снижения сварочного тока.JPCCT и возбудитель дуги ВД. В данном источнике установлен сварочный трансформатор типа ТРМК, имеющий падающую внешнюю характеристику. Магнитный усилитель А обеспечивает управление магнитным насыщением управляемого шунта трансформатора. Емкостный фильтр С препятствует прохождению постоянной составляющей сварочного тока во вторичную обмотку сварочного трансформатора. Возбудитель дуги ВД обеспечивает стабильное зажигание в начале сварки и устойчивое ее горение при переходе напряжения сети через нуль. Генерация импульсов возбуждения дуги происходит только в положительный полупериод с опережением нулевой фазы напряжения дуги на 40—60 мкс. В целях снижения радиопомех, возникающих при работе возбудителя, установлен определенный режим его работы: 0,9 с — генерация импульсов и 10 с — пауза. Рассмотренный источник входит в комплект сварочных установок УГД-301 и УГД-501, техническая характеристика которых приведена в табл. 12. Лучший эффект при сварке легких металлов и их сплавов достигается при работе источника питания в импульсном режиме, так как в источнике питания обеспечивается возможность изменения частоты следования импульсов и их скважности. Выпрямитель ВДГИ-301 применяют для сварки плавящимся электро дом в среде защитного газа в импульсном режиме; он входит в комплект сварочных полуавтоматов.

Первичная обмотка трансформатора Т (рис. 82) имеет четыре секции, а вторичная — две. В каждую секцию первичной обмотки включены тиристоры VI — V4, а две секции вторичной обмотки совместно с диодами V5 и V6 представляют собой схему двухполупериодного выпрямления. Дроссель L предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного тока во всем диапазоне регулирования. Параллельно дросселю L включены два тиристора V7 и V8 для получения импульсов сварочного тока в каждом полупериоде. Рассмотрим работу выпрямителя ВДГИ-301. При работе выпрямителя ВДГИ-301 в сварочном контуре постоянно протекает базовый ток, на который периодически накладываются мощные импульсы сварочного тока. В один полупериод напряжения сети открыты тиристоры VI и V2 и к сети подключены первая и вторая секции первичной обмотки Ш|_| и доi_2, а на вторичной стороне включены в работу первая секция •0/2-1 и диод V5. В другой полупериод с первичной стороны через Тиристоры V3 и V4 подключаются третья и четвертая секции, а на вторичной стороне — вторая секция и диод V6. Таким образом, в каждый полупериод по сварочному контуру протекает базовый постоянный ток, пульсации которого сглаживаются дросселем L. При импульсном режиме тиристоры V7 (V8) включаются с некоторым запозданием относительно момента включения тиристоров VI—V4, что обеспечивает получение на выходе импульсов с малой амплитудой и большой длительностью. При одновременном включении тиристоров V7 (V8) с тиристорами V2 (V3) и одновременным выключением тиристоров VI (V4) на выходе выпрямителя получают импульс большой амплитуды и малой длительности. При этом повышается коэффициент передачи трансформатора. Выпрямитель ВДГИ-301 имеет панель управления, на которой установлены ручки настройки и приборы индикации постоянного напряжения дуги, амплитуды импульсного напряжения и сварочного тока с переключателями. Выпрямитель ВДГИ-301 настраивают по приборам индикации при отсутствии напряжения на выходных клеммах. Техническая характеристика ВДГИ-301 приведена в табл. 12. Источник питания ТИР-300Д предназначен для аргонодуговой сварки изделий неплавящимся электродом постоянным током или в импульсном режиме, а также для ручной сварки покрытыми электродами. Источник обеспечивает автоматический процесс сварки цветных металлов и их сплавов и коррозионностойких сталей при работе на постоянном токе и легких металлов, включая алюминий, магний и сплавы на их основе при работе в импульсном режиме. Источник ТИР-300Д — пара метрического типа, без внешних оборотных связей (рис. 83), в состав которого входят следующие основные блоки: трансформатор пита ния Г, регулятор тока РТ, импульсный стабилизатор горения дуги пере менного тока ИСГД, осциллятор G, регулятор снижения сварочного тока в конце сварки РССТ, элементы управления, индикации и охлаждения. Трансформатор Т с нормальным магнитным потоком рассеяния, имеющий жесткую внешнюю характеристику, предназначен для питания источника от напряжения сети. Регулятор тока РТ представляет собой дроссель насыщения с вынужденным намагничиванием и имеет разделенные рабочие обмотки, которые коммутируются тиристорами. Это обеспечивает ступенчатоплавное изменение сварочного тока в пределах рабочего участка внешней характеристики с точностью, определяемой ее крутизной, при относительно медленно изменяющихся возмущениях как со стороны дуги, так и со стороны напряжения сети. Импульсный стабилизатор горения дуги переменного тока ИСГД обеспечивает высокую стабильность горения сварочной дуги в импульсном режиме. При зажигании сварочной дуги, которое может быть обеспечено от осциллятора G или контактным способом электрод — изделие, сварочный ток плавно увеличивается с 5 А до заданного значения за время не более 0,4 с. Для плавного снижения сварочного тока в конце сварки применяют регулятор снижения сварочного тока РССТ, выполненный на базе магнитного усилителя с коэффициентом усиления по мощности равным 2000. Это обеспечивает высокую линейность снижения сварочного тока и тем самым повышает качество сварных изделий. Техническая характеристика источника питания ТИР-300Д приведена в табл.


 

Развитие элементной базы третьего и четвертого поколений определило основное направление в разработке современных источников питания, отвечающих технологическим и эргономическим требованиям. Единая структурная схема таких источников строится из унифицированных блоков, выполняющих определенные функции. Наличие в схеме таких блоков дает возможность управлять формой и длительностью импульсов, поступающих на управляющие электроды тиристоров выпрямительного блока источника питания. Это позволяет регулировать сварочный ток и напряжение на выходе источника. Схемы этих источников обеспечивают стабилизацию сварочного тока при изменениях напряжения сети, длины дуги и температуры окружающей среды. Источники серии ВСП предназначены для автоматической сварки плавящимся электродом в среде защитных газов изделий из обычных коррозионностойких и жаропрочных сталей, а также алюминиевых и титановых сплавов. В структурной схеме источников серии ВСП (рис. 84) имеются следующие блоки: трансформатор Т с жесткой характеристикой, управляемый выпрямитель В, обеспечивающий функции формирования внешней характеристики и стабилизации сварочного тока, блок возбуждения дуги БВД, обеспечивающий быстрое зажигание сварочной дуги, сварочный дроссель L, блок формирования импульсов БФИ, блок регулирования напряжения БРН, измерительный элемент ИЭ; релейный блок РБ. Блок формирования импульсов выполнен по принципу вертикального управления, который основан на сравнении пилообразного напряжения и напряжения управления, с последующим формированием прямоугольных импульсов малой длительности. Этот блок состоит из следующих элементов: входного устройства, формирующего управляющий сигнал, генератор пилообразного напряжения, частота которого синхронизирована с частотой напряжения сети; устройства сравнения и формирования выходных импульсов управления. Блок регулирования напряжения выполнен по схеме дифференциального усилителя постоянного тока, на вход которого поступают сигналы обратной связи по сварочному току и напряжению дуги, а на выходе формируется сигнал управления для блока формирования импульсов. Измерительный элемент ИЭ выполнен в виде трубки, охлаждаемой проточной водой, из коррозионно-стойкой стали с токоподводящими отводами/ Сварочный дроссель L выполняет аналогичные функции (см. гл. 4, § 3). Блок возбуждения дуги обеспечивает мгновенное возбуждение сварочной дуги за счет резкого нарастания тока короткого замыкания, при контакте электрода с изделием, что приводит к быстрому разогреванию конца электрода (горячий пуск). Увеличение тока короткого замыкания происходит при изменении наклона внешней характеристики источника. При отклонении напряжения сети на ±10 % и температуры окружающей среды в диапазоне 5—35 °С источники серии ВСП обеспечивают стабилизацию установленного сварочного тока в пределах ±2, 5 %.

Кроме того, источники серии ВСП обеспечивают плавное регулирование выходного напряжения и наклона внешней характеристики; изменение амплитуды и скорости нарастания сварочного тока в начале сварки и плавное его снижение в конце сварки. Технические характеристики источников типа ВСП приведены в табл. 13. Источники серии ВСВ предназначены для автоматической сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа изделий из обычных, коррозионностойких и жаропрочных сталей, а также титановых сплавов. Структурная схема источников серии ВСВ (рис. 85) несколько отличается от структурной схемы источников серии ВСП. Для расширения диапазона регулирования сварочного тока в структурную схему источников серии ВСВ введен блок регулирования тока БРТ вместо блока регулирования напряжения БРИ. Блок возбудителя дуги заменен вспомогательным источником питания ВИП. Блок регулирования тока БРТ — это дифференциальный усилитель постоянного тока, на вход которого поступают сигналы обратной связи по сварочному току и напряжению дуги, а на выходе формируется сигнал управления, пропорциональный значениям входных сигналов. Этот блок обеспечивает плавное изменение сварочного тока во всем рабочем диапазоне при местном и дистанционном управлении, а также в конце сварки; стабилизацию сварочного тока до ±3 %. При изменении температуры окружающей среды от 5 до 35 °С, при изменении напряжения сети на ±10 % и длины дуги на ±7 0 % номинального значения. Вспомогательный источник питания ВИП состоит из трех однофазных дросселей насыщения LB и выпрямителя Вв, собранного по трехфазной мостовой схеме. Напряжение питания для ВИП поступает от трансформатора Т основного источника питания ОИП. Для этого на вторичной стороне трансформатора Т имеются дополнительные обмотки малой мощности на каждую фазу, к которым подсоединены дроссели насыщения LB. Вспомогательный источник питания обеспечивает быстрое возбуждение сварочной дуги током не более 3 % установленного значения сварочного тока для данного технологического режима; уменьшение пульсаций напряжения дуги при малых значениях сварочного тока; быстрое затухание автоколебательного процесса при возникновении возмущений; напряжение холостого хода при сварке в среде гелия — 200 В, в среде аргона 100 В; формирование внешней характеристики основного источника питания ОИП при изменении сварочного тока. Основной источник питания ОИП имеет крутопадающую (вертикальную) внешнюю характеристику, а вспомогательный источник питания ВИП — крутопадающую внешнюю характеристику с большим диапазоном изменения сварочного тока при относительно малом диапазоне изменения напряжения дуги. Причем изменение сварочного тока во вспомогательном источнике питания влияет на формирование вертикального участка внешней характеристики основного источника питания ОИП. Совмещение двух источников с различными внешними характеристиками обеспечивает снижение напряжения холостого хода основного источника ОИП, повышение КПД, коэффициента мощности источников серии ВСВ и, как следствие, приводит к уменьшению их габаритных размеров и массы. Техническая характеристика источников серии ВСВ приведена в табл. 13. Источники серии ВСВУ предназначены для автоматической сварки неплавящимся электродом как в непрерывном, так и в импульсном режиме изделий из обычных, коррозионностойких и жаропрочных сталей, а также титановых сплавов. Структурная схема источников питания серии ВСВУ (рис. 86) по сравнению со структурной схемой источников серии ВСВ имеет два дополнительных блока — осциллятор G и триггерный блок ТБ с сохранением обратных Связей, что расширяет технологические возможности источников серии ВСВУ. Осциллятор G предназначен для возбуждения сварочной дуги бесконтактным способом. Триггерный блок ТБ формирует импульсы заданной амплитуды и скважности, частота следования которых кратна частоте напряжения сети. Сформированные импульсы поступают в блоки БРТ и БФИ, обеспечивающие управление импульсным режимом работы выпрямителя В и регулирование тока дежурной дуги. Источники серии ВСВУ обеспечивают стабилизацию сварочного тока в пределах 4=2,5 % /св ном при изменениях напряжения сети ±1 0 %, длины дуги в диапазоне 0,5—6 мм и температуры окружающей среды в диапазоне 5—35 °С; плавное регулирование тока дежурной дуги в импульсном режиме в диапазоне 2—30 % номинального значения сварочного тока; модуляцию формы импульсов от прямоугольной до треугольной. Изменение формы импульса влияет на скорость нарастания сварочного тока. Техническая характеристика источников серии ВСВУ приведена в табл. 13. Источники серии ВПР предназначены для резки изделий из обычных, коррозионностойких и жаропрочных сталей, а также алюминиевых и титановых сплавов. Структурная схема источников серии ВПР построена по принципу схемы источников серии ВСВУ при отсутствии триггерного блока ТБ (рис. 87). Технологические параметры стабилизации сварочного тока источников серии ВПР аналогичны технологическим параметрам стабилизации сварочного тока источников серии ВСВУ. Техническая характеристика источников серии ВПР приведена в табл. 13. Увеличение выпуска управляемых диодов позволило приступить к разработке источников питания сварочной дуги на переменном токе, работающих в импульсном режиме. В этих источниках напряжение сети преобразуется в пакеты однополярных импульсов с регулируемой скважностью. В ИЭС им. Е. О. Патона разработаны источники питания переменного тока И-104 и И-126. Источник питания И-104 предназначен для точечной сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа (аргон) тонколистовых изделий из низкоуглеродистых сталей. Сварку проводят импульсами прямой полярности. В рассматриваемом источнике напряжение сети преобразуется в пакеты однополярных импульсов с регулируемой скважностью. Зажигание сварочной дуги осуществляется контактным способом, описанным выше. Источник И-104 выполнен в виде передвижного шкафа стандартного типоразмера (рис. 88), в который установлены сварочные трансформаторы /, блок тиристоров (на рис. 88 не показан), блок управления тиристорами 3 и клеммная панель 5. На лицевой панели 2 размещены выключатель напряжения сети и приборы индикации. Сварочные трансформаторы 1 и клеммная панель 5 закрываются передней крышкой 4. Источник И-104 имеет вентилятор (на рис. 88 не показан) для принудительного охлаждения тиристоров. Техническая характеристика рассмотренного источника приведена в табл. 14. Источник питания переменного тока И-126 предназначен для ручной и автоматической аргонодуговой сварки легких металлов и их сплавов толщиной не более 6 мм. Он выполнен в виде передвижного шкафа стандартного типоразмера (рис. 89), в который установлены блок модуляции 3, блок управления 4, блок тиристоров 5, трансформаторы питания 6 и 7. Для обеспечения раздельной работы при сварке на прямой и обратной полярности, а также с удвоенным значением сварочного тока (800 А) источник И-126 имеет удвоенное число блоков. На лицевой панели 1 источника И-126 размещены автоматический выключатель и кнопки управления «Сеть», «Работа», «Поджиг », «Сварка», «Заварка кратера» и «Стоп», а также амперметры для контроля сварочного тока на прямой и обратной полярности напряжения дуги и лампы сигнализации «Сеть», «Нет воды» и «Звонок». Источник питания И-126 закрывается съемными кожухами 2. Отличительная особенность источника И-126 — применение индуктивных накопителей, в которых аккумулируется необходимая энергия для сварки. Накопленная энергия поступает в дуговой промежуток в виде импульса прямоугольной формы с заданными параметрами. Устройство плавного изменения сварочного тока является стандартным и обеспечивает следующие функции: плавное изменение напряжения на входе индуктивного накопителя от 10 до 20 В; автоматическое увеличение напряжения при вводе в режим; модуляцию напряжения дуги импульсом прямоугольной формы; автоматическое уменьшение напряжения дуги при заварке кратера. Техническая характеристика источника И-126 приведена в табл. 14. Для сварки низкоуглеродистых сталей в монтажных условиях модулированным переменным током в ИЭС им. Е. О. Патона разработан переносный модулятор ОН-101, который может работать с любым серийным трансформатором, рассчитанным на сварочные токи до 315 А. Этот модулятор выполнен в однокорпусном исполнении переносным и состоит из следующих блоков: тиристорного коммутатора, проволочного резистора, блоков управления тиристорным коммутатором и задания длительности стартового импульса. Все блоки описаны выше. Проволочный резистор изготовлен из нихромовой проволоки диаметром 3 мм. В исходном состоянии, при отсутствии сварочного тока, тиристорный коммутатор открыт, что обеспечивает возбуждение дуги стартовым импульсом тока. Длительность стартового и рабочего импульсов устанавливают ручками управления, расположенными на лицевой панели модулятора. Амплитуду импульса задают регулятором сварочного трансформатора в зависимости от диаметра электрода. Применение модулятора значительно упрощает проведение процесса, повышает производительность труда при сварке вертикальных и потолочных швов, а также обеспечивает сварку тонколистовых конструкций толщиной 0,6—0,8 мм электродами диаметром 3—4 мм. Модулятор ОИ-Ю1 имеет естественное охлаждение. Техническая характеристика модулятора ОИ-Ю1 приведена в табл.


 

Специфика технологии микроплазменной сварки требует специальных источников питания. Эти источники должны обеспечивать надежное возбуждение и горение сварочной дуги как в непрерывном, так и в импульсных режимах на прямой и обратной полярности в широком диапазоне сварочных токов, начиная с 0,3—0,5 А, с регулируемой частотой и скважностью. Источники питания должны иметь гиперболическую или пологопадающую внешнюю характеристику. Развитие электронной техники позволило разработчикам источников питания унифицировать отдельные блоки, конструируя их по стандартному ряду выходных параметров, отвечающих современной технологии микроплазменной сварки. В ИЭС им. Е. О. Патона разработаны универсальные источники питания для микроплазменной сварки. Структурные схемы этих источников аналогичны структурным схемам источников питания для аргонодуговой и плазменной сварки и отличаются только входными и выходными параметрами, а также габаритными размерами и массой. Источник питания МПА-80 универсального типа предназначен для микроплазмённой сварки как в режиме постоянного тока, так и в импульсном режиме импульсами прямой полярности для изделий из коррозионностойких сталей. Амплитуду и длительность импульсов устанавливают в зависимости' от требований технологии pсварочного процесса. Для обеспечения импульсного режима в рассматриваемом источнике имеется управляемый тиристорный коммутатор, собранный по двухполупериодной схеме. В каждый полупериод включен один тиристор. Источник питания МПА-80 выполнен в однокорпусном исполнении стандартного типоразмера. Техническая характеристика источника МПА-80 приведена в табл. 15. Источник питания МПУ-5 также универсальный. Он выполнен в однокорпусном исполнении стандартного типоразмера. Отличительная особенность рассматриваемого источника — возможность микроплазменной сварки легких металлов и их сплавов на постоянном токе импульсами обратной полярности. С этой целью в источнике имеются два тиристорных коммутатора, которые включаются в работу переключателем прямой и обратной полярности импульсов, расположенным на панели управления. У источника МПУ-5 увеличен диапазон сварочного тока. Техническая характеристика источника МПУ-5 приведена в табл. 15. Устойчивый разряд в дуговом промежутке при электронно-лучевой сварке поддерживается энергией пучка электронов, которую они получают от источника питания. В ИЭС им. Е. О. script type=Патона разработан источник питания ИВ-102, предназначенный для питания электронно-оптических систем электронно 15. Технические характеристики источников питания для микроплазменной сварки лучевых сварочных установок. Этот источник (рис. 90) состоит из высоковольтного источника /, шкафа управления 2 и преобразователя 3. Источник высокого напряжения собран по каскадной схеме и содержит два трехфазных повышающих трансформатора и два выпрямителя, включенных последовательно. Для стабильности высокого напряжения источник имеет вольтодобавочный каскад. Кроме того, в источнике высокого напряжения формируется напряжение накала катода, напряжение смещения и напряжение модуляции электронного пучка. В ируется сигнал управления для блока формирования импульсов. Измерительный элемент ИЭ выполнен в виде трубки, охлаждаемой проточной водой, из коррозионно-стойкой стали с токоподводящими отводами/ Сварочный дроссель L выполняет аналогичные функции (см. гл. 4, § 3). Блок возбуждения дуги обеспечивает мгновенное возбуждение сварочной дуги за счет резкого нарастания тока короткого замыкания, при контакте электрода с изделием, что приводит к быстрому разогреванию конца электрода (горячий пуск). Увеличение тока короткого замыкания происходит при изменении наклона внешней характеристики источника. При отклонении напряжения сети на ±10 % и температуры окружающей среды в диапазоне 5—35 °С источники серии ВСП обеспечивают стабилизацию установленного сварочного тока в пределах ±2, 5 %.шкафу управления размещены блоки стабилизаторов высокого напряжения, накала, смещения, модуляции и фокусирующей линзы. Питание источника высокого напряжения и шкафа управления осуществляется на повышенной частоте 440 Гц стабилизированным напряжением 220 В от электромеханического преобразователя. Источник высокого напряжения, шкаф управления и электромеханический преобразователь выполнены в однокорпусном исполнении стандартного типоразмера и соединены между собой специальным кабелем. Источник высокого напряжения соединяется с электронной пушкой высоковольтным кабелем, входящим в комплект источника питания. Выходные параметры источника питания контролируются измерительными приборами, установленными на лицевой панели шкафа управления. Настраивать параметры можно как с лицево/pй панели шкафа управления, так и с выносного пульта, входящего в комплект источника питания ИВ-102. Техническая характеристика рассматриваемого источника приведена  до 1 при изменении напряжения сети от номинального значения. Пульсации ускоряющего напряжения, напряжения смещения и напряжения модуляции в рассматриваемом источнике не превышают 1 %. Согласование электронно-оптических систем сварочных пушек с источником ИВ-102 проводят по их техническим характеристикам.

 

Вопросы для повторения

Для каких целей применяют вспомогательные устройства в источниках питания для аргонодуговой и плазменной сварки?
В чем заключаются конструктивные отличия источников питания, применяемых для аргонодуговой, плазменной и электронно-лучевой сварки?
Что обеспечивает применение унифицированных блоков в источниках питания для электрической сварки плавлением?
В чем заключаются преимущества импульсного источника питания сварочной дуги?
Как осуществляют получение электронного пучка заданной энергии и его фокусировку?


 

При получении задания на настройку режима работы источника питания как переменного, так и постоянного тока необходимо выполнить следующие операции. При настройке сварочного трансформатора на рабочий режим подключить сварочный трансформатор к напряжению сети; в зависимости от указаний в техническом паспорте сварочного трансформатора произвести переключение на заданную ступень сварочного тока или напряжения дуги при отключенном сварочном трансформаторе или при работе его в режиме холостого хода; включить сварочный трансформатор; с помощью ручки токоуказателя установить необходимый сварочный ток при ручной дуговой сварке; с помощью ручки плавной настройки сварочного тока и амперметра установить необходимый сварочный ток при автоматической сварке под флюсом для трансформатора с пологопадающей внешней характеристикой; с помощью ручки плавной настройки напряжения дуги и вольтметра установить необходимое напряжение дуги при автоматической сварке под флюсом для трансформатора с жесткой характеристикой; с помощью специальной ручки управления сварочного автомата установить необходимую скорость подачи электродной проволоки и рабочей скорости его перемещения при автоматической сварке под флюсом. При настройке сварочного выпрямителя на рабочий режим подключить сварочный выпрямитель к напряжению сети; включить сварочный выпрямитель; при работе выпрямителя в режиме холостого хода установить необходимую ступень сварочного тока для выпрямителей с падающей внешней характеристикой и необходимую ступень напряжения дуги для выпрямителей с жесткой или возрастающей внешней характеристикой; с помощью ручек плавной настройки сварочного тока или напряжения дуги установить необходимый сварочный ток или напряжение дуги при работе выпрямителя под нагрузкой или в режиме холостого хода; с помощью специальных ручек управления сварочным автоматом или полуавтоматом установить необходимую скорость подачи электродной проволоки в режиме механизированной и автоматической сварки. При настройке сварочного генератора на рабочий режим подключить приводной электродвигатель сварочного генератора к напряжению сети; проверить соответствие направления вращения якоря генератора с направлением, указанным на его крышке или щитке; при вращении якоря генератора в противоположную сторону от указанной переключить линейные провода на клеммах приводного электродвигателя; с помощью переключателя или накладных перемычек на щитке переключения установить необходимую ступень сварочного тока; включить сварочный генератор и с помощью ручки плавной настройки и амперметра установить заданный сварочный ток. После проведения настройки заданного режима работы источника питания еще раз проверить установленные значения сварочного тока или напряжения дуги и приступить к работе. Настройку режимов источников питания переменного тока для аргонодуговой сварки и источников питания постоянного тока для плаз менной и микроплазменной сбарки выполняют по аналогии с выше описанной методикой настройки сварочных трансформаторов и выпрями телей на заданный режим.


 

К электрической сварке плавлением относятся дуговая, электрошлаковая, плазменная, электроннолучевая и лазерная. В зависимости от степени механизации различают сварку ручную, механизированную и автоматическую. Ручную сварку выполняет сварщик с помощью инструмента, получающего энергию от специального источника. Механизированную сварку выполняют, используя машины и механизмы. Автоматическая сварка выполняется без непосредственного участия человека с помощью машин, действующих по заданной программе. Степень механизации того или иного вида электрической сварки плавлением определяет комплект необходимого технологически связанного оборудования. Ручную дуговую сварку покрытыми электродами выполняют на специально оборудованном рабочем месте, называемом сварочным постом. Этот пост включает (рис. 91) ящик для электродов /, рабочий стол 2, вытяжную вентиляцию Ц ящик для инструмента 4, держатель электрода 5, источник питания 6, сварочные провода 7. Сварочная установка для механизированной и автоматической сварки состоит из источника питания, сварочного аппарата и механизмов относительного перемещения сварочной аппаратуры и изделия. При механизированной сварке установка может быть стационарной и передвижной. Стационарную установку, показанную на рис. 92, применяют для сварки крупногабаритных изделий (консоль /, монорельс 2, тележка 3, сварочный полуавтомат 4} гибкий шланг 5). В монтажных условиях широко применяют передвижную установку (рис. 93), которая состоит из катушки с электродной проволокой /, газовой аппаратуры 2, подающего механизма 3, консоли гибкого шланга 5, пульта управления 6, источника питания 7.

Установка для автоматической сварки аналогична установке для механизированной сварки, в которой сварочный полуавтомат заменен сварочным автоматом. Кроме того, в установку для автоматической сварки могут находить дополнительные устройства, обеспечивающие различные функции контроля или управления сварочным процессом, а также вспомогательные устройства различного назначения. В данном разделе рассмотрены сварочные аппараты для механизированной и автоматической сварки и их отдельные узлы: ходовые механизмы, , мундштуки, сварочные горелки, флюсовая и газовая аппаратура. Аппарат для механизированной сварки, включающий сварочную горелку с ручным перемещением и подающий механизм с электродной проволокой, называют сварочным полуавтоматом. Аппарат для автоматической сварки, включающий сварочную головку, механизм для перемещения аппарата, подающий механизм с электродной проволокой и необходимые средства автоматизации, называют сварочным автоматом. Аппараты для автоматической сварки могут быть подвесными или тракторного типа. Переносной аппарат на самоходной тележке, которая перемещается вдоль свариваемых кромок по поверхности изделия или переносному пути, называется трактором. Современные сварочные полуавтоматы и автоматы разрабатывают из унифицированных узлов, отличающихся основными параметрами стандартного ряда. Это позволяет с наименьшими затратами настроить аппарат на заданную функцию при выполнении требований сварочной технологии. Унифицированными узлами аппаратов являются подающие механизмы, прижимные и направляющие устройства, механизмы подъема и перемещения тележек аппаратов, сварочные горелки и механизмы их перемещения (суппорты), приводы механизмов подачи электродной проволоки и перемещения самоходных тележек, аппаратура управления, контроля и сигнализации (средства автоматизации). Дальнейшее развитие сварочных полуавтоматов и автоматов будет направлено на совершенствование унификации их узлов, снижение массы и расширение технологических возможностей с целью обеспечения высокого качества сварных изделий. В СССР принята единая система обозначения аппаратов для дуговой сварки, состоящая из буквенно-цифровых индексов. Первые две буквы показывают соответственно наименование изделия и способ сварки; ПД — полуавтомат для дуговой сварки; ПШ — полуавтомат шланговый; АД — автомат для дуговой сварки; УД — установка для дуговой сварки. Третья буква — вид защиты зоны сварочной дуги: Ф — флюсовый; Г — газовый; ФГ — флюсогазовый. Так как полуавтоматы для дуговой сварки применяют в основном для сварки в среде защитных газов, то третья буква в их обозначении иногда опускается. Первая цифра, следующая за буквенными индексами, показывает сварочный ток в сотнях ампер. Вторая и третья цифры — модификацию полуавтомата или автомата. Буквенный индекс, следующий за третьей цифрой, показывает климатическое исполнение: ХЛ — для эксплуатации в районах с холодным климатом, У — в районах с умеренным климатом, Т — в районах с тропическим климатом. Последней цифровой индекс показывает категорию размещения: 1 — на открытом воздухе, 2 — не отапливаемые помещения, 3 —помещение с естественной вентиляцией, 4 — помещение с принудительной вентиляцией и отоплением, 5 — помещение с повышенной влажностью. Специальные требования к климатическим условиям и категориям размещения, не регламентированные стандартом, оговариваются отдельно и обязательно фиксируются в техническом паспорте сварочного автомата.

Пример обозначений. ПДГ-516УЗ — полуавтомат для дуговой сварки, обеспечивающий газовую защиту зоны сварочной дуги, с номинальным значением сварочного тока 500 А, шестнадцатой модификации, предназначенный для эксплуатации в районах с умеренным климатом, в помещениях с естественной вентиляцией и отоплением. АДФГ-501 УХЛ4 — автомат для дуговой сварки, обеспечивающий защиту зоны сварочной дуги как флюсом, так и газом, с номинальным значением сварочного тока 500А. первой модификации, предназначенный для эксплуатации в районах с умеренным и холодным климатом, в помещениях с принудительной вентиляцией и отоплением. УДГ-301 УХЛ4 — установка для дуговой сварки на переменном токе, обеспечивающая газовую защиту зоны сварочной дуги, с номинальным значением сварочного тока 315 А, первой модификации, предназначенная для эксплуатации в районах с умеренным и холодным климатом, в помещениях с принудительной вентиляцией и отоплением. Сварочные аппараты для других видов электрической сварки плавлением имеют также структуру обозначения, состоящую из буквенно-цифровых индексов. Буквенный индекс показывает вид изделия: А — аппарат; У — установка. Цифровые индексы, следующие за буквенным индексом, показывают регистрационный номер изделия. Пример обозначений. У579 — установка для электронно-лучевой сварки; 579 — регистрационный номер изделия. У875 — установка для электрошлаковой сварки; 875 — регистрационный номер изделия. А1734 — аппарат (автомат) для электрошлаковой сварки плавящимся мундштуком; 1734 — регистрационный номер изделия.


 

Более 75 % всей доли сварных изделий осуществляется механизированной сваркой. Широкое применение этого вида сварки объясняется высокой маневренностью полуавтоматов, так как применяя сварочную горелку, можно проводить сварку в труднодоступных местах, где нельзя применить сварочный автомат. Механизированная сварка широко применяется на конвейерных линиях в машиностроении, для предварительной сварки и в монтаже на стапелях в судостроении, а также в других областях промышленности и строительства. Полуавтоматы для дуговой сварки плавящимся электродом на постоянном токе выпускают и классифицируют по следующим признакам в соответствии со стандартом: по способу защиты сварочной дуги: для сварки в защитных газах, под флюсом, без внешней защиты или универсальные; типу применяемой электродной проволоки: для сварки стальной (жесткой) проволокой, проволокой из алюминиевых сплавов (мягкой), порошковой проволокой или стальной и порошковой проволоками; способу регулирования скорости подачи электродной проволоки: с плавным, ступенчатым, комбинированным регулированием; компоновке: однокорпусные, с выносным подающим механизмом; транспортабельности: стационарные, с транспортируемым во время работы подающим механизмом; способу транспортирования подающего механизма: передвижные, переносные (чемоданного или ранцевого типа), ручные, у которых катушка или шпуля на держателе горелки; способу подачи электродной проволоки: толкающего, тянущего, универсального; размещению аппаратуры управления: с аппаратурой управления, встроенной в источник питания или в специальный шкаф; типу электропитания: с питанием от сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 220/380 В или от источника питания дуги; по способу охлаждения горелки: с естественным и принудительным охлаждением. Срок службы сварочных полуавтоматов принят 5 лет со сменой сварочной горелки через каждые полгода. В полуавтоматах механизирована только подача электродной проволоки, которая поступает в сварочную горелку автоматически по пустотелому шлангу, поэтому полуавтоматы называют шланговыми. В современных шланговых полуавтоматах применяют унифицированные узлы. На рис. 94, а показаны унифицированные узлы, применяемые в полуавтоматах на сварочные токи до 315 А, а на рис. 94, б на сварочные токи до 500 А; сварочные горелки различных типов 1—4> подающий механизм 5 или чемодан (ранец) с подающим механизмом /5, асинхронные электродвигатели 6> электродвигатели постоянного тока 7, кронштейн 8 с катушкой для электродной проволоки, тележка 9 с катушкой для электродной проволоки, блок управления 11 с регулируемым электродвигателем, источники питания 10, 13, 14 сварочной дуги различного типа. Основные параметры и присоединительные размеры унифицированных узлов стандартизованы. Такой подход к разработке полуавтоматов снижает затраты на их проектирование и изготовление, а также позволяет получить полуавтоматы с заданными параметрами, отвечающие определенному технологическому назначению. Полуавтомат, показанный на рис. 95, применяют в основном (76,5 %) для сварки в среде защитного газа. Он включает сменную газовую горелку /, шланг 2 для подачи электродной проволоки, подающий механизм 3 для электродной проволоки, кассету 4 для хранения электродной проволоки, блок управления 5, газовый шланг 5, источник питания 7, газовую аппаратуру 8, провода 9 цепи управления, сварочный кабель 10. Отечественная промышленность выпускает также универсальные сварочные полуавтоматы, предназначенные для ручной дуговой сварки под флюсом и в среде защитного газа. В зависимости от назначения полу автоматы различаются наличием или отсутствием газовой или флюсовой аппаратуры.


 

Сварочная горелка — рабочий инструмент сварочного полуавтомата — предназначена для направления в зону сварочной дуги электродной проволоки, защитного газа или флюса. Конструкции сварочных горелок, применяемых в полуавтоматах, унифицированы и соответствуют технологическим и эстетическим требованиям. Горелка состоит из следующих основных элементов (рис. 96): рукоятки /, переходной втулки 2 с каналами подачи защитного газа, сопла 3: токоподводящего наконечника 4, предохранительного щитка 5, пусковой кнопки 6. Рукоятка сварочной горелки должна быть прочной и удобной в работе. С этой целью ее изготовляют из литьевого изоляционного материала в форме, наиболее удобной для руки сварщика. На рукоятке размещены предохранительный щиток и пусковая кнопка,, которые расположены так, что обеспечивают, с одной стороны, защиту от ожогов руки сварщика, а с другой — удобство управления пусковой кнопкой. Наиболее ответственными элементами сварочной горелки являются сопло и токоподводящий наконечник. Сопло сварочной горелки работает при высокой температуре, что вызывает налипание расплавленного металла на поверхность горелки при сварке плавящимся электродом. В целях уменьшения налипания расплавленного металла поверхность сопла горелки следует хромировать и полировать или изготовлять из специальной керамики, а также должно быть обеспечено хорошее охлаждение. Выбор типа охлаждения сварочной горелки зависит от номинального значения сварочного тока и во всех случаях является естественным. При силе тока 315 А и более применяют дополнительное водяное охлаждение сопла горелки. Токопроводящие наконечники при прохождении электродной проволоки быстро изнашиваются, что приводит к нарушению электрического контакта и ухудшению стабильности сварочного процесса, требуя частой замены этих наконечников. Наиболее широкое применение получили медные наконечники со сроком службы 5—10 ч непрерывной работы; бронзовые наконечники имеют меньший срок службы. В некоторых случаях применяют медно-графитовые наконечники, обеспечивающие надежный токосъем и хорошее скольжение, что необходимо при сварке алюминиевой проволокой. Однако они так же, как и бронзовые, имеют малый срок службы. В практике находят применение наконечники с высокой износостойкостью, получаемые методом спекания порошков различных металлов, например, меди и вольфрама. Для создания надежной защиты зоны сварочной дуги от воздушного потока необходимо, чтобы поток защитного газа был ламинарным. Для создания ламинарного потока разработаны схемы питания сварочных горелок защитным газом: с кольцевым подводом газа (рис. 97, а), с отражателями / (рис. 97,6), с успокоительными камерами 2 (рис. 97, в) с сеточными вставками 3 (рйс. 97, г), с металлокерамическими вставками (рис. 97, д). При механизированной сварке широко применяют схему питания сварочных горелок с кольцевым подводом защитного газа. Основной параметр сварочной горелки — номинальный сварочный ток — должен соответствовать стандартному ряду: 125, 160, 220, 250, 315, 400, 500, 630 А. Наиболее предпочтительные значения ряда номинального сварочного тока: 160, 220, 315, 500. Однако номинальное значение сварочного тока у современных полуавтоматов может выходить далеко за пределы стандартного ряда. Это связано с решением определенных технологических процессов и имеет специальное назначение. Для механизированной сварки плавящимся электродом в среде защитного газа широко применяют унифицированные сварочные горелки типа ГДПГ, техническая характеристика которых приведена в табл. 16. Конструкция горелки ГДПГ-501-4 (рис. 98) состоит из корпуса /, сменного канала 2, водоохлаждающего сопла 3, пружинного кольца 4, сменного сопла 5, токоподводящего наконечника 6, держателя 7 наконечника, выключателя 8, токогазопровода 9, проводов управления 10, шланга 11 для воды, теплозащитного экрана 12. Сварочные горелки ГДПГ-302 и ГДПГ-502 аналогичны по конструкции горелке ГДПГ-501-4 и также имеют водяное охлаждение, а горелки ГДПГ-101-10, ГДПГ-102, ГДПГ-301-8, рассчитанные на малые и средние токи, не имеют водяного охлаждения, т. е. у них отсутствуют водоохлаждающее сопло 3 и шланг 11 для воды, поэтому они имеют меньшие габаритные размеры и массу. При. механизированной сварке под флюсом применяют сварочные горелки с бункером для флюса и водоохлаждающим соплом. При необходимости проведения механизированной сварки неплавящимся электродом применяют сварочные горелки, у которых токоподводящий наконечник заменен цангой, предназначенной для закрепления неплавящегося электрода. Эти сварочные горелки имеют водяное охлаждение. Гибкий шланг предназначен для подачи электродной проволоки от полуавтомата к сварочной горелке. Для сварочных горелок, работающих на токах до 315 А включительно, в гибком шланге проложены провода цепей управления и сварочного тока, а по направляющему каналу проходит электродная проволока. При токах свыше 315 А в гибком шланге по направляющему каналу проходит только электродная проволока. Для провода цепей управления и сварочного тока имеется специальный шланг. Защитный газ в сварочную горелку подается также по специальному шлангу. Гибкий шланг типа КШПЭ (рис. 99, а) отличается от гибкого шланга типа КМ (рис. 99, б) тем, что провода цепей управления 3 и сварочного тока 6 размещены вокруг направляющего канала 2 на защитном слое 1. Гибкие шланги типа КШПЭ и КМ имеют внутреннюю защитную оболочку 4 и наружный защитный слой 5. В зависимости от материала и диаметра электродной проволоки длина гибких шлангов составляет 1,5—4 \ -' Ш • При движении электродной проволоки по направляющему каналу гибкого шланга происходит засорение или повреждение канала, что снижает срок его службы. Поэтому в практике широкое применение находят сменные направляющие каналы, внутренний и наружный диаметр которых определяется материалом и диаметром электродной проволоки. Применение сменных направляющих каналов позволяет увеличить в 2 раза срок службы гибких шлангов. Подающие механизмы предназначены для перемещения электродной проволоки от полуавтомата к сварочной горелке. Существуют различные схемы подающих механизмов. В схеме толкающего типа (рис. 100, а) подающий механизм 2 размещен рядом с катушкой 1 для электродной проволоки и проталкивает электродную проволоку 3 к сварочной горелке 6 через всю длину направляющего канала гибкого шланга 4. При этом развиваемое подающим механизмом 2 усилие проталкивания расходуется на преодоление сопротивления движения электродной проволоки 3. Это сопротивление зависит от материала электродной проволоки, длины гибкого шланга и состояния его внутренней поверхности. Электродвигатель подающего механизма 2, работающего по такой схеме, должен иметь жесткую характеристику. Сопротивление движению электродной проволоки возрастает при снижении ее продольной устойчивости, возникающей при изменении направления шланга в процессе сварки. Рассмотренную схему подающего механизма применяют при использовании стальной (жесткой) электродной проволоки. В схеме тянущего типа (рис. 100, б) подающий механизм 5 размещен рядом со сварочной горелкой 6. Такое расположение подающего механизма позволяет резко снизить сопротивление проталкивания электродной проволоки 3 и увеличить длину гибкого шланга. Однако расположение подающего механизма 5 рядом со сварочной горелкой 6 увеличивает ее массу и снижает ее маневренность. Такую схему подающего механизма применяют в большинстве случаев при использовании алюминиевой (мягкой) электродной проволоки при малогабаритном подающем механизме. Схема «толкай-тяни» (рис. 100, в) объединяет рассмотренные схемы подающих механизмов. Подающий механизм 2 толкающего типа имеет электродвигатель с жесткой характеристикой, а малогабаритный подающий механизм 5 тянущего типа — электродвигатель с мягкой характеристикой. Это обеспечивает синхронизацию работы электродвигателей, так как электродвигатель тянущего механизма, натянув электродную проволоку, снижает свои обороты. При этой схеме подающего механизма сопротивление проталкиванию резко снижается. Недостатком схемы «толкай-тяни» является установка дополнительного подающего механиз ма. В зависимости от длины гибкого шланга, материала и диаметра электродной проволоки и развиваемого усилия проталкивания, регламен тируемого соответствующим стандартом, применяют одну из рассматои ваемых схем подающих механизмов. При механизированной сварке в основном применяют редукторные подающие механизмы, выпускаемые в трех модификациях: подающий механизм закрытого типа (ПМЗ-1) с кассетой стальной проволоки массой до 5 кг (рис. 101, а), подающий механизм открытого типа (ПМО-1) с кассетой стальной проволоки массой 12 и 20 кг (рис. 101, б), подающий механизм с тележкой (ПМТ-1) и бухтой стальной проволоки массой до 50 кг (рис. 101, в).


 

Рассмотрим конструкцию подающего механизма ПМО-1 (рис. 102). Все узлы смонтированы на основании /, к которому прикреплены четыре колеса, позволяющие легко перемещать механизм в процессе сварки. Для переноса подающего механизма к месту сварки служит ручка 2. Справа от ручки 2 размещена кассета с электродной проволокой 3, которая установлена на тормозном барабане 4, не до пускающем само раскручивания электродной проволоки во время работы. Слева от ручки 2 размещеныtd300 электродвигатель постоянного тока 9 и цилиндрический редуктор. На выходном валу редуктора укреплено зубМетодика настройки источников питания на заданный режим работы чатое колесо с ведущим роликом. Второе зубчатое колесо с прижимным роликом находится на рычаге 6 прижимного устройства 8. При повороте рыча га 6 зубчатое колесо с прижимным роликом отводится в сторону, что обеспечивает заправку электродной проволоки. Прижимное усилие между роликами регулируется винтом 7, который воздействует на рычаг 6 через плоскую пружину 5. Подающий механизм ПМТ-1 по конструкции аналогичен подающему механизму ПМО кассета которого заменена бухтой с большим количеством проволоки. Подающий механизм ПМЗ-1 не имеет колес и закрыт полностью составным кожухом. Рассмотренную конструкцию подающего механизма электродной проволоки применяют в сварочных полуавтоматах типа ПДГ. Существуют и другие конструкции редукторных подающих механизмов электродной проволоки, имеющие несущественные отличия в компоновке. Основными недостатками редукторных подающих механизмов являются большая масса и потребляемая мощность электродвигателя (более 270 Вт), а также низкий КПД из-за одновременного вращения всех шестерен редуктора с разными угловыми скоростями. В настоящее время предложены конструкции безредукторных подаюющих механизмов, среди которых следует отметить планетарные и импульсные (с пульсирующей подачей электродной проволоки). Из подающих механизмов электродной проволоки планетарного типа широко применяется безредукторный механизм типа «ИЗАПЛАН», разработанный в Болгарии. Основными элементами этого механизма (рис. 103) являются планетарные подающие ролики /, корпус 2 с коническим отверстием, основание головки <?, электропривод 4. Планетарная подающая головка «ИЗАПЛАН» укреплена на полом валу электродвигателя постоянного тока. Электродная проволока проходит через полый вал и поступает на планетарные ролики подающей головки. Ролики расположены под определенным углом к оси электродной проволоки, что создает осевое усилие в процессе ее обкатки, обеспечивая перемещение электродной проволоки по направляющему каналу к сварочной горелке. Скорость подачи электродной проволоки регулируют изменением частоты вращения ротора электродвигателя постоянного тока. Усилие сжатия роликов регулируют перемещением по резьбе конусного корпуса подающей головки. Конструкция подающих механизмов «ИЗАПЛАН» в 3—4 раза снижает сопротивление движению электродной проволоки по сравнению с обычными редукторными подающими механизмами. Усилие максимального проталкивания, развиваемое механизмами «ИЗАПЛАН », не превышает 150 Н. Подающие механизмы электродной проволоки импульсного типа изготовляют с приводами циклического действия (электромагниты, гидро-и пневмоцилиндры) и непрерывного действия — ротационные (на основе электродвигателя). В качестве электродвигателя постоянного тока в подающих механизмах электродной проволоки применяют высокоскоростные электродвигатели типа КПА или КПК с номинальной частотой вращения ri2 = ==5500 м-1, а также электродвигатели типа Д-90 с номинальной частотой вращения «2 = 8000 м -1 . Потребляемая мощность электродвигателей постоянного тока, установленных на безредукторных механизмах подачи электродной проволоки, не превышает 80—180 Вт. Число ведущих роликов в подающих механизмах электродной проволоки, как в редукторных, так и в безредукторных, определяется в зависимости от диаметра и материала электродной проволоки: для тонкой стальной проволоки диаметром до 1,2 мм применяют механизм с одним веаущим роликом; для стальной проволоки диаметром 1,6—2,5 мм — механизм с двумя ведущими роликами; для алюминиевой и порошковой проволоки — подающий механизм с четырьмя ведущими роликами. Подающие ролики — составная часть подающего механизма — предназначены для проталкивания электродной проволоки через гибкий шланг к сварочной горелке. Ролики изготовляют из легированной стали с последующей, термообработкой. Наиболее распространенная конструкция роликов — цельные (одинарные) с накаткой или насечкой и коническими гладкими канавками (рис. 104, а) и составные (рис. 104,6), состоящие из двух подающих роликов с фасками или с накаткой по фаске. В зависимости от диаметра электродной проволоки 4 расстояние а между составными подающими ооликами 5 изменяется регулировочными шайбами 3, толщину которых подбирают от 0,5 до 1 мм. Два подающих ролика 5 закрепляют в единую составную конструкцию на валу шпонкой 6, шайбой 2 и гайкой /. Для уменьшения засорения направляющего канала гибкого шланга высота насечки или накатки у одинарных и составных подающих роликов не должна превышать 0,6 мм. Система управления современными сварочными полуавтоматами построена на элементной базе третьего и четвертого поколений, что позволило существенно уменьшить размеры и повысить надежность сварочных полуавтоматов. В зависимости от типа электродвигателя подающего механизма электродной проволоки системы управления полуавтоматами подразделяют на системы с асинхронными электродвигателями «а», с электродвигателями постоянного тока, обеспечивающими плавное регулирование скорости подачи электродной проволоки в широком диапазоне, «б/table; /* electrowelder большой прямоугольник */ google_ad_slot = »; с электродвигателями постоянного тока, подключаемыми к напряжению источника питания сварочной дуги , «в>>. Структурная схема управления сварочным полуавтоматом (рис. 105) состоит из следующих блоков: источника питания / сварочной дуги, блока управления 2 источником питания сварочной дуги, источника питания 3 системы управления, логического блока 4У блока управления 5 электродвигателем постоянного тока подающего механизма электродной проволоки, газового клапана б, пусковой кнопки 7, электродвигателя 8 постоянного тока подающего механизма электродной проволоки. Для системы управления типа «а» из общей схемы должны быть исключены блоки 3 и 5, а для системы управления типа «в» — исключены блоки 3, 5, 7. Простота схемы управления повышает ее надежность, что характерно для систем типа «;а» и «в», однако они имеют существенные недостатки: система «а».— необходимость механической настройки скорости подачи электродной проволоки, что вызывает частые простои полуавтоматов и, как следствие, снижение производительности труда; система «в».— регулирование скорости подачи электродной проволоки в узком диапазоне напряжения сварочной дуги, чscript type=то ограничивает применение сварочных полуавтоматов. > , « Широкое распространение получила система управления типа' «б», не имеющая перечисленных недостатков и обеспечивающая регулирование скорости подачи электродной проволоки в широком диапазоне (10-кратный и более.) с помощью транзисторных и тиристорных регуляторов; при этом уменьшились размеры' аппаратуры и повысилась ее надежность. Малые размеры современных регуляторов и схем управления позволяют разместить их в корпусе источника питания сварочной дуги, регулирование скорости подачи электродной проволоки возможно с панели управления, расположенной на корпусе подающего механизма. При таком конструктивном размещении не требуется дополнительного шкафа управления, сокращается количество проводов системы управления и повышаются ее надежность и технико-экономические показатели сварочных полуавтоматов. Газовая аппаратура предназначена для обеспечения защиты зоны сварочной дуги инертным газом или смесью газов. В ее состав входит (рис. 106): баллон 1 с защитным газом, подогреватель 2 защитного газа, осушитель 3 защитного газа, газовый редуктор 4 с манометрами. Баллоны предназначены для хранения и транспортировки защитного газа. Все газы, применяемые для защиты зоны сварочной дуги, находятся в баллонах в сжатом состоянии, под высоким давлением, кроме углекислого газа, который содержится в виде углекислоты, в жидком состоянии. Размеры и масса баллонов отвечают стандартному ряду. Подогреватель газа предназначен для подогрева только углекислого газа, поступающего из баллона. Конструкция подогревателя газа (рис. 107) состоит из корпуса /, кожуха 2, трубки змеевика 3 для прохождения углекислого газа, теплоизоляции 4, нагревательного элемента 5, изготовленного из хромель-копели, и накидной гайки 6, предназначенной для крепления подогревателя к баллону. Нагревательный элемент 5 рассчитан на напряжение 20 В постоянного тока или 36 В переменного. Осушитель газа предназначен для поглощения влаги, имеющейся в углекислом газе (рис. 108), и состоит из следующих элементов: втулки /, накидной гайки 2, пружины 3, двух сеток 4, фильтра 5, сетчатой шайбы 6, корпуса 7, штуцера 8, сетки 9. В качестве осушителя применяется материал, быстро поглощающий влагу,— медный купорос или селикагель, который необходимо прокаливать при температуре 200—250 °С в течение 2—2,5 ч. Объем осушителя позволяет при одной зарядке осушить четыре-шесть баллонов углекислоты. Регулятор давления предназначен для снижения давления газа, поступающего из баллона, и для автоматического поддержания рабочего давления. Регулятор давления (рис. 109) состоит из камеры 3 высокого давления, манометра 2 высокого давления, пружины 1 в камере высокого давления, переходного клапана 4> камеры 5 низкого давления, пружины 6 в камере низкого давления, мембраны 7, предохранительного клапана 5, манометра 9 низкого давления, вентиля 10 и регулировочного винта 11. Принцип действия регулятора давления основан на преодолении сопротивления переходного клапана 4Л установленного между камерами высокого и низкого давления. Рабочее давление в камере низкого давления регулируют винтом 11, при ввертывании которого происходит сжатие пружин 1 и 6 и приоткрывание переходного клапана 4. При этом давление в камере низкого давления повышается. Если необходимо уменьшить рабочее давление, то винт 11 выворачивают. Автоматическое поддержание рабочего давления осуществляется мембраной 7. При уменьшении расхода газа его рабочее давление в камере низкого давления возрастает. Повышение давления оказывает действие на мембрану 7, которая, прогибаясь, сжимает пружину 6. Это вызывает расжатие пружины которая, воздействуя на переходный клапан 4, закрывает переход из камеры высокого давления в камеру низкого давления. Такое состояние мембраны 7 сохраняется до тех пор, пока рабочее давление не восстановится до первоначального значения. При уменьшении рабочего давления вследствие повышенного расхода газа происходит обратный процесс, т. е. мембрана 7, изгибаясь в противоположную сторону, воздействует на пружину /, сжимая ее; при этом под разжимающим воздействием пружины 6 переходной клапан 4 приоткрывается, и давление возрастает до первоначального значения. При увеличении давления в камере низкого давления выше первоначального срабатывает предохранительный клапан 8\ при этом лишний газ 8 9 выходит в атмосферу, и давление восстанавливается. Следует отметить, что срабатывание предохранительного клапана является аварийной ситуацией, так как при этом увеличивается непроизводительный расход дорогостоящего защитного газа. При возникновении/ такой ситуации (повышенный расход защитного газа вследствие частого открытия предохранительного клапана) необходимо остановить работы, а затем отрегулировать и проверить регулятор давления. При использовании углекислого газа применяют стандартные баллонные регуляторы для кислорода, например ДКД-8-65, или специальные для углекислого газа — У-30. При сварке в среде инертного газа применяют специальные регуляторы давления АР-10, АР-40 и АР-150. Расходомеры (рис. 110) предназначены для измерения расхода рабочего газа при сварке. Расходомер поплавкового типа (ротаметр) представляет собой конусную стеклянную трубку / (рис. 110, а), внутри которой помещен поплавок 2, изготовляемый из эбонита, алюминия или коррозионно-стойкой стали. Материал поплавка выбирают по чувствительности ротаметра при определенных его размерах. Стеклянная трубка / помещена в металлический каркас 3, который по обоим концам имеет штуцеры и крепежные фланцы или накидные гайки (на рис. 110, а не показаны). Расходомер поплавкового типа (ротаметр) — очень чувствительный прибор, его применяют для измерения расхода инертного газа. Принцип действия ротаметра основан на уравновешивании веса поплавка выходящей струей газа. Чем выше поднимается поплавок, тем больше зазор между боковыми поверхностями поплавка и внутренней стенкой трубки и, следовательно, больше расход газа. Ротаметры градуируют по расходу воздуха; для измерения расхода инертного газа вводятся поправочные коэффициенты. Расходомер дроссельного типа (рис. 110,6) основан на измерении перепада давлений до и после дросселирующей диафрагмы / (дюзы). Давление в каждой камере измеряют манометрами Р1 и Р2, причем манометр низкого давления Р1 градуируют на расход газа. Принцип измерения расхода газа, основанный на дросселирующей диафрагме, применен в газовых редукторах. В целях расширения диапазона-измерения расхода газа расходомеры дроссельного типа комплектуют набором диафрагм с отверстиями различных диаметров (0,6—1 мм). Расходомер калибровочного типа (рис. 110, в) является аналогом расходомера дроссельного типа. Диаметр отверстия диафрагмы / зависит от расхода газа. Расходомеры калибровочного типа применяют для радуирования расходомеров дроссельного типа. Газовый смеситель предназначен для получения газовых смесей постоянного состава (аргона и гелия, углекислого газа и кислорода и т. д.). С помощью газового смесителя можно получить газовую смесь любой концентрации. Электромагнитный газовый клапан (отсекатель газа) предназначен для автоматического управления подачей газа. Он состоит (рис. 111) из корпуса /, электромагнита 2, плунжера 3, входного штуцера 4 и выходного штуцера 5. При подаче напряжения питания на катушку электромагнита якорь электромагнитного клапана втягивается, поднимая плунжер 3\ при этом газ поступает из входного штуцера в выходной и далее в рабочую горелку автомата. При отключении напряжения питания плунжер 3 под действием своей пружины возвращается в первоначальное положение, перекрывая проход между входным и выходным штуцерами, подача газа прекращается. Включение электромагнитного клапана сблокировано с пусковой кнопкой полуавтомата. Это обеспечивает продувку газовых каналов и подготовку защитной среды перед зажиганием сварочной дуги, а также сохранение защитной среды после гашения дуги до полного остывания металла.


 

Для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей плавящимся электродом в среде углекислого газа во всех пространственных положениях, кроме потолочного, широко применяются полуавтоматы серии ПДГ. Стабилизация выходных параметров источника питания совместно со стабилизацией скорости подачи электродной проволоки позволяет получать сварные соединения высокого качества. Полуавтоматы этой серии состоят из подающего механизма, источника питания постоянного тока или импульсного источника питания, сварочных горелок, газовой аппаратуры и соединительного гибкого шланга. В зависимости от технологии сварочного процесса полуавтоматы комплектуют редукторным подающим механизмом, закрытым (переносным) или открытым с тележкой. В комплект полуавтомата входят сварочные горелки типа ГДПГ и стандартная газовая аппаратура. Управление полуавтоматами серии ПДГ осуществляется блоком управления БУСП-1, серийно изготовляемым на элементной базе третьего и четвертого поколений (полупроводниковые приборы и микросхемы), что позволяет разместить его в нише корпуса сварочного полуавтомата или источника питания. Этот блок обеспечивает динамическое торможение и электронную защиту от перегрузок электродвигателя подающего механизма, однорежимное управление полуавтоматом, включение продувки газа при наладке, выполнение режимов сварки и наладки полуавтомата. БУСП-1 сохраняет свою работоспособность при отклонении питающего напряжения в пределах от —10 до + 5% номинального напряжения. В режиме наладки блок управления обеспечивает выполнение следующих операций: включение подачи защитного газа для настройки его расхода; установку заданной скорости подачи электродной проволоки; выбор рабочего цикла; сварку длинными, короткими и точечными швами. В режиме сварки блок управления обеспечивает выполнение команд о ее начале и окончании. При этом по получении команды о начале сварки блок управления включает подачу защитного газа и далее источник питания; с нерегулируемой выдержкой времени (0,5 с) включает подачу электродной проволоки; обеспечивает стабильность скорости подачи электродной проволоки с точностью 4:10 % установленного значения при изменении напряжения сети в пределах  (10-5%) номинального значения и тока якоря электродвигателя механизма подачи в пределах 0,3—1 номинального значения. По получении команды о прекращении сварки блок управления выключает электродвигатель подающего механизма и осуществляет его торможение; через определенный интервал времени (0,5—5 с), установленный наладчиком, отключает источник питания сварочного тока; через определенный интервал времени (0,5—5 с), установленный наладчиком, отключают подачу защитного газа; по окончании сварки блок управления обеспечивает возвращение в исходное положение. Блок управления обеспечивает возможность выполнения сварки в импульсном режиме с длительностью импульса 0,2—2 с. Блок управления имеет унифицированные входы для подключения внешнего программирующего устройства и дистанционного пульта управления. Программирующее устройство осуществляет изменение режима сварки по заданной программе в зависимости от изменения технологических параметров свар ки. На передней панели БУСП-1 размещены кнопки управления. Полуавтоматы серии ПДГ предназначены в основном для эксплуата ции в умеренном климате, а полуавтоматы ПДГ-305 и ПДИ-303 в умеренном и холодном климате. Кроме того, полуавтомат ПДИ-303 обеспечивает сварку в импульсном режиме. Полуавтоматом ПДГ-516 (ПШ-13) можно сваривать как стальной, так само защитной и порошковой проволокой. Одна из возможных схем соединения полуавтомата серии ПДГ показана на рис. 112, которая включает следующие элементы: сварочную горелку /, обратный провод 2, переносной подающий механизм 3 с блоком управления, кабели и шланги 4, блок 5 питания системы управления, газовую аппаратуру 5, источник 7 питания сварочной дуги. Для сварки в различных пространственных положениях некоторые типы полуавтоматов серии ПДГ комплектуют консольно-поворотным устройством, устанавливаемым на источнике питания. На этом устройстве закреплен подающий механизм, который может вращаться вокруг вертикальной оси на 360°. Полуавтомат ПШ-109 предназначен для сварки изделий из титановых сплавов сплошной электродной проволокой в аргоносодержащих газовых смесях. Этот полуавтомат обеспечивает сварку во всех пространственных положениях, кроме потолочного. Отличительной особенностью полуавтомата ПШ-109 является применение подающего механизма «ИЗАПЛАН» (рассмотренного выше), а также двух дополнительных блоков: генератора ГИ-ИДС-1 для обеспечения сварки в импульсном режиме и охлаждающего устройства для принудительного обдува остывающей зоны шва. Регулирование скорости подачи проволоки на ПШ-109 обеспечивается изменением частоты вращения вала электродвигателя постоянного тока, усилие прижатия подающих роликов регулируется конусным корпусом подающей головки. В целях повышения качества сварных изделий сварочная горелка оснащена устройством принудительного обдува остывающей зоны сварного шва. Управление полуавтоматом ПШ-109 осуществляется стандартным БУСП-1, встроенным в корпус подающего механизма. В качестве защитного газа можно применять аргон, гелий или их смеси. В качестве источника питания для полуавтомата ПШ-109 может быть применен выпрямитель, обеспечивающий сварочный ток до 500 А. Технические характеристики рассмотренных полуавтоматов приведены в табл.


 

Полуавтоматы для сварки под флюсом из-за громоздкости основного инструмента сварщика, сварочной горелки, укомплектованной флюсоворонкой и необходимой аппаратурой для подготовки флюса, не находят широкого применения в практике. В связи с унификацией составных частей полуавтоматов широко применяют универсальные полуавтоматы, которые в соответствии с требованиями сварочной технологии позволяют быстро провести настройку на заданный режим. Полуавтомат ПШ-112 предназначен в основном для сварки самозащитной порошковой проволокой, а также может быть легко переоборудован для режима сварки в углекислом газе сплошной и порошковой проволокой. Этот полуавтомат разработан странами — членами СЭВ. Полуавтомат состоит из следующих узлов (рис. 1.13): газового редуктора /, шланга 2 для подачи защитного газ-а, кабелей 3 цепи управления, обратного провода 4 сварочной цепи, дистанционного пульта управления 5, сварочной горелки 6> струбцины 7 для подсоединения обратного провода, подающего механизма 8> кабелей 9 сварочной цепи, источника питания 10, газового баллона 11. В качестве источника питания может быть использован выпрямитель с жесткой или пологопадающей внешней характеристикой, обеспечивающий номинальный сварочный ток до 500 А. Отличительной особенностью рассматриваемого полуавтомата является наличие программного устройства в блоке управления БУСП-1, которое обеспечивает программирование линейной зависимости сварочного тока при изменении технологических данных (марки электродной проволоки, ее диаметра, режима сварки и т. д.). Это упрощает настройку полуавтомата и сокращает количество органов управления. Режим сварки задают изменением положения ручки регулятора напряжения источника питания. Четырех роликовый подающий механизм типа «ИЗАПЛАН», кассетное устройство для электродной проволоки и блок управления расположены на двухколесном шасси облегченной конструкции.. Техническая характеристика полуавтомата ПШ-112 приведена в табл. 18. Полуавтомат А-1197 является универсальным, его применяют как для сварки в углекислом газе сплошной и порошковой проволокой, так и для сварки под флюсом. Состав узлов и схема их соединения такие же, как в полуавтомате ПШ-112. При необходимости применения полуавтомата А-1197 для сварки в углекислом газе его собирают по общей схеме с применением газовой аппаратуры. При сварке под флюсом газовую аппаратуру заменяют флюсовой. Полуавтомат А-1197 выпускают в двух модификациях: А-1197П и А-1197С. В модификации А-1197П подающий механизм имеет электродвигатель постоянного тока, который обеспечивает плавное регулирование скорости подачи электродной проволоки. В модификации А-1197С подающий механизм имеет асинхронный электродвигатель, с помощью которого регулирование скорости осуществляется ступенями — сменой зубчатых шестерен. Для работы в среде защитного газа в комплект полуавтомата А-1197 входит сварочная горелка типа ГДПГ, а для работы под флюсом -— сварочная горелка А-1231-5-Ф2 или аналогичные. Технические характеристики полуавтомата А-1197 и других универсальных полуавтоматов приведены в табл. 18.

 

Вопросы для повторения

Перечислите основные узлы сварочных полуавтоматов и их назначение.
В чем заключаются конструктивные отличия основных узлов сварочных полуавтоматов и при каких технических условиях применяют конкретную конструкцию?
Какими конструктивными узлами отличаются сварочные полуавтоматы для сварки в среде углекислого газа и инертных газов?
При каком способе электрической сварки наиболее широко применяют сварочные полуавтоматы?
В чем отличие сварочных универсальных полуавтоматов и почему они так называются?


 

Сварочные автоматы предназначены для дуговой автоматической сварки под флюсом и в среде защитного газа. Они обеспечивают следующие операции: подачу флюса или защитного газа в зону сварочной дуги; зажигание сварочной дуги; подачу электродной или присадочной проволоки в зону дуги по мере их оплавления; регулирование параметров сварочной дуги; перемещение сварочной дуги вдоль кромок шва; направление сварочной горелки вдоль шва; защиту зоны сварочной дуги от внешней среды; заварку кратера, гашение сварочной дуги и прекращение подачи флюса или защитного газа. Параметры сварочных автоматов для дуговой сварки плавящимся электродом регламентированы стандартом. В соответствии с принятым стандартом сварочные автоматы изготовляют в следующих исполнениях: по способу защиты зоны сварочной дуги — для сварки под флюсом Ф; для сварки в защитных газах Г; для сварки как под флюсом, так и в защитных газах ФГ; по роду сварочного тока —для сварки постоянным, переменным или постоянным и переменным током; по способу охлаждения — с естественным или принудительным (водяным) охлаждением токоподводящей части сварочной головки и сопла; по способу регулирования скорости подачи электродной проволоки — с плавным, плавно-ступенчатым и ступенчатым; по способу подачи электродной проволоки— с независимой от напряжения дуги подачей; с зависимой от напряжения дуги подачей; по расположению автомата относительно свариваемого стыка — для сварки внутри стыка; для сварки внутри и вне стыка; по конструктивно-компоновочным признакам — подвесные и самоходные головки; рельсовые и безрельсовые тракторы; по степени специализации — общепромышленного назначения; специализированного назначения; по способу формирования металла шва — для сварки со свободным формированием шва в нижнем положении; для сварки с принудительным формированием шва на вертикальной, наклонной или криволинейной поверхности; по типу электрода в соответствии со стандартом — для сварки не плавящимся электродом (без присадочного материала, с присадочным материалом); с раздельным питанием (однодуговые, двухдуговые и много дуговые); с общим питанием (одноэлектродные, двухэлектродные и много электродные) При работе сварочного автомата под воздействием внешних факторов, называемых возмущениями, происходит изменение технологических пара метров сварки (напряжения дуги, сварочного тока, скорости сварки и скорости подачи электрода). К возмущениям относятся нестабильность напряжения сети, нестабильность моментов нагрузки на валу электродвигателя перемещения сварочного автомата и на валу электродвигателя подающего механизма электродной проволоки, наличие зазоров в механических передачах и др. Отклонение того или иного технологического параметра сварки под воздействием внешних факторов называют погрешностью регулирования замкнутой системы. В эту систему входят: источник питания сварочной дуги, сварочный автомат, сварочная дуга и сварной шов (система И-А-Д-Ш). Возмущения, действующие на замкнутую систему регулирования, вызывают в ней переходные процессы. Скорость протекания переходных процессов зависит от динамических свойств замкнутой системы И-А-Д-Ш; чем выше эти свойства, тем быстрее происходит восстановление значения того или другого параметра, отклонение которого произошло под воз действием возмущений. При этом восстановленное значение каждого параметра находится в пределах допустимого отклонения для конкретной замкнутой системы управления сварочным процессом. Значения допустимых отклонений рассчитывают по математическим моделям регулирования сварочным процессом, характер которых определяется конструкцией сварочного автомата. Все модификации сварочных автоматов независимо от их конструкции можно свести к трем типам регуляторов: механический регулятор дугового промежутка (МРДП); автоматический регулятор дуги с саморегулированием (АРДС); автоматический регулятор напряжения дуги (АРНД). В МРДП регулирование осуществляется с помощью естественной отрицательной обратной связи по скрытой составляющей длины дуги (эффект саморегулирования) . В процессе сварки при изменении силы давления сварочной дуги на изделие и силы поверхностного натяжения в расплавленном металле происходит его провисание (деформация) под дугой по типу вогнутой чаши. Абсолютное значение глубины провисания расплавленного металла под дугой называют скрытой составляющей ее длины, изменение которой происходит под действием внешних возмущений. В установившемся режиме длина дуги равна установочной (внешней) длине и ее скрытой составляющей. Коэффициент саморегулирования характеризует зависимость напряжения сварочной дуги при изменении скрытой составляющей ее длины и находится в пределах 0,8—3,5 В/мм. При пологопадающей внешней характеристике источника питания наблюдается большее изменение значения скрытой составляющей сварочной дуги, чем на крутопадающей внешней характеристике при прочих равных условиях. Рассмотренный регулятор характерен для аппаратов, применяемых для сварки неплавящимся электродом. В АРДС регулирование осуществляется с помощью естественной отрицательной связи по скорости плавления электродной проволоки (эффект саморегулирования).

В процессе сварки при изменении длины дуги под действием внешних возмущений происходит изменение напряжения дуги и сварочного тока, которое вызывает изменение скорости плавления электродной проволоки. Сварочная головка с саморегулированием длины дуги в зависимости от внешних возмущений (рис. 114, а) включает следующие элементы: электродвигатель 1 переменного тока, редуктор 2, подающий ролик 3 и электродную проволоку 4. Установившийся режим сварки (рис. 114,6) определяется точкой А при пересечении внешней характеристики источника питания (кривая I) с вольтамперной характеристикой сварочной дуги (кривая II). Эта точка характеризует примерное равенство скорости подачи электродной проволоки и скорости ее плавления. При случайных возмущениях, вызывающих изменение длины сварочной дуги, происходит перемещение ее вольтамперной характеристики вверх (кривая III, точка А\) или вниз (кривая IV, точка Лг). При этом изменяется напряжение дуги, что приводит к изменению сварочного тока и, следовательно, скорости плавления электрода. Таким образом, восстанавливается первоначальный режим, при котором соблюдается равенство постоянной скорости подачи электродной проволоки с изменяющейся скоростью ее плавления. В рассматриваемом регуляторе коэффициент саморегулирования характеризует зависимость скорости плавления электродной проволоки от изменения напряжения дуги и сварочного тока и составляет соответственно —5*10~4-: 2Х X Ю -2 мм/(с*В) и 2-Ю-4-f-5-10~3 мм/(с*А). Саморегулирование выполняется тем лучше, чем более пологопадающая внешняя характеристика источника питания. Преимуществом рассмотренного регулятора является простота схемы сварочной головки и ее высокая надежность в работе. Этот регулятор характерен для автоматов, применяемых при сварке плавящимся электродом с постоянной скоростью подачи электродной проволоки. Принцип сохранения заданной скорости подачи электродной проволоки обеспечивается асинхронным электродвигателем с жесткой характеристикой. В АРНД регулирование осуществляется с помощью искусственной отрицательной обратной связи по напряжению дуги. В настоящее время разработано большое количество устройств, реализующих принцип АРНД на основании изменения скорости-подачи электродной проволоки. Наибольшее распространение получили регуляторы непрерывного действия, выполненные на базе регулируемого привода постоянного тока с независимым возбуждением. Управление скоростью может быть тиристорным или через магнитный усилитель. Принцип действия такого р align=егулятора основан на сравнении напряжения сварочной дуги и напряжения задания. При равенстве этих напряжений процесс сварки находится в установившемся режиме. При случайных возмущениях возникает погрешность регулирования (разность между напряжением сварочной дуги и напряжением задания), которая отрабатывается управляемым приводом в ту или другую сторону. Коэффициент регулирования характеризует зависимость скорости изменения внешней (установленной) длины дуги при изменении напряжения на якоре электродвигателя постоянного тока и составляет (4-=-40) X Х10~2 мм/(с-В), что обеспечивает высокое быстродействие и высокую чувствительность, а также линейность внешней характеристики регулятора, необходимые при автоматической сварке неплавящимся электродом. Автоматы с плавящимся электродом относятся к более сложным системам регулирования (АРНД-|-АРДС) и др., так как при сварке плавящимся электродом имеет место саморегулирование сварочной дуги.


 

Современный сварочный автомат можно представить структурной схемой (рис. 115), которая состоит из следующих блоков: сварочной головки СГ, вспомогательной флюсовой ФА и газовой аппаратуры ГА, источника питания сварочной дуги ИП и блока управления БУ. Все блоки и их составные узлы унифицированы, что позволяет расширить маневренность в переоснащении сварочных автоматов в производственных условиях. Сварочная головка представляет собой устройство, состоящее из следующих узлов: подающего механизма с катушкой, кассетой или бухтой для хранения электродной проволоки, токоподводящего устройства, механизма перемещения электрода относительно шва (суппорта), самоходной тележки, системы управления. Вспомогательная флюсовая или газовая аппаратура размещены также на агрегате сварочной головки, за исключением газового баллона. Сварочная головка в зависимости от назначения может быть подвесная или самоходная, т. е. оснащена механизмом перемещения. Подающий механизм с кассетой или бухтой для хранения электродной проволоки предназначен для подачи проволоки в зону сварочной дуги. В отечественных сварочных автоматах широко применяют роликовые подающие механизмы, конструкции которых аналогичны конструкциям подающих механизмов, применяемых в сварочных полуавтоматах. Кассета или бухта для хранения электродной проволоки имеют тормозной механизм, препятствующий самопроизвольному ее раскручиванию. В зависимости от диаметра электродной проволоки подающие механизмы комплектуют правильными механизмами, которые расположены рядом с подающим механизмом и предназначены для выравнивания электродной проволоки, поступающей из кассеты или бухты. Ролики правильного механизма имеют ровную поверхность и расположены в шахматном порядке в количестве трех или пяти штук. Токоподводящее устройство предназначено для направления электрода в зону дуги и подвода к нему электрического тока. В сварочных автоматах для сварки открытой дугой или под флюсом токоподводящие устройства называют мундштуком, а для сварки плавящимся или неплавящимся электродом в среде защитного газа — сварочными горелками. Существует несколько типов конструкций мундштуков: роликовый, колодочный, трубчатый и сапожковый. Роликовый мундштук (рис. 116, а) имеет два или три неподвижных ролика 6 с канавками, между которыми скользит электродная проволока /. Ролики изготовляют из бронзы и укрепляют на кронштейнах 5 болтами 7. Кронштейны прикрепляют к токоведущему корпусу 2. Контакт роликов с электродной проволокой создается пружиной 3 и регулируется винтом 4. По мере изнашивания роликов их контактирующие плоскости переналаживают, ослабляя и закрепляя болты. Колодочный мундштук (рис. 116,6) вместо неподвижных роликов имеет медные колодки 4 с прорезями, одна из которых является подвижной. Контакт с электродной проволокой 5 осуществляется прижимом подвижной колодки к неподвижной с помощью пружины / и винта 2. Сварочный ток подводится к неподвижной пластине токоведущего корпуса 6. В целях уменьшения износа пластин в них вставляют бронзовые Универсальные полуавтоматыhr title=вкладыши 3, имеющие разную ширину канавки. Это пpозволяет применять мундштук для разного диаметра электродной проволоки. Роликовые и колодочные мундштуки для электродной проволоки диаметром 3—5 мм. Трубчатый мундштук (рис. 116, в) предназначен для применения электродной проволоки диаметром 1—2 мм и состоит из корпуса 2, внутри которого имеется канал для электродной проволоки /, и съемного наконечника 4, изготовленного из бронзы, а также накидной гайки 3, предназначенной для крепления наконечника к корпусу. Для создания контактного давления ось наконечника 4 смещена относительно оси корпуса 2, имеющего с одной стороны внешнюю резьбу. Сапожковый мундштук предназначен для 3795254834trэлектродной проволоки различного диаметра, т. е. является универсальным. Он состоит из токоподводящего наконечника 6, ввернутого сносно в направляющую трубку 3 (рис. 116, г). На шарнире к трубке 3 прикреплена специальная вилка 2 сапожкового типа, на одном конце которой имеется износостойкая вставка /, на другом — прижимной механизм 4, состоящий из пружины и винта. Контакт токоподводящего наконечника с электродной проволокой 5 большого диаметра align= осуществляется прижимным механизмом, а электродной проволокой малого диаметра — специальным контактным лепестком (на рис. 116, г не показан). Для ленточного электрода и порошковой проволоки применяют специальные мундштуки, для подачи нескольких электродных проволок одновременно используют универсальные мундштуки, конструкция которых имеет несущественные отличия от рассмотренных. Токоподводящее устройство с мундштуком роликового типа (рис. 117) состоит из сопла /, мундштука роликового типа 2 и держателя мундштука 3. Сварочную горелку типа ГПА применяют для автоматической сварки плавящимся электродом в среде защитного газа (рис. 118). Она состоит из следующих частей: переходника / корпуса с каналом для электродной проволоки 2, изолирующей втулки 3, держателя 4 сварочной горелки, сменного сопла 5, токоподводящего наконечника 6, водоохлаждающего сопла 7, водоподвода 8, газоподвода 9, токоподвода 10. Корпус сварочной горелки изготовлен из латуни. Токоподводящие бронзовые наконечники (мундштуки) могут быть точеными или штампованными. Конструкции токоподводящих наконечников рассмотрены выше (см. рис. 116). В практике широко применяют токоподводящий наконечник без подвижного контакта, в котором контакт с электродной проволокой осуществляется за счет смещения оси наконечника относительно оси канала корпуса сварочной горелки. Чем больше диаметр электродной проволоки, тем лучше контакт. Сменные сопла изготовляют из меди с последующим полированием или из специальной керамики. Горелка типа ГПА м/pожет быть без водяного охлаждения; в этом случае у нее отсутствуют водоохлаждающее сопло и водоподвод. Технические характеристики сварочных горелок для автоматической сварки плавящимся электродом приведены в табл. 19. Сварочную горелку типа ГНА применяют для автоматической сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа. На рис. 119 показаны конструкции сварочных горелок типа ГНА: без водяного охлаждения а, с водяным охлаждением б. Основной корпус горелки 2 изготовлен из латуни. Вверху корпуса установлены токоподвод, штуцер для подвода защитного газа, а также штуцер для подвода охлаждающей воды. Внутри корпуса размещен распылитель 4 защитного газа, который обеспечивает фордеирование необходимого потока защитного газа. Для зажима электрода установлена цанга <?, смена которой производится поворотом распылителя 4 защитного газа в соответствующую сторону. Сопло 5 цилиндрической формы изготовляется из керамики.» Основной корпус горелки 2 помещен в изолирующий корпус /, выполненный из прессованного порошка. Техническая характеристика сварочной горелки типа ГНА приведена в табл. 19. Механизмы перемещения электрода (дуги) относительно сварного шва — суппорты — предназначены для настройки перемещения электрода поперек шва, его поворота вокруг вертикальной оси на определенный угол, а также поворота от вертикали на заданный угол в каждую сторону как поперек, так и вдоль сварного шва. Конструкция этого механизма основана на взаимодействии пары винт — гайка или червячной пары и выполняется с ручным или электрическим приводом. Самоходная тележка предназначена для перемещения сварочной головки подвесного или самоходного типа. Ее четыре колеса приводятся в движение рабочим или марлевым электродвигателями. На самоходной тележке, в центре, размещен держатель сварочной головки, а по обе стороны от него установлены электродвигатели рабочей и маршевой скорости. Привод тележки соединяется с ее колесами с помощью фрикционной муфты, позволяющей при настройке перемещать тележку вручную. В конструкцию самоходной тележки (рис. 120) входит электродвигатель рабочего перемещения /, держатель сварочной головки 2 и электродвигатель маршевого перемещения 3. Система управления включает блок управления перемещением сварочной головки подвесного или самоходного (тракторного) типа, блок управления сварочным процессом, а также аппаратуру контроля параметров сварки, слежения и поиска сварного шва. Все блоки системы управления выполнены на микросхемах и мощных управляемых диодах. Они отвечают современным эргономическим требованиям. Блок Т-176А.01 предназначен для управления технологическим про цессом сварки. Он имеет две ячейки: управления сварочной головкой и управления электродвигателем подающего механизма. Общий вид блока управления показан на рис. 121. Для подсоединения к напряжению питания и другим блокам системы управления блок Т-176А.01 имеет разъемы, расположенные в нижней части его конструкции с задней сторо ны (на рис. 121 не показаны). Размеры и масса блока Т-176А.01 соответ ственно равны 296 X 194 X 492 мм и 8,2 кг. Блок Т-176А.02 предназначен для управления рабочей и маршевой скоростью при движении сварочного автомата, а также вертикальным его перемещением. Этот блок имеет ячейку логики управления движением, ячейку управления электродвигателями постоянного и переменного тока. Ячейка логики управления осуществляет формирование команд для управления электродвигателями постоянного и переменного тока в соответствии с программой перемещения. Ячейка управления электродвигателем постоянного тока осуществляет реверс, торможение, токовую защиту, плавное регулирование частоты вращения электродвигателей маршевого и рабочего движения в диапазоне 1:10. Ячейка управления электродвигателем переменного тока осуществляет реверс, торможение, токовую защиту электродвигателя суппорта вертикального перемещения. Конструкция блока Т-176А.02 аналогична конструкции блока Т-176А.01. Д.ля работы с блоком ТМ76А.02 электродвигатель постоянного тока должен иметь потребляемую мощность не более 400 В*А при напряжении питания 48 В, а электродвигатель переменного тока — не более 600 В*А при напряжении 380 В. Размеры и масса блока Т-176А.02 соответственно равны 304 X 194X492 мм и 8,2 кг. Блок СУ-155 предназначен для управления поиском и слежением по разделке шва; его применяют совместно с угольным датчиком; он работает с электродвигателями постоянного тока серии КПА или КПК. Блок СУ-155 имеет следующие ячейки: управления горизонтальным и вертикальным перемещением; программирования; поиска сварного шва; индикации. Все ячейки размещены в корпусе и соединены между собой специальным жгутом через разъемы. Подключение блока СУ-155 к электродвигателям, угольному датчику, трансформатору питания осуществляют также через разъемы. Потребляемая мощность электродвигателей постоянного тока, работающих совместно с блоком СУ-155, должна быть не более 250 В «А. Питание блока СУ-155 осуществляется от напряжения не более 55 В переменного тока стандартной частоты Размеры и масса блока СУ-155 соответственно равны 475X258X258 мм и 15 кг. В некоторых конструкциях аппаратов для автоматической сварки под флюсом контроль положения электрода (дуги) относительно кромок шва осуществляется с помощью светового указателя (рис. 122). Корпус 3 светового указателя прикреплен к ссыпному патрубку 8 с помощью шарнира 7. В корпусе 3 светового указателя расположены: источник света — лампа накаливания 5; линза 2, фокусирующая луч света выключатель 6 и диафрагма 4. Перед началом работы указатель совмещают с электродной проволокой 9 в одной плоскости. В процессе сварки указатель, перемещаясь перед флюсом 10, показывает положение сварного шва. Существенным недостатком рассмотренного указателя является обязательный визуальный контроль за свариваемым швом и ручная корректировка положения электрода. При сварке с разделкой шва находят применение простые устройства— роликовые копиры, направляющие электоод по кромке шва с разделкой. Роликовые копиры могут быть двухроликовые (рис. 123, а) и трехроликовые (рис. 123,6). Ролики 1 копира расположены друг за другом и скреплены кронштейном 2. Ось роликов должна находиться в одной плоскости с направлением электрода 5. Перед началом сварки ролики устанавливаются по кромке шва 4 и прижимаются к ней пружинами 3. С помощью этих пружин осуществляется направление роликового копира по кромке шва как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости. Отечественной промышленностью выпускаются унифицированные блоки, выполняющие отдельные функции: слежения и поиска кромок шва, управление механизмами перемещения, подачи и т. д. Из этих блоков можно собрать необходимый комплекс системы управления сварочным процессом, отвечающий поставленным технологическим требованиям. Для автоматической сварки в среде защитного газа применяют газовую аппаратуру, аналогичную газовой аппаратуре, используемой при механизированной сварке в среде защитного газа. Для автоматической сварки под флюсом применяют флюсовую аппаратуру (рис. 124), состоящую из бункера для шланга 3 для подачи флюса в зону сварочной дуги с патрубком 2 и шланга 4 для отсоса излишнего флюса после проведения сварки. Бункер для флюса (рис. 125) —это металлическая емкость, из которой флюс под действием своего веса поступает через патрубок 2 и шланг 3 в зону сварочной дуги. По окончании сварочного процесса оставшийся флюс всасывается через шланг 4, трубу 5 в бункер, снабженный всасывающей системой. Эта система состоит из эжектора | выходного патрубка 7 для очищенного воздуха, циклона 8 и хлопчатобумажного фильтра 9. В циклоне 8 флюсосмесь очищается от воздуха, который, пройдя через хлопчатобумажный фильтр || поступает в замкнутую схему воздухоснабжения через выходной патрубок.


 

Серия автоматов АДФ и АДГ предназначена соответственно для дуговой сварки под флюсом и в среде защитного газа стыковых и угловых соединений типа «тавр.» или «лодочка» электродной проволокой сплошного сечения. Сварку можно выполнять как внутри колеи, так и вне ее на расстоянии до 200 мм. Размер колеи при этом не должен превышать 295 мм. Положение электрода (дуги) контролируют с помощью светоуказателя. Все элементы управления сварочным процессом и перемещением трактора расположены на пульте, закрепленном на стойке-держателе самоходной тележки. Автоматы рассматриваемого типа обеспечивают плавное регулирование скорости подачи электродной проволоки и скорости сварки, а также стабилизацию этих скоростей. Конструкция аппаратов АДФ и АДГ состоит из унифицированных узлов: кассеты и крестовины для электродной проволоки массой 12, 14 и 20 кг; самоходной тележки; подающих механизмов, флюсовой и газовой аппаратуры; сварочных горелок и мундштуков, пульта управления и т. д. Электропривод самоходной тележки имеет мощность 60 В-А, а подающего механизма — 90 В-А. Конструкция автоматов типа АДФ и АДГ позволяет корректировать положение сварочной головки в поперечном направлении относительно сварочного шва в пределах 60 мм, а также ее поворот относительно продольной оси в пределах 90° в ту или другую сторону. При сварке угловых соединений сварочная головка может изменять положение наклона в пределах 45° в ту или другую сторону относительно оси электродвигателя подающего механизма. Для сварки под флюсом на переменном токе автоматы серии АДФ укомплектованы сварочными трансформаторами ТДФ-1002, ТДФ-1601 и ТДФЖ-2002. Для сварки под флюсом и в среде защитного газа на постоянном токе автоматы серии АДФ и АДГ укомплектованы универсальными выпрямителями ВДУ-505 или ВДУ-1201. Высокое качество сварных изделий достигается совокупной стабилизацией выходных параметров автоматов данного типа и источников питания, которыми укомплектованы эти автоматы. Автомат тракторного типа для обеспечения сварки под флюсом (рис. 126) состоит из следующих элементов и узлов: светоуказателя /; подающего механизма Ц флюсобункера 3\ промежуточных роликов 4 подачи; кассеты с электродной проволокой 5; пульта управления 6; маховиков 7, 10 регулировки положения сварочной головки относительно сварного шва; рукоятки 8 для зацепления с приводом самоходной тележки; самоходной тележки 9; сварочной головки 11. Технические характеристики автоматов серии АДФ и АДГ приведены в табл. 20. Сварочный автомат типа А-1506 (ТС-44) предназначен для дуговой однослойной и многослойной сварки под флюсом на скользящей водоохлаждаемой медной прокладке с обратным формированием горизонтального шва стальной проволокой сплошного сечения для изделий толщиной 6—22 мм. Этот автомат собран также из унифицированных узлов. Для формирования горизонтального шва на скользящей водоохлаждаемой медной прокладке сварочный автомат А-1506 (ТС-44) имеет специальную нижнюю тележку, которая соединена с ходовой тележкой жесткой тягой, проходящей между свариваемыми деталями. При сварке изделий относительно небольшой толщины автомат А-1506 (ТС-44) может выполнять функцию совмещения кромок в месте сварки. Источником питания для данного автомата может служить универсальный выпрямитель, рассчитанный на номинальный сварочный ток до 2000 А. Техническая характеристика сварочного автомата А-1506 (ТС-44) приведена в табл. 20. Для дуговой сварки под флюсом изделий толщиной до 60 мм (элементов реакторов, печей различного назначения, химических аппаратов и т. д..) стальной проволокой сплошного сечения выпускают сварочный автомат А-1648 (ТС-43). Этот автомат имеет облегченную конструкцию передвижной тележки, которая во время сварки может передвигаться как непосредственно по изделию, так и с помощью направляющей линейки. Сварочный автомат А-1648 (ТС-43) имеет один совмещенный привод для подающего механизма и ходовой тележки. В качестве привода применен электродвигатель постоянного тока, позволяющий плавно изменять скорость сварки и скорость подачи электрода в диапазоне каждой ступени. Для ступенчатого изменения этих скоростей используют сменные шестерни. Источником питания для рассмотренного автомата может быть универсальный выпрямитель, обеспечивающий номинальный сварочный ток. Сварочный автомат А-1648 (ТС-43), показанный на рис. 127, состоит из следующих унифицированных узлов: флюсобункера /, мундштука 2, подающего механизма 3, самоходной тележки 4, кассеты 5 для электродной проволоки, пульта управления 6. Техническая характеристика сварочного автомата А-1648 (ТС-43) приведена в табл. 20. Для дуговой сварки в среде углекислого газа тавровых конструкций различной кривизны в нижнем положении на промышленных предприятиях применяют малогабаритный сварочный автомат типа А-1711. Этот автомат может выполнять сварку изделий как с положительным, так и с отрицательным радиусом Кривизны. Сварочный автомат А-1711 состоит из следующих унифицированных узлов: подающего механизма, механизма перемещения, пульта управления суппортом, мундштука, прижимного ролика, копирного ролика, корректора, кассеты для электродной проволоки, ролика опорного отсекателя газа. Для плавного регулирования скорости перемещения сварочного автомата А-1711 в нем применен электромеханизм УТ-11М, а для плавного регулирования подачи электродной проволоки в подающем механизме этого сварочного автомата использован электродвигатель по стоянного тока типа Д90А. Плавающая сварочная горелка закреплена на суппорте, который опирается на горизонтальную полку изделия. Использование системы захватывающих роликов и плавающей сварочной горелки позволяет обеспечить высокое качество копирования углового соединения независимо от знака кривизны вертикальной полки изделия. Автомат А-1711 перед началом сварочного процесса закрепляют на вертикальной полке изделия, по которой он перемещается в процессе сварки, как по направляющей с помощью системы из двух подпружиненных роликов. В качестве источника питания для автомата А-1711 может быть использован универсальный выпрямитель, обеспечивающий номинальный сварочный ток. Шкафы управления у всех малогабаритных сварочных автоматов тракторного типа располагают рядом в непосредственной близости от свариваемых изделий или источника питания. Техническая характеристика сварочного автомата А-1711 приведена в табл. 20. Для дуговой сварки под флюсом труб различного диаметра по внешнему периметру используют сварочные автоматы роликового типа АД142 и АД-142-01 на базе унифицированных узлов автоматов тракторного типа. Автомат АД-142 предназначен для сварки труб диаметром 325, 426, 465, 529 и 630 мм, а автомат АД-142-01 -—для сварки труб диаметром 529, 720 и 1020 мм. Конструкция автоматов включает два несущих полукольца 4У 5 (рис. 128). Собранные полукольца 4, 5 направляют вдоль стыка труб с помощью предварительно установленной стальной ленты 3 и перемещают вокруг трубы на двух роликах 2, один из которых имеет электропривод. Две сварочные головки левая I и правая 6 закреплены на полу кольцах диаметрально относительно оси трубы. Сварочные головки собраны из унифицированных узлов: подающего механизма, колебания электрода, прижатия формирующего ползуна, мундштука и корректоров направления. Кассеты с электродной проволокой установлены рядом со сварочными головками на полукольцах. Пульт управления автоматами установлен на трубе с помощью четырех постоянных магнитов в удобном месте. Кроме основного пульта автоматы снабжены ручным дистанционным малогабаритным пультом управления. Перед началом работы сварочные головки устанавливают на горизонтальной оси трубы. Сварку начинает та сварочная головка, которая перемещается вверх по часовой стрелке. После достижения сварочными головками вертикальной оси включается та головка, которая находится внизу и не выполняла сварку. При последовательной работе сварочных головок образуется сварной кольцевой шов, получаемый за один или несколько проходов сварочных головок. Технические характеристики автоматов АД-142 и АД-142-01 приведены в табл.


 

Для дуговой сварки изделий с различными формой и размерами сварных швов (криволинейные швы, швы с переменным сечением и т. д.) широко применяют автоматы подвесного типа. В большинстве случаев эти автоматы самоходные. Их перемещение осуществляется по направляющему рельсу с помощью самоходной тележки. В зависимости от способа сварки автоматы подвесного типа могут быть укомплектованы источником переменного или постоянного тока, которые обеспечивают номинальный сварочный Ток и имеют необходимую внешнюю характеристику. Отечественная промышленность на базе унифицированных узлов выпускает серию (А-1400) подвесных самоходных сварочных автоматов, предназначенных для дуговой сварки под флюсом углеродистых сталей,— А-1401, А-1410; для дуговой сварки в среде углекислого газа углеродистых сталей — А-1417; для дуговой сварки в среде инертного газа изделий из алюминия и его сплавов — А-1431 и т. д. Сварочные автоматы серии А-1400 рассчитаны на длительную работу и могут применяться как самостоятельно, так и входить в комплект сварочных автоматических линий. Отличительная особенность сварочных автоматов серии А-1400 — их пригодность для дуговой сварки различных типов швов. Эти сварочные автоматы обеспечивают широкий диапазон регулирования режимов сварки, а также возможность быстрой переналадки при изменении сварочной технологии. В конструкцию автоматов для дуговой сварки под флюсом серии А-1400 входят следующие унифицированные узлы: суппорт /; подающий механизм 2: механизм 3 вертикального перемещения; самоходная тележка 4\ флюсовая аппаратура 5; кассета 6 с электродной проволокой; пульт управления 7 (рис. 129). При дуговой сварке в среде защитного газа в автомате А-1417 или А-1431 флюсовую аппаратуру за меняют газовой, а мундштук — сварочный горелкой. В автомате серии А-1400 применена схема тянущего подающего механизма, что обеспечивает равномерную подачу электродной проволоки как стальной, так и алюминиевой. Сварочный автомат А-1411П предназначен для дуговой сварки в среде углекислого или инертного газа стальной электродной проволокой сплошного сечения изделий типа балок, ребер жесткости и т. д. Отличительная особенность автомата А-1411П — увеличение почти в 2 раза вертикального и горизонтального перемещения (хода) сварочной головки по сравнению со сварочными автоматами серии А-1400, а также возможность обеспечения системой слежения за стыком шва и его поиска перед началом сварочного процесса. Технические характеристики сварочных автоматов унифицированной серии А-1400 приведены в табл. 21 Сварочный автомат АД-111 предназначен для дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа криволинейных стыковых швов, а также изделий, имеющих переменное сечение разделки свариваемых кромок. Автомат АД-111 (рис. 130) состоит из унифицированных узлов: сварочной головки /, системы подвески 2, подающего механизма 3 с кассетой для электродной проволоки. Корректировку сварочной головки относительно посадочного отверстия выполняют вручную в режиме наладки с помощью специального устройства. Корректировка считается законченной, если сварочная головка совпадает с началом шва свариваемых деталей. Сварочная головка автомата АД-111 снабжена механизмом колебания электрода с постоянной скоростью и реверсивным электродвигателем. При сварке сварочная головка перемещается по ширине шва. Изменение направления движения сварочной головки происходит по сигналу, сформированному при наезде сварочной головки на кромку свариваемой детали. Этим обеспечивается контроль за направлением движения сварочной головки и шириной разделки свариваемого стыка. В автомате АД-111 применена схема толкающего подающего механизма, обеспечивающего равномерную подачу электродной проволоки в зону сварочной дуги. В качестве защитного газа применяется смесь аргона с кислородом. Техническая характеристика автомата АД-111 приведена в табл. 21. Для дуговой сварки изделий из титана и его сплавов толщиной 6—80 мм отечественная промышленность выпускает сварочный автомат АД-143, выполненный из унифицированных узлов. Этот автомат позволяет сваривать швы любой конфигурации: продольные, кольцевые как по наружной поверхности диаметром 2000—4000 мм, так и по внутренней— диаметром не менее 1600 мм. При разделке кромок свариваемых деталей для сварки используют плавящийся электрод или неплавящийся электрод с присадочной проволокой, а без разделки — только неплавящийся электрод. Автомат АД-143 имеет направляющий рельс, расположенный в вертикальной плоскости, по которому самоходная тележка автомата перемещается на маршевой или рабочей скорости. С этой целью самоходная тележка имеет два электродвигателя постоянного тока. Сварка кольцевых швов обеспечивается одновременным перемещением автомата в вертикальной и горизонтальной плоскостях с помощью суппортов вертикального и горизонтального хода. Координаты перемещения изменяются по заданной программе. Переналадка автомата АД-143 для сварки плавящимся и неплавящимся электродом заключается в замене сварочных головок. При сварке плавящимся электродом в автомате используют унифицированные сварочные горелки типа ГПА, а при сварке неплавящимся электродом — унифицированные сварочные горелки типа ГНА. При сварке титана неплавящимся электродом требуется высокая стабилизация напряжения дуги (±0,2 В). Поэтому унифицированная сварочная горелка снабжена малогабаритным электродвигателем МС-160, с помощью которого через винтовую пару и цангодержатель неплавящийся электрод может перемещаться по вертикальной оси в небольших пределах, стабилизируя напряжение дуги. Сварочные горелки, двигаясь по изделию, перемещают ползуны, предназначенные для газовой защиты зоны дуги. Ползуны представляют собой гибкое соединение отдельных секций и могут принимать конфигурацию стыка свариваемых деталей. Контроль за перемещением сварочной горелки по стыку осуществляется угольным датчиком, выход которого подключен к системе, управления СУ-132 или аналогичного типа. Техническая характеристика автомата АД-143 приведена в табл. 21. Отечественная промышленность выпускает унифицированные узлы, позволяющие компоновать сварочные автоматы как подвесного, так и тракторного типа. Эти автоматы имеют незначительные конструктивные отличия, обусловленные сварочной технологией.

 

Вопросы для повторения

Перечислите основные узлы сварочных автоматов и их назначение.
В чем заключаются конструктивные особенности основных узлов сварочных автоматов и при каких технических условиях применяется конкретная конструкция?
Как устроен и работает сварочный автомат тракторного типа, область его применения?
Как устроен и работает сварочный автомат подвесного типа, область его применения?


 

Одним из направлений повышения производительности сварочного процесса является увеличение его скорости. Однако в серийных сварочных автоматах, выпускаемых для различных способов дуговой сварки, скорость их перемещения доведена практически до максимального значения. В связи с этим большое значение имеет концентрация операций при изготовлении сварных конструкций. Характерная особенность этого направления состоит в том, что одной установкой выполняется сварка одновременно в нескольких местах одного или нескольких изделий. Для этих целей широко применяют многодуговые сварочные автоматы. На рис». 131, а показана схема сварки по контуру одного изделия, которую можно выполнять двумя сварочными головками при их движении в одно место, а также при движении с одного места в разные стороны. Сварку пересекающихся швов (рис. 131, б) выполняют аналогично сварке по контуру. Последовательное перемещение одной сварочной головки относительно другой по заданному контуру обеспечивается устройством смещения. При сварке с одного места в разные стороны; google_ad_width = 336; google_ad_height = 280; // ]]300 необходимо соблюдать так называемое перекрытие сварного шва. В практике сварку по контуру с одного места в разные стороны выполняют с некоторым .рассогласованием начала сварки каждой головкой. Одновременное параллельное движение сварочных головок в одну сторону или в противоположные стороны (рис. 131, в) осуществляется также устройством смещения. При параллельной сварке в одну сторону необходимо, чтобы конструкция многодугового автомата обеспечивала установку сварочных головок на заданное (жесткое) расстояние. Такие автоматы находят применение в массовом производстве сварных изделий, где оборудование перестраивают редко. При параллельной сварке в разные стороны устройство смещения многодугового автомата обеспечивает возможность перемещения сварочных головок в противоположные стороны. Этот вопрос решается достаточно просто, однако требует дополнительной коммутационной аппаратуры. Широкое распространение получила многодуговая сварка последовательных швов без перекрытия (рис. 131, г) и с перекрытием (рис. 131, д) как в одну сторону, так и в противоположные. Этот способ применяют для дуговой сварки длинномерных конструкций. При сварке под флюсом выполнение перекрытия отдельных швов усложняется из-за наличия шлаковой корки, которая должна удаляться специальным устройством. В некоторых случаях одна из сварочных головок выполняет сварку по твердожидкой корке. Основными преимуществами многодуговой сварки по сравнению с однодуговой при прочих равных условиях являются уменьшение сварочных деформаций, увеличение объема продукции с единицы производственной площади и более компактное размещение источников питания и контейнеров со сварочными материалами. Многодуговые автоматы по своей конструкции аналогичны однодуговым, и их также изготовляют из унифицированных узлов. В отличие от однодуговых автоматов многодуговые имеют большее число сварочных головок, подающих механизмов, кассет для электродной проволоки и т. д. Система управления многодугового автомата должна обеспечивать управление электроприводами соответствующих механизмов перемещения сварочных головок по принятой циклограмме и возможность ее изменения.


 

На базе однодугового автомата унифицированной серии А-1400 создан двухдуговой автомат А-1412 подвесного типа, предназначенный для дуговой сварки под флюсом изделий из углеродистых сталей с различной формой свариваемых кромок. Автомат А-1412 несколько отличается от однодуговых автоматов А-1401 или А,-1410. Отличие заключается в том, что автомат А-1412 (рис. 132) имеет два подающих механизма 1, которое закреплены на специальной подвеске 2 и две кассеты 6 с электродной проволокой. Остальные узлы: механизм вертикального перемещения 3, самоходная тележка 4, флюсобункер 5 с флюсовым аппаратом, пульт управления 7 и суппорт 8 аналогичны таким же узлам, имеющимся в однодуговом автомате серии А-1400. Техническая характеристика автомата А-1412 приведена в табл. 22. Для дуговой сварки под флюсом внутреннего продольного шва труб диаметром 1220—1620 мм выпускают трехдуговой автомат А-1713, который состоит из следующих основных узлов (рис. 133): корпуса /, флюсоаппарата 2, роликоопоры <?, сварочной головки 4У системы наведения электродов на стык 5, осциллятора 6, гидроблока 7, пульта управления 5, панели управления 9, шкафа управления 10. Корпус автомата А-1713 является основой его конструкции.' На корпусе смонтирован флюсоаппарат с закрепленными на нем тремя сварочными головками и системой наведения электродов на стык. Для поворота флюсоаппарата относительно корпуса в ту или другую сторону от исходного положения в автомате предусмотрен специальный привод корректора. Трехдуговой сварочный автомат А-1713 Роликоопоры сварочного автомата закрепляют на корпусе таким образом, что можно изменять их положение как по вертикали, так и по горизонтали. Перемещение роликоопор по вертикали осуществляют с помощью электропривода, а по горизонтали — с помощью гидроцилиндра. Все узлы автомата А-1713, за исключением корпуса и роликоопор, унифицированы, что позволяет обеспечить их быструю замену при ремонте. Источником питания для автомата А-1713 может быть сварочный трансформатор, обеспечивающий сварочный ток не менее 2000 А. Система наведения электродов на стык состоит из автоматической следящей системы с фотоэлектрическим датчиком и промышленной телевизионной установки для дистанционного наблюдения. Управление автоматом А-1713 и контроль за его работой осуществляет оператор с пульта управления, на котором установлен телеэкран. Автомат фланцем своего корпуса неподвижно закреплен на конечной штанги консольного типа трубосварочного стана. ДлВ чем заключаются конструктивные особенности основных узлов свароАвтоматы тракторного типа для дуговой сварки под флюсом и в среде защитного газачных автоматов и при каких технических условиях применяется конкретная конструкция?я возбуждения сварочных дуг используют осциллятор. В процессе сварки трубная заготовка подается на автомат специальным транспортным устройством трубосварочного стана. Сварку шва трубы выполняют три последовательно расположенных электрода, расстояние между которыми можно регулировать в диапазоне 10—30 мм. В целях уменьшения кратера шва предусмотрено снижение скорости движения автомата в конце сварки. Техническая характеристика сварочного автомата А-1713 приведена в табл. 22. Для дуговой сварки под флюсом на переменном токе продольных швов труб диаметром 530—820 мм применяют сварочный автомат А-1599. Отличительная особенносАвтоматы тракторного типа для дуговой сварки под флюсом и в среде защитного газать рассматриваемого автомата — две сварочные головки и меньшие размеры, чем у автомата А-1713, а также возможность обеспечения сварки колеблющимся электродом. С этой целью в комплект первой сварочной головки входит унифицированный механизм колебания электрода, который обеспечивает частоту колебания электрода в диапазоне 6—17 Гц. Техническая характеристика сварочного автомата А-1599 приведена в табл. 22. Для сварки продольных швов труб по наружной стороне, а также длинномерных металлических конструкций выпускают трехдуговой самоходный сварочный автомат А-1373 подвесного типа. Он состоит из унифицированных узлов: самоходной тележки, под вески со сварочными головками, флюсоаппаратуры, кассет для электродной проволоки, вертикальной штанги, пульта управления, шкафа управления, кабеля управления. Автомат А-1373 аналогичен автомату А-1412. Отличие заключается в том, что сварочная головка автомата А-1373 имеет механизм корректировки расстояния между электродами и установки их в одной плоскости, а также предусматривает установку механизма колебания для первого электрода. Для возбуждения сварочной дуги применяют осциллятор. Техническая характеристика сварочного автомата А-1373 приведена в табл. 22.

Для дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа (аргон, гелий) с присадочной проволокой или без неповоротных стыков труб различного диаметра используют комплект оборудования АД-132, куда входят сварочные головки для сварки снаружи и изнутри кольцевых швов, а также кругового шва между фланцем и трубой, механизм перемещения сварочных головок с приводом, вакуумный пост, источник питания, шкаф и пульт управления. Каждая сварочная головка имеет целевое назначение и обслуживается двумя операторами-сварщиками. При сварке труб снаружи они центрируются внутренним центратором, а при сварке труб изнутри — наружным центратором. После окончания центровки снаружи на трубы надевают специальную камеру таким образом, чтобы сварочная головка располагалась над стыком труб. Затем камеру накрывают крышкой, вакуумируют и заполняют защитным газом. При сварке трубы с фланцем специальную камеру надевают на трубу и сварочную головку, также вакуумируют и заполняют защитным газом. Техническая характеристика оборудования АД-132 приведена в табл. 22. Для дуговой сварки продольных швов труб из цветных металлов применяют унифицированное оборудование, аналогичное сварочным автоматам А-1713 или А-1599, у которых флюсоаппаратура заменена газовой, а сварочная головка с мундштуками заменена сварочной горелкой. При необходимости сварочную горелку комплектуют механизмом колебания электрода (вибратором). Сварочная горелка 06-2284 предназначена для скоростной дуговой сварки в защитном газе тремя неплавящимися электродами продольных швов латунных труб на трубосварочном стане. Основными элементами рассматриваемой сварочной горелки (рис. 134) являются сопло электроды 2, корпус 3, штуцер для подвода защитного газа 4, штуцер для подвода охлаждающей воды 5, электрододержатели 6. Корпус сварочной горелки 06-2284 изготовляют из изоляционного материала. Вольфрамовые электроды закрепляют в электрододержателях с помощью специальной тяги и гайка-барашка (на рис. 134 не показаны). Электрододержатели закрепляют в корпусе на шарнирах, что позволяет производить небольшую корректировку электродов. Электрододержатели электрически изолированы от сопла горелки. Сварочная горелка имеет водяное охлаждение сопла и электрододержателей. Каждый электрод подключают к отдельному источнику питания постоянного тока, которые расположены в шкафу трубосварочного стана. Для возбуждения сварочных дуг применяют осциллятор. Сварочная горелка 06-2284 имеет следующую техническую характеристику.

Для дуговой сварки под флюсом двумя электродами длинномерных изделий применяют сварочный автомат из унифицированных узлов на базе сварочного автомата тракторного типа ДТС-38. Сварочные головки установлены на механизме перемещения (суппорт), который позволяет перемещать их относительно друг друга на расстояние ± 15 мм, а относительно базовой линии автомата — на расстояние ±3 0 мм. Сварочные головки имеют возможность изменять угол наклона: передняя на угол до 10° назад от вертикальной плоскости, а задняя — до 35° вперед, а также перемещаться по вертикали на расстояние ±2 5 мм от базовой линии. Для управления сварочным автоматом может быть применен стандартный блок управления БУСП-1 или какой-либо другой из унифицированной серии. Сварочный автомат выполнен из унифицированных узлов. Для управления скоростью сварки и скоростью подачи электродной проволоки применены раздельные приводы. Техническая характеристика сварочного автомата из унифицированных узлов на базе сварочного автомата ДТС-38 приведена в табл. 22.

Вопросы для повторения

В чем заключается отличие многодуговых сварочных автоматов от однодуговых?
Область применения многодуговых сварочных автоматов.


 

Электрошлаковая сварка — это сварка плавлением, в которой для нагрева используется теплота, выделяющаяся при прохождении электрического тока через расплавленный шлак. Этот способ сварки плавлением применяют для сварки крупногабаритных изделий толщиной более 20 мм. Установка для электрошлаковой сварки состоит из основного и вспомогательного оборудования. Основное оборудование предназначено для осуществления сварочного процесса и состоит из электрошлакового аппарата, работающего в автоматическом или механизированном режиме, и источника питания в основном переменного тока. Вспомогательное оборудование предназначено для монтажа (укладки, сборки и фиксации) свариваемых изделий, их вращения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также перемещения электрошлакового аппарата и кабины управления в процессе сварки изделий. Разработка унифицированных узлов для основного и вспомогательного оборудования позволила сократить затраты и время на получение оригинальных конструктивных решений, отвечающих требованиям технологического процесса электрошлаковой сварки. Процесс электрошлаковой сварки является более устойчивым, чем процесс дуговой сварки плавящимся электродом. Это объясняется тем, что низкочастотные колебания, например, изменения напряжения сети, оказывающие влияние на состояние теплового процесса электрошлаковой сварки, сглаживаются за счет большой тепловой инерционности шлаковой ванны. Поэтому к источникам питания для электрошлаковой сварки предъявляют менее жесткие требования, чем к источникам питания для дуговой сварки плавящимся электродом. Для электрошлаковой сварки применяют более дешевые и простые источники питания переменного тока с низким напряжением холостого хода, имеющие пологопадающую или жесткую внешнюю характеристику, конструкции которых рассмртрены в гл. 3, § 2. Эти источники позволяют регулировать выходное напряжение в процессе электрошлаковой сварки, что обеспечивает стабильность заданных параметров и их изменение по соответствующей программе. Выходное напряжение регулируют двумя способами' ступенчато и плавно. При ступенчатом регулировании переключают соответствующие секции первичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора, включенного последовательно его вторичной обмотке; при плавном — применяют тиристорный регулятор или трансформатор с магнитной коммутацией.


 

Для электрошлаковой сварки применяют сварочные автоматы и полуавтоматы. Сварочные автоматы получили широкое распространение при стационарной сварке крупногабаритных изделий, а полуавтоматы — в основном на монтажных операциях, где возникает необходимость выполнять некоторые операции вручную. Сварочный автомат для электрошлаковой сварки аналогичен по устройству сварочному автомату для дуговой сварки плавящимся электродом. Отличительная особенность его заключается в том, что он имеет большее число электродов, подающих механизмов и самоходных тележек, что приводит к увеличению их массы и габаритных размеров. Сварочные автоматы для электрошлаковой сварки различают по функциональному признаку, в зависимости от типа применяемого электрода — автоматы для сварки с применением электродных проволок, стержней, труб и лент или для сварки плавящимся мундштуком с подачей плавящегося электрода в виде проволок или лент; по технологическому признаку, в зависимости от числа электродов — автоматы одноэлектродные и многоэлектродные и от способа формирования шва — автоматы со скользящими ползунами или с неподвижными накладками относительно свариваемых кромок; по конструктивному признаку, в зависимости от типа напряжения сети — однофазные и трехфазные и от механизма перемещения — автоматы самоходные или подвесные. Основные узлы автоматов для электрошлаковой сварки — ходовой и подающие механизмы.

Ходовые механизмы классифицируют в зависимости от типа привода и способа регулирования его скорости, а также от способа перемещения автомата и его связи по направлению движения. На рис. 135 показаны схемы ходовых механизмов. Движение ходовых механизмов как рельсового, так и безрельсового типа осуществляется с помощью ручного или электрического привода. Связь между ходовым механизмом и направляющим рельсом или свариваемым изделием может быть жесткой или мягкой. Ходовой механизм рельсового типа осуществляет свое движение по специальному рельсу, который расположен вдоль кромок свариваемого изделия. В ходовых механизмах рельсового типа (рис. 135, а) мягкая связь ходовой тележки 1 с рельсом 3 осуществляется за счет трения ведущих роликов 6 под действием пружины 5. Для этих механизмов в качестве направляющего элемента можно использовать простой и дешевый рельс типа углового проката, который устанавливают за короткое время на изделие 8 с помощью прихваток 7, электромагнитов или других элементов, обеспечивающих его надежное крепление за достаточно малый промежуток времени. Ходовые механизмы рельсового типа с мягкой связью обладают высокой маневренностью и хорошим копированием свариваемых кромок и поэтому применяются в монтажных условиях. В ходовых механизмах рельсового типа (рис. 135, б) жесткая связь ходовой тележки 1 с рельсом 3 осуществляется с помощью зубчато-реечного механизма, состоящего из приводной шестерни 2 и рейки 4. Рейку 4 располагают вдоль направляющего рельса. В схеме, представленной на рис. 135, в, жесткая связь осуществляется с помощью приводного устройства 10, которое связано с рельсом шарнирной цепью, тросом, винтовым или другим каким-либо гибким элементом 9. Механизмы этого типа развивают значительные тяговые усилия и отличаются высокой надежностью, что является их положительной стороной, поэтому их широко применяют в стационарных условиях. Однако установка направляющего рельса увеличивает межоперационные простои. В современных ходовых механизмах рельсового типа ручной привод заменен электроприводом. В ходовых механизмах безрельсового типа (рис. 135, г) усилие для перемещения ходовой тележки 15 обеспечивается электроприводом 14, прикрепленным к свариваемому изделию с помощью струбцины 16 или какого-либо другого механизма крепления. Связь между тележкой 15 и электроприводом 14 осуществляется, как и в аппаратах рельсового типа, с помощью троса 17 или шарнирной цепи. В другом ходовом механизме безрельсового типа (рис. 135, д) связь с изделием 8 осуществляют с помощью пружины 11, прижимающей к свариваемым кромкам основную 12 и холостую 13 тележки, расположенные по обе стороны свариваемого изделия. Эти ходовые механизмы широко применяют при сварке швов с двусторонним принудительным формированием. По данным ИЭС им. Е. О. Патона, стыковые швы с двусторонним принудительным формированием составляют 92 % общего числа швов, выполняемых электрошлаковой сваркой. В механизмах безрельсового типа .мягкую связь с изделием осуществляют с помощью ходового механизма магнитошагающего типа (рис. 135, е). Он содержит два балансира 18 и 19, связанные между собой коленчатым валом 21, который приводится в движение элктроприводом 22. При вращении коленчатого вала 21 передняя часть магнитов-балансиров 18 и 19 попеременно отрывается от поверхности свариваемого изделия 8 и, так сказать, перешагивает (рис. 136). За полный цикл осуществляются два перешагивания при одном обороте вала 21. При этом ходовой механизм перемещается на величину удвоенного эксцентриситета (2е) этого вала. В целях снижения массы сварочной головки и упрощения схемы управления магниты 18 и 19 находятся в магнитном поле, созданном общей катушкой 20. В каждый момент времени один из магнитов всегда прижат своими полюсами к изделию, а другой стремится прижаться к изделию, так как усилие отрыва одного магнита передается в виде реакции второму, что обеспечивает необходимую силу сцепления с поверхностью свариваемого изделия. Скорость перемещения магнитошагающего механизма изменяется пропорционально частоте вращения эксцентрикового вала. Преимуществом магнитошагающих механизмов является простота установки их на изделие за короткое время и надежное копирование сварного шва. Магнитошагающие механизмы имеют следующие недо-g статки: малое тяговое усилие на единицу массы тележки; снижение тягового усилия при сварке тонкого металла вследствие магнитного насыщения свариваемого участка, через который проходят магнитосиловые линии; повышенная чувствительность к препятствиям, представляющим собой превышение размера кромок или брызги металла; полная зависимость от напряжения сети, при отключении которого возможно падение магнитошагающих механизмов, если не приняты определенные меры для предотвращения этого падения. Магнитошагающие механизмы применяют при сварке угловых и тавровых швов или при формировании одностороннего шва. Одним из недостатков ходовых механизмов безрельсового типа является необходимость установки специальных выездных площадок для ходовой тележки в конце шва. Установка таких площадок снижает производительность электрошлаковой сварки за счет увеличения межоперационного времени. Полуавтоматы для электрошлаковой сварки применяют в монтажных условиях. Поэтому их ходовые механизмы должны иметь малые размеры и массу, а также обеспечивать удобство управления. Существуют четыре группы ходовых механизмов полуавтоматов электрошлаковой сварки (рис. 137, I—IV). У ходовых механизмов первой группы вертикальное перемещение, прижим ползуна, удержание на вертикальной плоскости выполняются вручную, а подача электрода механизирована. Работа с таким ходовым механизмом приводит к быстрой утомляемости сварщика. У ходовых механизмов второй группы вертикальное перемещение осуществляется с помощью формирующего диска, который приводится в движение проталкиваемой через мундштук электродной проволокой. Скорость вращения формирующего диска пропорциональна скорости подачи электродной проволоки, причем отношение этих скоростей можно регулировать. Применение формирующего диска несколько облегчает работу сварщика. Применение специальной лебедки и троса в ходовых механизмах третьей группы еще больше облегчает условия работы сварщика. Однако при использовании этого механизма сварщику необходимо затрачивать значительное усилие для удержания сварочной ванны и прижатия ползуна. Наилучшие условия для сварщика обеспечивает ходовой механизм четвертой группы с ручным импульсным перемещением двух тележек, прижимаемых к сварочным кромкам специальной пружиной, что освобождает сварщика от наиболее трудоемкой операции — прижатия ползуна. Подающие механизмы аппаратов для электрошлаковой сварки классифицируют по типу применяемого электрода: проволока, лента, Пластина, стержень. Подающие механизмы с электродной проволокой, применяемые в аппаратах для электрошлаковой сварки, аналогичны подающим механизм, показанный на рис. 138, а, расположен на подвижной части аппарата для электрошлаковой сварки. Подающий механизм, показанный на рис. 138, б расположен отдельно от подвижной части аппарата, а электродная проволока подается в зону сварки через гибкий направляющий канал. В подающем механизме типа «плавящийся мундштук» (рис. 138, в) электродная проволока поступает через плавящийся мундштук. Рассмотренные подающие механизмы должны развивать большое усилие для проталкивания электродной проволоки. С этой целью в схеме а применяют прижимные ролики с гладкой канавкой (рис. 138, з), для схемы б подающего механизма применяют прижимные ролики с одной или двумя канавками с насечкой (рис. 138, и, /с). Шестеренные прижимные ролики (рис. 138, л) применяют для подающих механизмов с плавящимся мундштуком (см. схему в) В электрошлаковой сварке применяют ленточные и пластинчатые электроды, для подачи которых используют механизмы роликового типа, показанные на рис. 138, г, или механизмы роликового типа, у которых зажим электрода совмещен с токоподводом (рис. 138, д, е). Подающие механизмы роликового типа имеют высокую надежность в работе, что обеспечивается большой прижимной поверхностью роликов и насечкой на поверхности ведущего ролика. Однако у рассмотренных подающих механизмов имеется существенный недостаток — их можно использовать только для сварки швов, длина которых ограничена длиной электродов. Для сварки швов неограниченной длины широко применяют подающие механизмы с перехватыванием электрода или наращиванием его длины в процессе работы (рис. 138, ж). Токоподводящие мундштуки для электрошлаковой сварки в отличие от мундштуков для дуговой сварки плавящимся электродом имеют специальные корректоры, с помощью которых в процессе сварки изменяют положение как электрода, так и самого мундштука. Один из мундштуков, показанный на рис. 139, содержит следующие элементы: направляющую стальную трубу /, токоподводящие медные шины 2, изолирующие бандажи 3, корректоры 4% 5. Направляющая труба /, в целях повышения ее срока службы, укомплектована сменной спиралью 6 Смазывающие вещества вводят в мундштук с помощью масленки 7.

Радиус направляющей трубы  выбирают из расчета наименьшего сопротивления движению электродной проволоки, а в местах, наиболее поддающихся механическому или электроэрозионному износу, устанавливают специальную минералокерамическую прокладку (вставку) 8. Корректоры 4 и 5 предназначены для изменения положения электродной проволоки в поперечном и радиальном направлениях, а также для восстановления контактного давления при износе контактной вилки и конца направляющей трубки. Эту конструкцию мундштука используют для сварки металлов толщиной до 150 мм. При сварке сравнительно тонкого металла применяют мундштуки другой конструкции, например мундштуки с повышенным сухим вылетом, которые снабжены направляющей втулкой, выполненной из изоляционного материала. При сварке изделий большой ширины для улучшения равномерного проплавления кромок широко применяют механизмы с колеблющимся электродом. Эти механизмы выпускают в двух вариантах. Механизм колебания электрода с постоянной скоростью и изменением направления движения (рис. 140) содержит следующие элементы: электродвигатель 1 редуктор 2, винтовые пары 5, 9, сварочную головку 4, суппорт 5, штангу 6, ползуны 7, опорные винты 8, упор 10, конечные переключатели 11 и 13, рычаг 12, сигнальную лампу 14, аварийный выключатель /5, пружину 16. Принцип действия рассматриваемого механизма заключается в следующем. При включении электродвигателя 1 его вращающий момент через редуктор 2 передается винтовой паре 3. При этом происходит поступательное движение суппорта 5 со сварочной головкой 4. При достижении суппортом крайней точки перемещения срабатывает соответствующий конечный выключатель 11 или 13 и происходит переключение электродвигателя. Поступательное движение продолжается, но в противоположную сторону. При достижении электродом крайней точки он некоторое время находится вблизи ее, что* обеспечивается схемой управления электродвигателем через реле времени (на рис. 140 не показано). Размах колебаний электрода устанавливают с помощью ползунов 7, закрепленных опорными винтами 8. Управление конечными включателями 11 или 13 производится по схеме: штанга 6, упор 10, винтовая пара 9> рычаг 12. При возникновении аварийной ситуации срабатывает выключатель /5; при этом механизм полностью останавливается. Механизм колебания электрода с переменной скоростью (рис. 141) состоит из следующих основных элементов: электродвигателя /, подающего механизма 2, мундштука 3, редуктора 4,' фрикциона 5 для отключения механизма колебания электрода, кривошипа 6, ползуна 7, регулировочной гайки 5, суппорта 9. Скорость колебания электрода изменяется в течение одного цикла от минимальной у прижимного ползуна 10, где теплоотвод наиболее интенсивен, до максимальной в средней части толщины свариваемого металла. Закон изменения скорости рассматриваемого механизма задается кривошипно-ползунным механизмом по синусоиде, что обеспечивает хорошее проплавление кромок. Принцип действия рассматриваемого механизма заключается в следующем. Вращательный момент электродвигателя 1 через редуктор передается кривошипу 6, который связан с ползуном 7. Пои этом механизм подачи 2 электродной проволоки с мундштуком 3 перемещается вдоль суппорта 9 по синусоиде. Гайка <5 предназначена для регулирования положения электрода относительно прижимных ползунов 10. В целях уменьшения потребляемой мощности в некоторых механизмах колебания с переменной скоростью перемещается не вся сварочная головка с мундштуком, а только мундштук с электродом. Такие механизмы применяют при сварке изделий малых толщин. Механизмы колебания электрода с переменной скоростью имеют простую и надежную конструкцию, причем возможно совмещение их с электродвигателем механизма подачи электродной проволоки. Это обеспечивает пропорциональную зависимость между скоростью подачи электродной проволоки и частотой ее колебания. Механизмы колебания сварочной головки с переменной скоростью находят применение для сварки материалов толщиной не более; 120 мм. Для больших толщин свариваемых материалов предпочтительны механизмы колебания электрода с постоянной скоростью и изменением направления движения. Для формирования шлаковой ванны применяют прижимные ползуны различной конструкции, изготовляемые из медных пластин или набора медных пластин, охлаждаемых водой. Для легкоплавких металлов (алюминий, медь и т д.) применяют графитовые или стальные прижимные ползуны. В зависимости от назначения прижимные ползуны имеют жесткую, самоустанавливающуюся или гибкую конструкцию. Все рассмотренные механизмы колебания электродов унифицированы, что позволяет переоснастить автоматы или полуавтоматы для электрошлаковой сварки в соответствии с требованиями технологии.


 

Такое оборудование обладает рядом преимуществ отсутствие специального устройства для выхода ходового механизма при окончании сварки; крепление направляющего рельса в основном к несущей конструкции, не связанной с изделием; широкий диапазон комбинаций при сварке изделий с различными типами швов. Число электродов у данного типа аппаратов определяется толщиной свариваемого материала. Наиболее широко распространен однодуговой автомат типа А-820М, который состоит из следующих унифицированных узлов: Сварочной головки, механизма подачи электродной проволоки и источника питания постоянного тока. Сварочная головка автомата А-820М представляет собой токоподводящий мундштук, расположенный на облегченной тележке, к которой на ножевых подвесках прикреплены два прижимных ползуна для формирования шлаковой ванны. В качестве направляющего рельса для перемещения сварочной головки использован уголок сечением 45X45X 5 мм, прикрепленный к изделию в нескольких точках прихватками Параллельно сварному шву. Толщина свариваемого металла при сварке продольных стыковых швов не должна превышать 50 мм, а для швов, расположенных наклонно, не более 35 мм, причем угол наклона не должен быть больше 45° к вертикали. Ходовая тележка со сварочной головкой удерживается за счет трения между четырьмя ведущими роликами с рифленой поверхностью и рельсом. Ведущие ролики сжимаются мощной пружиной. Подающий механизм автомата А-820М стандартного типа размещен отдельно и связан со сварочной головкой гибким шлангом, через который электродная проволока поступает с катушки к токоподводящему мундштуку Однодуговой автомат А-820К представляет собой дальнейшую модификацию одиодугового автомата А-820М. Отличительная особенность этого автомата заключается в -том, что он имеет механизм колебания электрода (рис. 142). Колебание электрода происходит при периодическом изменении положения электродной проволоки в токоподводящем мундштуке под действием кривошипно-ползунного механизма 5—6> связанного с одним из холостых роликов 2. Другой холостой ролик 3 под действием градуировочной пружины 4 прижимается к ролику 2. Изменение частоты колебания электрода пропорционально скорости подачи электродной проволоки. Однодуговой автомат А-820К предназначен для сварки металла толщиной более 50 мм. Рассмотренные конструкции однодуговых автоматов А-820М и А-820К получили широкое применение для электрошлаковой и дуговой сварки в монтажных условиях, так как они имеют малую массу, простую конструкцию рельса и обеспечивают возможность их установки на изделие в любом месте. Техническая характеристика однодуговых автоматов рельсового типа приведена в табл. 23. Для сварки в стационарных условиях вертикальных, продольных и кольцевых швов толщиной до 450 мм широко применяется автомат рельсового типа А-535, выполняющий следующие функции: подачу в зазор между кромками электродного и дополнительного металла; подвод к электродам сварочного тока; удержание сварочной ванны в зазоре; вертикальное перемещение сварочной головки и формирующих устройств по мере образования сварочного шва; возвратно-поступательное перемещение электродов вдоль сварочной ванны для равномерного распределения металла между кромками. В автомате А-535 в качестве электродов можно применять как электродную проволоку, так и электродные пластины. Электродную проволоку применяют практически для всех типов сварных швов без ограничения их длины, а электродные пластины — для прямолинейных швов, длина которых не превышает 1,5 м. Число электродов может быть от. одного до трех в зависимости от технологических требований сварки. Автомат А-535 состоит из унифицированных узлов: пульта управления. корпуса сварочной головки, ходовой тележки, вертикального рельса, кронштейна для крепления рельса к изделию, прижимной струбцины, корректора для изменения положения электродов в зазоре, тяг заднего ползуна, мундштуков, подпружиненного стакана, рычага для прижатия заднего ползуна, переднего и заднего прижимных ползунов, подвески переднего прижимного ползуна, подающего механизма, рукоятки переключения рабочей и маршевой скоростей, катушки с электродной проволокой, корректора для настройки расстояния между электродами, корректора поперечного перемещения, суппорта, корректора радиального перемещения, корректора для изменения усилия прижима переднего ползуна. Механизм подачи электродной проволоки выполнен по схеме с двумя ведущими (подающим и прижимным) роликами. Для сварки угловых, тавровых и кольцевых швов автомат А-535 комплектуют специальными изогнутыми удлинителями для направляющих трубок и угловыми формирующими ползунами со специальными подвесками, которые обеспечивают надежное прижатие ползунов одновременно к двум поверхностям соединяемых деталей. Перемещение подачи вокруг вертикальной оси осуществляется суппортом. В случае применение электродных пластин автомат А-535 переналаживают, заменяя подающий механизм для электродной проволоки подающим механизмом для пластин, схема которого рассмотрена выше, Применение электродвигателя постоянного тока обеспечивает плавное изменение скорости перемещения в широком диапазоне вручную и автоматически. Техническая характеристика автомата А-535 приведена в табл 23. Унифицированный автомат А-1170 представляет собой дальнейшее усовершенствование автоматов рельсового типа на базе автомата А-535. Отличительная особенность автомата А-1170 — возможность сваривать металл одним или двумя электродами диаметром 3—5 мм, а также сваривать не только вертикальные, но и наклонные швы из тонкого и толстого металла без колебания электрода. С этой целью автомат комплектуют одним или двумя мундштуками, закрепленными в специальных обоймах соосно с подающими роликами с возможностью вращения вокруг их оси, что позволяет регулировать сухой вылет электродов. Вращая мундштуки и изменяя высоту подвески ползунов, выполняют сварку вертикальных и наклонных швов сравнительно тонкого металла без колебаний электрода. Сварка наклонных швов толстого металла с колебаниями электрода практически затруднена из-за непостоянного сухого вылета электрода, так как при наклоне направляющего рельса изменяет свое положение относительно вертикальной оси и суппорт механизма колебаний. Кроме этого, подача электрода в наклонную сварочную ванну может вызвать непровар кромок или прожог прижимного ползуна. В связи с этим в автомате А-1170 для сварки наклонных швов толстого металла применена схема изменения наклона мундштука вокруг оси подающего ролика по программе, задаваемой копирной линейкой (рис. 143). При перемещении, сварочной головки по наклонной плоскости А конец мундштука 4 под действием копира 2 перемещается по горизонтальной оси, в крайних точках движения электрод занимает практически параллельное положение по отношению к прижимным ползунам. Изменение наклона мундштука 4 вокруг оси подающего ролика 1 происходит по программе, задаваемой копирной линейкой 3, наклон которой регулируется. Высоту ползуна регулируют подвеской 5. Автомат А-1170 имеет облегченную трубчатую раму, к верхней части которой прикреплен механизм вертикального движения и механизм колебания с системой конечных выключателей с плавающим винтом. Связь механизма подачи с суппортом такая же, как в автомате А-535. Автомат А-1170 является базовым для ряда универсальных и специализированных автоматов рельсового типа. Техническая харак теристика автомата А-1170 приве дена в табл. 23. Для электрошлаковой сварки плавящимся мундштуком с одновременной подачей до шести проволок изделий толщиной до 400 мм из титана, железа и их сплавов выпускают автомат А-1734, состоящий из следующих унифицированных узлов (рис. 144): сварочных головок /, кронштейна 2 с катушками, выносного пульта 3 управления, шкафов 4 блока питания и блока управления, стационарного пульта 5 управления. Отличительная особенность рассматриваемого автомата заключается в том, что для его перемещения по вертикальной плоскости применены унифицированная каретка с выдвижной штангой А977.10.000 и колонна Т64.01.000. Сварочные головки расположены одна над другой с устройством для крепления плавящегося мундштука и подвода к нему сварочного тока. Этот узел смонтирован на несущем кронштейне, который соединен с выдвижной штангой через изоляционные прокладки. Катушки с электродной проволокой размещены на специальном кронштейне, закрепленном в верхней части несущей штанги. Положение сварочных головок относительно друг друга и относительно отверстий плавящего мундштука изменяется одним из трех суппортов. Это обеспечивает подачу электродных проволок в плавящийся мундштук без перекоса и тем самым снижает усилие их проталкивания. Подающий механизм каждой головки обеспечивает подачу от одной до шести электродных проволок. Во время сварки работает одна головка, другая, находящаяся в резервном состоянии, может включиться в случае обрыва хотя бы одной основной проволоки. Это значительно повышает надежность сварочного процесса. Для контроля за прекращением непрерывной подачи электродной проволоки имеются два специальных рол / ика. При прекращении подачи электродной проволоки на пульте управления зажигается сигнальная лампочка. Техническая характеристика автомата А-1734, приведена в табл. 23. Автомат АШ-101 предназначен для электрошлаковой сварки крупногабаритных изделий сечением до 5500X3000 мм. Конструктивное отличие рассматриваемого автомата от автомата А-1734 заключается в том. что он обеспечивает-одновременную подачу 36 проволочных электродов в каналы плавящегося мундштука. Для этого у автомата АШ-101 имеются две сварочные головки, в каждой из/tbody которых установлено 12 подающих механизмов. Эти механизмы расположены попарно, и каждый из них обе text/javascriptспечивает подачу шести проволочных электродов. Таким образом, во время сварки действует одна сварочная головка с шестью подающими механизмами, а другая является резервной и включается при поступлении сигнала о прекращении подачи хотя бы одной из электродных проволок. Подающий механизм автомата АШ-101 работает по схеме «толкай-тяни». Техническая характеристика автомата АШ-101 приведена в табл.


 

В производственной практике возникает необходимость выполнять электрошлаковую сварку длинномерных конструкций небольшой толщины, порядка 90—100 мм. В этом случае экономически выгодно применять автоматы безрельсового типа. Широкое распространение в данной группе оборудования получили автоматы с механическим и магнитным прижимами. Автомат А-612 предназначен для сварки стыковых швов из металла толщиной 20—100 мм вертикальном положении с двухсторонним удержанием сварочной ванны. Автомат А-612 аналогичен автоматам для сварки под флюсом, где он также находит широкое применение. При использовании автомата А-612 в качестве безрельсового автомата для электрошлаковой сварки используют унифицированные узлы — дополнительную (холостую) тележку и специальный прижим для связи дополнительной (холостой) тележки с основной (передней). Для удержания сварочной ванны к обеим тележкам прикреплены прижимные ползуны. В зависимости от требований технологии сварки автомат А-612 можно применять с колеблющимся электродом или с электродом без колебания. Для этого в автомате А-612 установлена фрикционная муфта, с помощью которой производят включение или отключение механизма колебания электрода. Возвратно-поступательное: перемещение электрода осуществляется унифицированным кривошипно-ползунным механизмом, установленным на суппорте. Режим работы и необходимые операции по перемещению автомата А-612 вдоль сварочного шва задаются с пульта управления. Кроме автомата А-612 выпускают автоматы А-304 и А-340М, которые аналогичны автомату А-612, Отличительной особенностью автомата А-340М является наличие трех электродов. Технические характеристики автоматов безрельсового типа А-612> А-304 и А-340М приведены в табл. 24. Безрельсовый автомат А-501М в отличие от автоматов А-612, А-304, А-340 имеет вместо механического прижима магнитошагающий прижим, который описан выше. В целях повышения маневренности автомата А-501М в нем предусмотрены раздельные приводы для подающего механизма электродной проволоки и магнитошагающего механизма. Электродная проволока подается по гибкому шлангу йт подающего механизма к сварочной головке, расположенной на магнитошагающем механизме. Автомат А-501М предназначен для сварки угловыхтавровых и стыковых швов толщиной до 100 мм одним или двумя электродами. Техническая характеристика автомата А-501М приведена в табл.


 

Автоматы подвесного типа не находят широкого применения в производственных условиях, так как при имеющейся номенклатуре могут быть заменены автоматами рельсового или безрельсового типа, а также автоматами цля дуговой сварки под флюсом. В нашей стране выпускают несколько типов автоматов подвесного типа, технические характеристики которых приведены в табл. 25. Автоматы этого типа чаще всего применяют для сварки толстостенных сосудов и других цилиндрических изделий диаметром 800—2200 мм. Сварка производится с односторонним формированием металла шва с внешней стороны. Формирование внутренней поверхности шва выполняется автономным приспособлением. Аппараты для механизированной электрошлаковой сварки применяют в основном для разовых работ в монтажных условиях. Эти аппараты выполняются по схеме полуавтоматов для дуговой сварки под флюсом. Отличительной особенностью полуавтоматов для электрошлаковой сварки является конструкция сварочной горелки, обеспечивающей необходимые технологические операции, описанные выше. Полуавтоматы для электрошлаковой сварки аналогичны автоматам А-820М или А-501М с учетом замены мундштука сварочной горелкой.

АППАРАТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ ЭЛЕКТРОДАМИ БОЛЬШОГО СЕЧЕНИЯ

При сварке сравнительно коротких швов, когда площадь сечения зазора между свариваемыми кромками может быть соизмерима с площадью сечения пластинчатого или стержневого электрода, вместо электродной проволоки целесообразно применять пластины или стержни. Это позволяет оказаться, во-первых, от механизма перемещения автомата вдоль свариваемых кромок, во-вторых, от механизма колебания электрода и, в-третьих, от скользящих прижимных ползунов, заменяемых неподвижными накладками. Все это упрощает конструкцию автомата и повышает надежность удержания ванны расплавленного металла. Для электрошлаковой сварки пластинчатыми или стержневыми электродами можно использовать автоматы рельсового типа: например, А-535, А-1734 и т. д. При этом необходимо их переналадить. Подающий, механизм электродной проволоки заменяют специальной штангой с зажимами для крепления пластинчатых или стержневых электродов. Штанга должна быть надежно электрически изолирована от зажимов крепления электродов, к которым подсоединены сварочные кабели от, источника питания. Расстояние между электродами устанавливают при наладке. Возможно также применение роликового подающего механизма, схема которого рассмотрена в гл. 5, § И В ИЭС им. Е. О. Патона разработан автомат А -1517 для электрошлаковой сварки пластинчатыми электродами. Этот автомат переносного типа содержит (рис. 145) легкий рельс 2 с рейкой; ходовую тележку'/; электрододержатель 3, пластинчатый электрод 4, облегченный переносной пульт управления 5; накладку 6 для соединения атомата с изделием; вилку 7 для направления пластины в зазор между свариваемыми кромками. Все узлы автомата унифицированы. Принцип работы автомата А-1517 аналогичен принципу работы описанных выше автоматов. Техническая характеристика автомата для электрошлаковой сварки электродами большого сечения приведена ниже.

АППАРАТЫ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ СВАРКИ И РЕЗКИ

Плазменная сварка или резка представляет собой разновидность электрической сварки или резки плавлением, выполняемых сжатой дугой, получаемой за счет интенсивного охлаждения сварочной дуги. Температура внутри сжатой дуги при определенных условиях регулируемой внешней среды может изменяться в диапазоне 1 ООО— 30 ООО °С. Для плазменной сварки или резки используют специальную горелку, называемую плазмотроном. Отличительная особенность плазмотрона (рис. 146) состоит в том, что дуга, горящая между электродом 1 и изделием 4У проходит через сопло 2, которое имеет малый диаметр. Плазмообразующий газ, проходя через сопло 2, сжимает дугу. Для защиты зоны дуги от окружающего воздуха в плазмотроне имеется защитное сопло 3. В плазмотроне имеются два независимых канала, по которым проходят плазмообразующий и защитный газы. При сварке изделий в качестве плазмообразующего газа применяют инертные газы (аргон, гелий). Расход плазмообразующего газа зависит от диаметра сопла 2. Получение высокого качества сварных изделий при заданном сварочном токе и марке плазмообразующего газа определяется диаметром сопла и расходом плазмообразующего газа. Для резки изделий в качестве плазмообразующего газа применяют очищенный от различных примесей воздух. Для защиты зоны сварочной дуги используют инертные газы (аргон, гелий) или активные газы (углекислый газ, азот), а также их смеси, в том числе содержащие водород. В зависимости от материала изделия плазменную сварку проводят на постоянном токе прямой полярности (рис. 146, а) или в импульсном режиме. Для этого плазмотрон соединяют с источником питания 5 постоянного тока или источником питания, обеспечивающим импульсный режим. Микроплазменная обработка металлов (сварка, наплавка и т. п.) является разновидностью плазменной сварки, применяемой для изделий различных металлов и их сплавов толщиной 0,05—2 мм, а также для неметаллических изделий (различных пластмасс, текстильных и диэлектрических материалов). Плазмотрон для микроплазменной обработки металлов и их сплавов аналогичен плазмотрону для плазменной обработки, но имеет меньщие размеры. Для обработки неметаллических изделий применяют плазмотрон косвенного действия (рис. 146, б), в котором сжатая дуга возбуждается и горит внутри сопла, выполняющего роль анода. Под действием струи плазмообразующего газа возникает тепловой факел, длина которого зависит от режима работы плазмотрона и состава плазмообразующего газа. Мощность такого факела вполне достаточна для обработки неметаллических изделий. Возбуждение сварочной дуги как прямого, так и косвенного действия осуществляется дежурной дугой, питаемой от источника 6. При зажигании основной дуги питание дежурной дуги в зависимости от требований технологического процесса сварки может быть выключено или оставлено в целях улучшения стабильности горения основной дуги. В комплект оборудования для плазменной и микроплазменной обработки металлов входят" источник питания; плазмотрон, баллоны с плазмообразующим и защитным газами, аппаратура контроля и регулирования их расхода и система водоохлаждения.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ АППАРАТОВ

Все аппараты для плазменной и микроплазменной сварки унифицированы, что позволяет существенно повысить коэффициент их использования, сократить парк полуавтоматов и автоматов, улучшить их техническое обслуживание при одновременном снижении на это затрат. Отечественная промышленность выпускает плазмотроны для механизированной и автоматической сварки, резки металлов и их наплавки, отличающиеся по конструкции типом токоподвода, размером охлаждающего канала, конструкцией выводов. Плазмотрон 06-1542А предназначен для автоматической воздушно-плазменной резки черных, цветных металлов и их сплавов. В качестве плазмообразующего (рабочего) газа используют очищенный сжатый воздух. Плазмотрон ОБ-1542А, показанный на рис. 147, состоит из катодного узла /, изолирующего корпуса 2, основного корпуса 3 и соплового корпуса 4. Катодный узел 1 вставлен в изолирующий корпус 2, который с помощью накидной гайки закреплен в основном корпусе 3. К нижней части основного корпуса 3 на резьбе подсоединен сопловой корпус 4. В верхней части катодного узла 1 расположены штуцеры для подсоединения плазмотрона к магистрали сжатого воздуха и замкнутой системе водоохлаждения. Основная дуга возбуждается с помощью дежурной дуги, которая зажигается между водоохлаждаемым электродом и соплом плазмотрона с помощью осциллятора. Резка металлов осуществляется на постоянном токе прямой полярности. Плазмотрон 06-1755МА предназначен для механизированной воздушно-плазменной резки металлов и по устройству аналогичен плазмотрону 06-1542А. Отличительная особенность плазмотрона 06-1755МА состоит в том, что он выполнен в виде рукоятки, обеспечивающей необходимые условия при механизированной резке металлов. Технические характеристики плазмотронов 06-1542А и 06-1755МА приведены в табл. 26. Плазмотроны, применяемые для плазменной и микроплазменной сварки металлов, практически аналогичны по своей конструкции плазмотронам, предназначенным для резки металлов, и отличаются размерами и составом плазмообразующего (рабочего) газа. Электрод 2 плазмотрона для микроплазменной сварки Об-l 160А (рис. 148) закреплен в корпусе 6 плазмотрона с помощью цанги 11. Корпус 6 вставлен в верхний каркас 9, который через керамическую втулку 8 соединен с нижним каркасом 4. Наконечник /, вставленный во внутреннюю часть сопла 3, соединен с нижним каркасом 4. Электрод 2 зажимается в штаанге с помощью гайки и специальной втулки 7. .Вся конструкция плазмотрона помещена в изолирующий корпус 5, соединенный с соплом 3 и закрываемый колпачком 12. Техническая характеристика плазмотрона Об-ИбОА приведена в табл. 26. Для обеспечения необходимых параметров плазменной сварки применяют источники питания с обратными связями по напряжению дуги, сварочному току, рассмотренные в гл. 6, § 2. В промышленности применяют скоростную воздушно-плазменную и кислородно-плазменную резку металлов, позволяющую увеличить производительность труда сварщика в 2—8 раз и значительно снизить трудоемкость этих операций по сравнению с газопламенной резкой металлов толщиной 5—40 мм. Для этих целей отечественная промышленность выпускает установки УПР-201,, АПР-402 и АПР-4.03. Установка УПР-201 предназначена для механизированной воздушно-плазменной резки низкоуглеродистых, высоколегированных сталей толщиной до 40 мвд, а также цветных металлов и их сплавов при температуре окружающей среды от —40 до +40 °С. Эта установка состоит из источника питания постоянного тока ВДУ-506 или аналогичного по параметрам с блоком управления БУСП-1 и плазмотрона для механизированной резки металлов ПРВ-202. Резку можно выполнять в любом пространственном положении. Установка АПР-402 предназначена для автоматической воздушно плазменной обработки черных металлов толщиной до 160 мм, алюминия и его сплавов толщиной до 130 мм, меди и ее сплавов толщиной до 100 мм. Кроме этого на установке производят раскрой листового материала, резку труб, круглого проката и сложного профиля, а также снятие фасок под углом 45°. Установка состоит из источника питания с блоком управления и плазмотрона ПРВ-402. Плазмотрон ПРВ-402 может быть установлен в любом механизме, обеспечивающем его равномерное перемещение с заданной скоростью. Оптимальные скорости резки на установке АПР-402 при силе тока 400 А в зависимости от толщины материала и его марки приведены в табл. 27. Установка АПР-403 является дальнейшим совершенствованием установки АПР-402 и обеспечивает в автоматическом режиме резку черных металлов и алюминия толщиной до 100 мм, а меди — до 80 мм; в полуавтоматическом режиме резку черных металлов и алюминия толщиной, до 60 мм. Кроме этого, установка АПР-403 позволяет осуществлять плазменно-механическую обработку на механообрабатывающих станках. При переходе с автоматического режима обработки на механизированный в установке предусмотрено снижение напряжения холостого хода с 300 до 180 В. Установка АПР-403 обеспечивает такие же скорости резки, как и АПР-402 (табл. 27). В комплект установки АПР-403 входит источник питания с блоком управления и два плазмотрона: ПВР-402 — для автоматической сварки и ПВР-401 — для механизированной сварки. Техническая характеристика установок для воздушно-плазменной резки приведена в табл. 28. Для плазменной сварки отечественная промышленность выпускает установки УПС-301, УПС-501 и УПС-804. Установка УПС-301 предназначена для механизированной плазменной сварки на постоянном токе прямой полярности изделий из меди и ее сплавов, низколегированных и коррозионностойких сталей и на обратной полярности изделий из алюминия и его сплавов. Эта установка состоит из источника питания с блоком управления и плазмотрона универсальной конструкции. Источник питания обеспечивает импульсный режим и плавное нарастание сварочного тока в режиме постоянного напряжения. Установка УПС-501 предназначена для автоматической плазменной сварки на постоянном токе прямой и обратной полярности коррозионностойких сталей, алюминия, меди и их сплавов. В ее комплект наряду с источником питания и двумя плазмотронами (на токи 315. и 500 А) входит подвесная самоходная головка, которая состоит из следующих унифицированных узлов: пульта управления, подающего механизма для присадочной проволоки и ходового механизма. Установка УПС-804 является дальнейшим совершенстованием установки УПС-501 и предназначена для плазменной сварки в среде углекислого газа низкоуглеродистых и низколегированных сталей толщиной 6—12 мм на постоянном токе прямой полярности, а также для сварки продольных и стыковых швов с горизонтальной осью вращения. Режимы сварки различных материалов в зависимости от их толщины приведены в табл. 29, техническая характеристика рассмотренных установок — в табл. 30. Для микроплазменной сварки в ИЭС им. Е. О. Патона разработаны источники питания с тиристорными коммутаторами,. которые обеспечивают на выходе импульсы практически прямоугольной формы, и источники на базе высокочастотных инверторов, питание которых осуществляется от бестрансформаторных выпрямителей. Широкое применение для микроплазменной сварки получили источники питания МПУ-5 и МПА-80, описание которых приведено в гл. 6, § 4. Эти источники питания в комплекте с плазмотронами Об-1160А или 06-1213 применяют для механизированной микроплазменной сварки. Для автоматической микроплазменной сварки широко применяют автомат А-1342, состоящий из унифицированных узлов. Автомат позволяет выполнять сварку различных соединений (стыковых, угловых, торцовых, нахлесточных) металлов и сплавов толщиной 0,2-—2,5 мм. Он состоит из источника питания МПА-80 или аналогичного по параметрам источника и подвесной самоходной головки. Скорость сварки плавно регулируется в диапазоне 10—50 м/ч. Подающий механизм выполнен по схеме тянущего типа, что обеспечивает стабильную подачу присадочной проволоки диаметром 0,8—2 мм со скоростью 6—150 м/ч. Габаритные размеры автомата 400X500X300 мм, масса 20 кг. На базе автомата А-1342 выпускают аппараты тракторного и подвесного типа для микроплазменной сварки металлов и их сплавов.

Вопросы для повторения

Перечислите основные узлы аппаратов для плазменной и микроплазменной сварки и резки.
В чем заключаются конструктивные особенности основных узлов аппаратов для плазменной и микроплазменной сварки и резки?
Область применения аппаратов для плазменной и микроплазменной сварки и резки.


 

Электроннолучевая сварка (ЭЛС) — это разновидность электрической сварки плавлением, при которой для соединения металлов использована энергия ускоренных электронов. ЭЛС применяют в различных отраслях промышленности для соединения тугоплавких или химически активных металлов и их сплавов, а также ответственных узлов. Серийно выпускаемые в СССР установки для электронно-лучевой сварки предусматривают сварку в высоком вакууме. Оборудование для электронно-лучевой сварки состоит из двух комплексов: энергетического и электромеханического. Энергетический комплекс оборудования обеспечивает формирование пучка электронов с необходимыми параметрами, а также управление положение пучка относительно свариваемого стыка. В энергетический комплекс входят: электронная сварочная пушка, высоковольтный источник питания и средства автоматизации управления положением пучка. Электромеханический комплекс обеспечивает управление и контроль всех систем установки для электронно-лучевой сварки, а также формирование необходимых команд при ее работе. В электромеханический комплекс входят: сварочная камера с системой ее вакуумирования; сварочные манипуляторы; система наблюдения за сварочным процессом; устройства подачи присадочных материалов; вспомогательные устройства различного назначения; системы управления комплексом. Все узлы и системы как энергетического, так и электромеханического комплекса унифицированы и отвечают конструкционному ряду данных изделий.

 

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ ОБОРУДОВАНИЯ

Электронная сварочная пушка предназначена для формирования электронного пучка с необходимыми параметрами, обеспечивающими высокое качёство сварки. В зависимости от конструкции электронная сварочная пушка может быть установлена как внутри вакуумной камеры, так и снаружи ее. В зависимости от ускоряющего напряжения электронные сварочные ПУШКИ подразделяют на три группы: низковольтные с ускоряющим напряжением 10—30 кВ; средние (промежуточные) с ускоряющим напряжением 40—60 кВ; высоковольтные с ускоряющим напряжением 100—200 кВ. Формирование пучка электронов с необходимыми параметрами осуществляется электронно-оптической системой сварочных пушек. Различают четыре электронно-оптические системы (рис. 149, а—г). В одно каскадной электронно-оптической системе без ускоряющего электрода (рис. 149, а) электроны, покинув катод 1 под воздействием электростатического поля и сфокусированные прикатодным электродом 2, по траектории 3 движутся к аноду, которым служит изделие 4. Недостатком этой системы является слабая фокусировка электронного пучка, что вызывает потерю его энергии. Для улучшения фокусировки электронного пучка в однокаскадную схему введен ускоряющий электрод 5 (рис. 149, б) Однокаскадные электронно-оптические системы применяют в сварочных пушках с низковольтным питающим напряжением. В рассмотренных схемах электронно-оптических систем применен электростатический метод фокусировки пучка. Но лучшую фокусировку электронного пучка получают при совместном использовании электростатического и магнитного методов фокусировки (рис. 149, в). Электронный пучок, пройдя ускоряющий электрод 5 фокусируется и попадает в отверстие кроссовера 6, диаметр которого dKp определяется значением половинного угла ао расхождения электронного пучка. Далее электронный пучок проходит специальную магнитную линзу 7, где снова фокусируется до необходимого диаметра пятна 9 на аноде, которым является изделие 4. Направление электронного пучка можно изменять системой отклонения пучка 8. Диаметр с/фП пятна 9 на изделии 4 зависит от значения половин ного угла сходимости электронного пучка щ, Значение половинного угла ао пропорционально расстоянию а между кроссовером 6 rf магнитной линзой 7, а значение половинного угла <х\ пропорционально расстоянию Ь между магнитной линзой 7 и изделием 4. Изменяя расстояние а и 6, а так же диаметр отверстия кроссовера cfKp, на изделии получают электронный пучок необходимой энергии. Рассмотренную электронно-оптическую систему применяют в сварочных пушках с низким и средним значениями ускоряющего напряжения. Для сварочных пушек с высоким значением ускоряющего напряжения применяют электронно-оптическую систему (рис. 149, г) Отличительная особенность этой системы заключается в том, что в ней установлена ускоряющая трубка 10 между ускоряющим электродом 5 и магнитной линзой 7. Электронный пучок, проходя через ускоряющую трубку 10, получает необходимую энергию, фокусируется магнитной линзой 7 и попадает на изделие 4. Направление электронного пучка на свариваемый стык осуществляется электромагнитной или кодой м пульс ной системой отклонения пучка. В ИЭС им. Е. О. Патона разработаны электронные сварочные пушки унифицированного ряда. Они различаются по группе ускоряющего напряжения и модификации размещения внутри или снаружи вакуумной камеры. У сварочных пушек, устанавливаемых снаружи вакуумной камеры, имеется корпус однозвенной или многозвенной дифференциальной откачки с затвором (шибером), перемещаемым с помощью пневматического привода. Сварочная пушка состоит из катодного блока, электронно-отклоняющей системы и защитного разъемного кожуха с блокировкой. Подогрев катода осуществляется электронной бомбардировкой в ускоряющем поле между подогревателем и катодом или за счет теплового излучения и теплопроводности подогревателя. В зависимости от ускоряющего напряжения в сварочной пушке применяют одну из схем электронно-оптической системы, рассмотренных выше. Техническая характеристика некоторых сварочных пушек приведена в табл. 31 Источники питания — это преобразователи напряжения сета в высоковольтное напряжение для сварочной пушки. Источники питания должны обеспечивать плавное регулирование в широком диапазоне высоковольтного (ускоряющего) напряжения, его стабилизацию в заданных пределах, ограничение тока электронного пучка при пробое межэлектродного промежутка в сварочной пушке и безопасность в работе. Конструкция источников питания рассмотрена в гл. 6, § 4. Средства автоматизации — это система средств совмещения электронного пучка со стыком различной конфигурации, стабилизаторы ускоряющего напряжения и аппаратура защиты. Развитие приборостроения и средств автоматизации позволило широко внедрить электронные системы для управления положением пучка и стабилизации ускоряющего напряжения. Принцип действия - электронных средств наведения (управления) электронного пучка основан на развертывании его магнитным полем. В режиме наведения осуществляется точное изме/tableрение координат центра круговой локальной развертки относительно стыка с последующим введением сигнала коррекции в систему управления. Точность наведения контролируется оператором по взаимному расположению на экране осциллогр/td/p/scriptафа двух импульсов от стыка. В режиме «Сварка» осуществляется круговая развертка электронного пучка методом одновременной подачи на отклоняющую систему сварочной пушки двух синусоидальных напряжений/сдвинутых относительно друг друга на я/2. При этом; создается вращающееся магнитное поле, которое перемещает пучок в сварочной пушке по контуру окружности стыка. Скорость перемещения электронного пучка и амплитуда его развертки пропорциональны соответственно частоте и величине синусоидальных напряжений. Конструктивно система управления электронным пучком сварочной пушки выполнена в настольном варианте переносного типа и может быть расположена как в типовой стойке, так и внутри вакуумной камеры. Технические характеристики некоторых средств наведения электронного пучка при ведены в табл. 32. Стабилизатор ускоряющего напряжения ОЛ-115 предназначен для совместной работы с источником питания сварочной пушки. Он выполняет следующие функции: стабилизацию ускоряющего напряжения, защиту при пробоях в сварочной пушке и сглаживание пульсаций ускоряющего напряжения. Стабилизатор — это масляный бак 2, в котором размещены стабилизирующий пролетный пентод 3 и блок масляного насоса 4 с теплообменником для охлаждения масла (рис. 150). В процессе работы анод пентода охлаждается маслом, которое циркулируется по замкнутой системе «анод пентода — теплообменник — масляный насос». Масло охлаждается в теплообменнике водой, которая поступает через две трубы, расположенные на верхней крышке масляного бака. Электронный блок / управления и защиты также расположен на крышке бака и является съёмным, что позволяет проводить профилактический ремонт этого блока на специально оборудованных участках. Стабилизатор ОЛ-115 соединяется с источником питания с помощью разъемов. Техническая характеристика стабилизатора ускоряющего напряжения ОЛ-115 следующая. Сварочная камера с системой вакуумирования (сварочная вакуумная камера) предназначена для электронно-лучевой сварки в вакууме, а также для размещения и перемещения в ней свариваемого изделия и сварочной пушки. Широкое распространение получили сварочные вакуумные камеры, цилиндрической и прямоугольной формы. Цилиндрические сварочные вакуумные камеры находят применение для сварки небольших изделий. Их изготовляют из цельнотянутых труб, что обеспечивает технологичность их производства и снижает трудоемкость. В большинстве случаев из-за малого объема цилиндрической камеры сварочную пушку устанавливают снаружи. Сварочные вакуумные камеры прямоугольной конструкции более универсальны, их изготовляют стандартными секциями, что позволяет увеличивать их объем путем соединения секций. К недостаткам прямоугольных сварочных вакуумных камер следует отнести повышенную трудоемкость изготовления по сравнению с камерами цилиндрической конструкции. Отечественная промышленность выпускает сварочные вакуумные камеры Т-242.01 и Т-242.02 (рис. 151). Каждая камера состоит из отдельных секций /, которые имеют жесткий каркас, обшитый внутри листами из коррозионно-стойкой стали толщиной 10 мм, а снаружи — листами из углеродистой стали или свинца. Сбоку секции камеры находятся двери 2 с каретками, которые при открывании дверей перемещаются по направляющим 3. Сверху каждая секция имеет крышку» которая откатывается в сторону с помощью электропривода и прижимается к торцам камеры специальным пневмоцилиндром (на рис. 151 не показан). На передней стенке и откатных крышках имеются смотровые окна с защитой от напыления. На задней стенке камеры установлены патрубки для подсоединения к системе вакуумирования (откачной системы) и люки для ввода в камеру энергоносителей. В зависимости от типоразмера свариваемых изделий можно получить различную общую длину камеры, соединяя между собой с помощью вакуумного сварного соединения отдельные секции. Техническая характеристика сварочных вакуумных камер Т-242.01 и Т-242.02 следующая. Для создания необходимого вакуума отечественная промышленность выпускает унифицированные откачные (вакуумные) блоки Т-144.41 и Т-144.63. Откачной блок Т-144.41 (рис. 152) состоит из серийно выпускаемого вакуумного насоса 1 типа М250/2500, комплекта вакуумной арматуры (затворов 2, 3\ клапана 4\ вентиля 5; соединительной коробки 6) необходимой для нормального функционирования блока. Затворы и клапан предназначены для коммутации системы при откачке воздуха из рабочего объема камеры и из выходного патрубка насоса. Кроме этого, клапан выполняет функцию защиты при аварийном отключении электроэнергии. Вентиль используют в качестве крана-натекателя или управляющего клапана. Управление блоком и его элементами осуществляют дистанционно с пульта управления оператора-сварщика. Откачной блок типа Т-144.63 (рис. 153) включает: серийно выпускаемый насос 1 типа РВН-6, соединительную коробку 2 и затвор' 3. Процесс электроннолучевой сварки проходит в высоком вакууме и поэтому для перемещения и установки по заданным . координатам сварочной пушки и свариваемых изделий необходимы манипуляторы конструкции которых аналогичны конструкциям манипуляторов, применяемых в станкостроении. Широкое распространение получили манипуляторы двух типов: универсальные с большим числом степеней свободы и специализированные. Первые — широко применяются в единичном и мелкосерийном производстве, когда требуется частая пе.реналадка, вторые — в крупносерийном и массовом производстве для конкретных операций. При необходимости установки ЭЛС комплектуют подающими механизмами для присадочной проволоки, конструкции которых должны обеспечивать высокую точность и стабильность скорости подачи проволоки в зону сварки.


 

Промышленность выпускает большую номенклатуру унифицированных узлов для электронно-лучевой сварки, из которых компонуют электроннолучевые установки для конкретных целей. Конструкции электроннолучевых установок отличаются величиной ускоряющего напряжения, объемом вакуумной камеры и другими технологическими параметрами. В качестве примера рассмотрим несколько установок для электронно-лучевой сварки. Установка типа УЛ-180 предназначена для электронно-лучевой сварки кольцевых швов деталей типа тел вращения. Она состоит из унифицированных узлов, о писанных выше: блока форвакуумных насосов /, сварочной вакуумной камеры 2, источника питания 3, шкафа управления 4 (рис. 154). Сварочную пушку устанавливают внутри вакуумной камеры и закрепляют на трех позиционном поворотном а столе установки. Вращение поворотного стола обеспечивается механизмом с приводом от пневмоцилиндра. Вращение свариваемого изделия осуществляют электродвигpателем постоянного тока с системой плавного изменения частоты вращения его вала. Загрузка изделий в сварочную камеру и выгрузка их осуществляется специальным/p манипулятором. Сварочную пушку можно перемещать вручную поhttp://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js// перек стыка в пределах ±25 мм. Поворотный стол обеспечивает последовательное перемещение свариваемого изделия в вакуумной камере с позиции загрузки на позиции предварительной откачки, сварки и выгрузки. При этом не происходит разгерметизации сварочной вакуумной камеры, так как между поворотным столом и неподвижной плитой установлен скользящий уплотнитель. Вакуумная система обеспечивает рабочий вакуум на время сварки изделия. Изменение состояния поворотного стола служит сигналом для работы вакуумной системы. Установка УЛ-181 (рис. 155) предназначена для электронно-лучевой сварки в вакууме кольцевых стыков труб из различных сплавов горизонтально, расположенной сварочной пушкой внутри вертикально расположенного изделия. Технология сварки разноразмерных по длине труб обеспечивается двумя вакуумными камерами. Эти камеры, как отдельно друг от друга, так и совместно, обслуживаются вакуумной системой 6, гидроблоком 7 и пневмосистемой команды для которых формируются в шкафу управления 5. Для сварки сквозных труб используют камеру, имеющую основание с приводом вращения, механизм подвески и подъема сварочной пушки и механизм подъема крышки. Сварочную пушку располагают внутри свариваемого изделия е возможностью поворота относительно изделия и вертикального перемещения от стыка к стыку. Для сварки глухих труб используют камеру 2, которая так же, как и камера /, имеет основание с приводом вращения. Подвеска сварочной пушки осуществлена с помощью колпака с хоботом, подъем и перемещение которого производят специальным механизмом. Сварочная пушка находится внутри специальной трубы, вращающейся относительно вертикальной оси сварочной пушки. Наведение на стык сварочной пушки осуществляют путем перемещения хобота относительно колпака камеры по вертикальной оси. Для управления электронно-лучевой сваркой в каждой камере имеется пульт 4. Ускоряющее напряжение к сварочным пушкам подается от источника питания 3. Отечественная промышленность выпускает большую номенклатуру электроннолучевых установок, предназначенных для конкретной технологии. В зависимости от размеров свариваемого изделия определяют размеры вакуумных камер электроннолучевых установок. Вакуум в отечественных электроннолучевых установках составляет 6,7 10~3 Па. При необходимости электроннолучевая установка может быть укомплектована манипулятором. Сварочный ток и ускоряющее напряжение определяют тип электронной пушки. Вопросы для повторения 1. В чем заключается особенность электронно-лучевой сварки, преимущества и недостатки?

2. Перечислите основные узлы оборудования для электронно-лучевой сварки, область применения конкретного узла.


 

К этой группе относятся сварочные трансформаторы и специальные установки. Сварочный трансформатор - это электромагнитный аппарат, преобразующий напряжение 220...380 В промышленной сети переменного тока в более низкое напряжение, регламентируемое ГОСТами на сварочное оборудование, и обеспечивающий необходимую силу сварочного тока. Необходимая для устойчивого процесса сварки крутопадающая ВАХ сварочного трансформатора создается разработанными специально для сварки конструкциями трансформаторов с увеличенными магнитными потоками рассеяния. Наибольшее распространение получила конструкция сварочного трансформатора с подвижными обмотками. Такой трансформатор (рис. 51) состоит из замкнутого магнитопровода 1, который шихтуется из пластин электротехнической стали марок Э320, ЭЗЗО. Первичная обмотка, состоящая из двух соединенных последовательно катушек 2 и подключаемая к промышленной сети, крепится на магнитопроводе 1 неподвижно. Вторичная обмотка выполняется также в виде двух катушек 3, которые могут I свободно перемещаться вдоль стержней магнитопровода при вращении рукоятки 4. Работа трансформатора основана на электромагнитном взаимодействии первичной 2 и вторичной 3 обмоток через магнитопровод. В передаче энергии участвуют два переменных магнитных потока: основной, который проходит только по магнитопроводу, и поток рассеяния который проходит и по магнитопроводу, и по воздуху. В режиме холостого хода катушки 2 первичной обмотки подключены к питающей электрической сети с напряжением U\ = 220...380 В. Образуется замкнутый контур, по которому проходит ток холостого хода /х х. В этом режиме сварочная цепь (вторичный контур), в которую включена вторичная обмотка 3, разомкнута. Вторичное напряжение трансформатора равно напряжению холостого хода U2 = Ux x. Его значения выбирают при расчете трансформатора из условия надежного возбуждения дуги и требований техники безопасности Ux x < 65 В. В режиме нагрузки, когда горит сварочная дуга, вторичный контур также становится замкнутым. По нему проходит ток дуги (сварочный ток). Этот ток регулируется за счет изменения расстояния между катушками 2 и 5 первичной и вторичной обмоток. Если развести катушки 2 и 3 на максимальное расстояние етах, магнитный поток рассеяния будет самым большим, а магнитный поток Фг и, следовательно, сварочный ток будут минимальными. Если приближать катушку 2 к катушке 5, то магнитный поток рассеяния будет уменьшаться, а поток Фу-и сварочный ток увеличиваться. Для трансформаторов с подвижной обмоткой кратность регулирования сварочного тока Кр < 5. Необходимое для сварки значение силы тока сварщик устанавливает, вращая рукоятку 4 сварочного трансформатора и ориентируясь по указателю значений силы тока, который устанавливается на кожухе трансформатора. В режиме короткого замыкания сварочная цепь замкнута электродом на изделие. Ток короткого замыкания превышает сварочный ток (ток дуги) обычно в 1,1... 1,2 раза. Это условие при ручной дуговой сварке выполняется для всех конструкций сварочных трансформаторов, чтобы обеспечивалось начальное возбуждение дуги. Серийно выпускаются несколько типов трансформаторов с подвижными обмотками (рис. 52, табл. 6). Основные из них - это трансформаторы ТД и ТСК. Последние отличаются тем, что параллельно первичной обмотке для улучшения энергетических показателей у них включены конденсаторы. Трансформаторы с подвижными обмотками чаще других применяются для ручной дуговой сварки. Кроме них применяют трансформаторы, в которых поток рассеяния (и сварочный ток) изменяют поворотом магнитного шунта - среднего подвижного звена сердечника (трансформаторы типа СТШ), а также малогабаритные трансформаторы типов ТДП, ТСП, АДЗ, в которых регулирование тока производят с помощью переключения секций вторичной обмотки или с помощью дополнительных обмоток. Для автоматической и полуавтоматической сварки плавящимся электродом под слоем флюса выпускаются и специальные трансформаторы типа ТДФ (рис. 53, см. табл. 6). Сварку под флюсом ведут на повышенной силе тока, поэтому дуга горит устойчиво и шов формируется качественно на возрастающей ветви ВАХ дуги (рис. 54, кривые 3 и 4). Значит, внешняя ВАХ трансформатора должна быть пологопадающей (кривая 2). Увеличение крутизны ВАХ (кривая 1) приведет к уменьшению значения сварочного тока. Вторичная 5 обмотки, состоящие и, в каждая из двух катушек. Обмотки закреплены на сердечнике неподвижно и разнесены друг от друга так, что образуется увеличенный магнитный поток рассеяния В режиме холостого хода первичная обмотка 2 подключена к питающей сети напряжением 380 В. Сварочный контур разомкнут, тока в нем нет, напряжение холостого хода ихл < 80 В. Трансформатор рассчитывают из условия  (1,5...3,0) UR. В режиме нагрузки, когда горит дуга, сварочный контур, состоящий из вторичной обмотки 5 трансформатора, сварочных проводов и дуги, замкнут, в нем течет сварочный ток. Когда ток в обмотке 4 шунта 3 равен нулю, значительная часть основного магнитного потока Ф^— поток рассеяния Ф$ — замыкается по магнитопроводу шунта 3, минуя вторичную обмотку 5. В сварочной цепи в этом случае ток минимальный. Если силу тока в обмотке шунта 3 увеличивать, поток уменьшается, увеличивается поток Ф г и возрастает сварочный ток. При максимальном токе в обмотке шунта Ф5 « 0, Фг = Фттах и ток дуги максимален. Управление силой тока в обмотке шунта, а следовательно, и силой тока сварки в современных сварочных трансформаторах осуществляется плавно и дистанционно, с выносного пульта. В режиме короткого замыкания сварочная цепь замыкается электродом на изделие. Ток короткого замыкания для дуговой сварки под слоем флюса /gf i (1,3...1,5)/д. Это условие выполняется во всех конструкциях трансформаторов типа ТДФ. Эти трансформаторы обладают хорошими техническими характеристиками (см. табл. 6), однако, они требуют большого расхода активных материалов (трансформаторного железа на сердечник шунта и меди на его обмотку) и, следовательно, имеют большую массу. Для дуговой сварки алюминиевых сплавов в защитных газах применяют специальные установки однофазного и трехфазного токов. При сварке алюминиевых сплавов дуга, горящая с неплавящегося электрода в защитном газе, обладает особенностями. Горит она при низком напряжении, и д ~ 10...20 В. Ее ВАХ имеет горизонтальный участок в большом диапазоне силы сварочного тока. При смене полярности, когда напряжение становится равным нулю, возможен обрыв дуги, что требует специальных мер по ее стабилизации. Ток дуги в один полупериод больше, чем в другой, происходит частичное его выпрямление, что обусловлено физическими свойствами тугоплавкой окисной пленки, которую алюминиевые сплавы имеют на своей поверхности. Выравнивание силы тока в оба полупериода (устранение постоянной составляющей тока) достигается включением в сварочную цепь последовательно с обмоткой трансформатора батареи конденсаторов. Устойчивое горение дуги достигается, в частности, использованием крутопадающей ВАХ источника питания (рис. 56). Чем она круче, тем меньше изменение силы тока АI при изменениях длины дуги, тем стабильнее будет гореть дуга. Наибольшее распространение для сварки алюминиевых сплавов толщиной менее 10 мм получили установки типа УДГ (см. табл. 6). Основной элемент их конструкции - сварочный трансформатор с электромагнитным шунтом, обеспечивающий круто и. в падающую ВАХ. Значительное место в их конструкции занимает батарея электролитических конденсаторов С (рис. 57), для возбуждения дуги предусмотрен осциллятор 7, для стабилизации дугового разряда в момент перехода тока через ноль стабилизатора, для управления током сварки блок управления 3. При дуговой сварке неплавящимся электродом в отличие от сварки плавящимся электродом можно выделить следующие режимы: холостой ход, возбуждение дуги, режим нагрузки. В режиме холостого хода сварочная дуги; 3 - блок управления сварочным током; С - батарея конденсаторов; Т\ - сварочный трансформатор с шунтом; W\, W2 и Wm - первичная и вторичная обмотки трансформатора и обмотка шунта; Э - вольфрамовый электрод; А - алюминиевая деталь; ~N А г- защитный газ; L\,L2, N - фазы электрической сети и нулевой провод; SJ, S2, S3 - клеммы цепь разомкнута и ток в ней отсутствует. Напряжение холостого хода 65...75 В, причем большее его значение допускается для автоматической сварки. Режим возбуждения дуги характерен наличием во вторичном контуре тока высокой частоты и высокого напряжения, а также высокочастотным искровым разрядом между электродом и изделием. При исправной сварочной цепи и надлежащей настройке осциллятора этот режим длится десятые доли секунды и после возникновения дугового разряда установка переходит в режим нагрузки. Возбуждение дуги способом короткого замыкания не рекомендуется, так как в этом случае неизбежно частичное разрушение электрода, частицы которого попадают в сварочную ванну и остаются в шве после его кристаллизации, снижая его прочность. В режиме нагрузки при заданном значении силы тока дуги формируется сварной шов. В конце процесса сварки рабочее значение силы тока плавно уменьшают до минимального, используя блок управления 3. Происходит заварка кратера - углубления в конце шва, образующегося при резком включении тока. Для дуговой сварки неплавящимся электродом кроме установок УДГ выпускаются установки типа УДГУ (рис. 58, см. табл. 6), которые позволяют вести процесс как на переменном, так и на постоянном токе, например при сварке коррозионно-стойких сталей. Разработаны и применяются в промышленности специализированные установки ТИР и А126, в которых переменный сварочный ток имеет не синусоидальную, а прямоугольную форму каждой полуволны.


 

К источникам постоянного тока относятся сварочные выпрямители, вращающиеся электромашинные преобразователи (генераторы) и сварочные агрегаты. ИП постоянного тока используются при ручной дуговой сварке штучными электродами, при сварке плавящимся и неплавящимся электродом в среде защитного газа. В настоящее время вращающиеся преобразователи вытесняются сварочными выпрямителями. Однако сварочные генераторы сохраняют свое значение в основном при сварке в полевых условиях в составе сварочных агрегатов с двигателями внутреннего сгорания. Сварочный выпрямитель - это статический преобразователь энергии трехфазной сети переменного тока в энергию выпрямленного тока, которая используется для дуговой сварки. Выбор схемы выпрямителя зависит от области его применения. Для ручной дуговой сварки штучными электродами обычно применяют сварочные выпрямители типа ВД (рис. 59, 60). Основные узлы этих выпрямителей - это трехфазный сварочный трансформатор Tj и блок выпрямителей V\...V6. На магнитопроводе сварочного трансформатора расположены первичная W\ и вторичная W2 обмотки на расстоянии друг от друга, что обеспечивает поток рассеяния необходимый для создания падающей ВАХ. Выпрямительный блок V\...V6 собран по трехфазной мосто 4 вой схеме, которая обеспечивает незначительную пульсацию амплитуды выпрямленного тока и высокую стабильность значения тепловой энергии, вводимой в свариваемый металл. В режиме холостого хода сварочная цепь разомкнута, Ux x ~ 65...70 В. В режиме нагрузки, когда горит дуга и идет формирование шва, сила тока при необходимости плавно регулируется за счет перемещения вторичных обмоток вдоль стержней магнитопровода трансформатора, для чего имеется механизм, рукоятка которого выведена на крышку кожуха выпрямителя. , В режиме короткого замыкания ток. = 0,1.-1,3) /д , что достаточно для возбуждения дуги. Выпрямители ВД обладают хоро Рис. 59. Принципиальная и техническими данными (см. табл. 6). схема сварочного Процесс сварки плавящимся электродом в выпрямителя типа ВД защитных газах обычно ведут при большой силе сварочного тока (более 300 А). ВАХ сварочной дуги в этом случае, особенно при сварке в углекислом газе, становится возрастающей. Значит, для устойчивого горения дуги нужно, чтобы источник питания имел жесткую ВАХ. Такой характеристикой обладают выпрямители типа ВДГ (табл. 7). Они имеют те же основные конструктивные элементы, что и выпрямители для ручной дуговой сварки. Это трехфазный трансформатор и блок выпрямителей. Для управления сварочным током применен дроссель насыщения. Для уменьшения разбрызгивания металла в сварочную цепь включают дополнительный дроссель, имеющий переключатель для ступенчатого изменения индуктивности. Это расширяет возможности выбора режима сварки. Кроме выпрямителей ВДГ для сварки плавящимся электродом в защитном газе можно применять универсальные источники ВДУ (см. табл. 7). Их схемы предусматривают возможность переключения с падающей ВАХ на жесткую. Многопостовые сварочные выпрямители предназначены для одновременного питания выпрямленным током через балластные реостаты Таблица. Схема подключения сварочных постов к многопостовому выпрямителю ВДМ: R\...Ri-балластные реостаты нескольких сварочных постов при ручной дуговой сварке (выпрямители типа ВДМ) и при механизированной сварке в среде защитного газа (выпрямители типа ВД1М). Число сварочных постов п, которые могут работать одновременно от одного выпрямителя, определяют как отношение номинального тока /ном многопостового выпрямителя к максимальному току 1П одного поста. Здесь а = 0,6...0,65 - коэффициент одновременности работы постов. Многопостовые сварочные выпрямители (табл. 8) имеют жесткие внешние ВАХ. Необходимая для ручной дуговой сварки падающая характеристика создается на каждом из постов с помощью балластных реостатов (рис. 61), которые входят в комплект поставки многопостовых выпрямителей. Кроме реостатов вместе с выпрямителями для сварки в защитных газах поставляются дроссели типа ДР. Их включение в сварочную цепь уменьшает пульсацию выпрямленного тока и повышает стабильность процесса сварки. Сварочные генераторы постоянного тока относятся к электрическим машинам специального назначения и выпускаются с жесткими, круто и пологопадающими внешними ВАХ. В качестве привода для вращения вала сварочного генератора используют или синхронный электродвигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором, или двигатель внутреннего сгорания. Конструкции, в которых генератор объединен с электродвигателем, называют сварочным преобразователем (рис. 62), а с двигателем внутреннего сгорания сварочным агрегатом. Сварочные агрегаты незаменимы, когда сварочные работы производятся там, где отсутствуют линии электропередач или подключение к ним вызывает большие неудобства. Монтируются сварочные агрегаты на специальных шасси в виде прицепа к автомобилю или непосредственно в его кузове. Промышленность выпускает коллекторные и вентильные генераторы. Коллекторный сварочный генератор (рис. 63) с независимым возбуждением имеет литой стальной корпус 1, который образует магнитную систему генератора, две пары основных полюсов 2 и 4 , два дополнительных полюса (на рисунке не показаны) и якорь 3 с обмоткой На основных полюсах размещены намагничивающая WB и размагничивающая fVp обмотки генератора. Сварочный ток снимается медно-графитными щетками а и b с коллектора, который расположен на одном валу с якорем генератора. Вал генератора механически сопряжен с валом приводного асинхронного двигателя или с валом двигателя внутреннего сгорания. В генераторах с независимым возбуждением (рис. 64) обмотка JVB питается независимо от выпрямительного моста V\... К4 и дополнительного трансформатора Тх от сети через выключатель SQ и предохранители Fx...Fy Обмотка размагничивания последовательно соединена с обмоткой якоря Жя, образуя сварочную цепь. Переключателем S\ можно изменять число витков обмотки Wp и тем самым ступенчато регулировать силу сварочного тока. В пределах каждой ступени силу сварочного тока регулируют плавно переменным резистором меняя силу тока в обмотке WB и величину магнитного потока Фв. В режиме холостого хода сварочная цепь разомкнута, на асинхронный двигатель М и на обмотку WB подано напряжение Ux. Через обмотку WB идет ток /в, создавая магнитный поток Фв. Этот поток (см. рис. 63) замыкается через полюс 2 (полюс N), воздушный зазор между полюсами 2 и 4 и якорем 3, через якорь на полюс 4 (полюс S). В магнитном поле потока Фв вращается обмотка 1УЯ якоря 3. На щетках а и b генератора возникает напряжение UXmX9 величина которого зависит от тока в обмотке возбуждения /в, который можно плавно регулировать реостатом R j (см. рис. 64). В режиме нагрузки, когда сварочная цепь замкнута, через дуговой промежуток, обмотку размагничивания Wp и обмотку якоря 1.я протекает ток /я = /д. Обмотка размагничивания Wp создает магнитный поток Фр, направленный навстречу потоку Фв, за счет чего и формируется падающая ВАХ. В генераторах с самовозбуждением обмотка JVB питается от обмотки якоря через щетку Ъ и дополнительную щетку, которую устанавливают посредине коллектора между щетками а и Ъ. Обмотка размагничивания Wp включается последовательно с обмоткой якоря так же, как и в предыдущем случае. В остальном генераторы с самовозбуждением устроены и работают так же, как и генераторы с независимым возбуждением. Вентильные генераторы вырабатывают трехфазный переменный ток частотой 200 или 400 Гц, который затем преобразуется в постоянный выпрямительным блоком, входящим в конструкцию генератора. Внешняя ВАХ вентильного генератора - падающая, регулировка сварочного тока ступенчатая (две ступени) и плавная в пределах каждой ступени.


 

В зависимости от вида выполняемых работ, размеров изделия и типа производства рабочее место сварщика может быть организовано по-разному. Это может быть стационарная сварочная кабина или временный сварочный пост для монтажа или изготовления крупногабаритного изделия, сооружения. Если свариваемое изделие невелико и изготавливается большими сериями, то рабочее место организуют в стационарных сварочных кабинах размерами для одного сварщика не менее чем 2,0 х 2,5 м, высотой не менее 2,0 м. Чтобы кабина лучше вентилировалась за счет естественного движения воздуха, ее стены не доводят до пола на 200...250 мм. В дверном проеме подвешивают на кольцах брезентовый занавес. Стены кабины делают из огнестойкого материала, чаще из металла. С внутренней стороны на стены наносят огнестойкое покрытие или краску светлых тонов, дающую матовую поверхность, исключающую блики. Обязательна общая и местная вытяжная вентиляция. В кабине устанавливают источник питания сварочной дуги, рубильник или магнитный пускатель для его подключения к питающей электрической сети. Если используется сварочный преобразователь, то его устанавливают за пределами кабины в помещении с хорошей звукоизоляцией. В кабине должен быть стеллаж-верстак со слесарным инструментом (молоток, зубило, тиски и т.п.), герметичный ящик для электродов, так как иногда электроды после снятия упаковки хранятся более двух часов. Для прокалки электродов необходим сушильный шкаф или печь, которую в зависимости от загрузки сварщиков и условий сварки можно устанавливать одну на несколько постов; Если сварщик должен использовать сборочно-сварочные приспособления или инструмент с пневмоприводом, то в кабину подводят сжатый воздух. В кабине должны находиться металлический стол сварщика и стул с регулируемым по высоте сиденьем. Столы сварщика делают со стационарным местным дымоотсосом. Это стол ССН-1 со встроенной вентиляционной установкой без фильтрации, а также требующие цеховой вентиляционной разводки и общей системы очистки воздуха столы ССН-2 и ССН-3. Отсос дыма от них ведется вверх. Эти столы не полностью удаляют дым из зоны дыхания сварщика. Эффективнее столы с комбинированной вентиляционной установкой, в которых столешница выполнена в виде решетки, а вытяжка дыма ведется вниз встроенным вентилятором и вверх в сторону автономным дымоотсосом. Встроенный фильтр обеспечивает степень очистки воздуха от дыма и аэрозолей до 99,96 %. При сварке крупногабаритных изделий с внешней стороны изделия в цехе нужно огораживать рабочее место сварщика переносными щитами со стороны других рабочих мест, проходов, мест отдыха и т.п. Требования к щитам те же, что и к стенам кабины. Внутри ограждения должен располагаться источник питания, переносная полка или шкаф для инструмента и электродов. На таких сварочных постах также обязательно использование вытяжной местной вентиляции. Это может быть гибкая пластиковая труба длиной до 5 м с проволочным винтовым кольцом внутри, соединенная с центробежным вентилятором, снабженным фильтром (рис. 65). Удобно применять энергосберегающий автомат с датчиком в виде токовых клещей, который включает вентилятор только во время, горения дуги и выключает через заданное время после ее угасания. Рабочее место сварщика должно быть хорошо освещено. При работе в кабинах, на сборочных площадках и особенно внутри емкостей главное внимание надо обращать на электробезопасность, строго соблюдать действующие нормы и правила заземления источников питания дуги, дросселей, корпусов рубильников, сварочных столов. Внутри емкостей сварщик должен работать со страхующим наблюдателем. Кроме традиционных источников питания дуги (см. гл. 4) для ручной дуговой сварки начинают применяться бестрансформаторные инверторные источники переменного тока. При достаточно большой мощности они имеют малые габариты и массу. Например, инвертор шведской фирмы ESAB обеспечивает силу сварочного тока 5...250 А, имеет массу 20 кг и размеры 450 х 350 х 300 мм. Электрододержателъ - это основной инструмент сварщика. Он должен быть безопасным, прочным, должен надежно и быстро закреплять и освобождать электрод без значительных усилий сварщика, иметь малую массу, защищать руку сварщика от тепла дуги, разогретого электрода и от токоведущих частей сварочной цепи. Электрододержатели бывают пассатижные (рис. 66), с рычажным зажимом, винтового и защелочного типа. В зависимости от силы сварочного тока электрододержатели делят на три типа: для силы тока до 125 А; 125...315 А и 315...500 А. Время смены электрода не должно превышать 4 с, без ремонта электрододержатель должен выдерживать 8 000 зажимов электродов. Щитки и маски служат для предохранения сварщика от брызг металла, искр и излучения. Щиток сварщик держит в руке, маска надевается на голову и освобождает руку сварщика для манипуляций с деталью. Лучшие конструкции закрывают не только лицо, но и шею, и руку сварщика, держащую щиток. Щиток и маска имеют смотровое окно со светофильтром, который задерживает опасные излучения дуги. Снаружи фильтр защищен сменным прозрачным стеклом от брызг металла. Различают ослабляющие светофильтры постоянной плотности (черные стекла), ослабляющие светофильтры варьируемой плотности и фильтры с двумя зонами оптической плотности. Светофильтры постоянной плотности имеют размеры 100 х 150 мм, дополнительное стекло меньшей плотности 100 х 160 мм. Оптическая плотность светофильтров (во сколько раз снижается яркость свечения дуги) меняется от 3 до 13. В комплект включаются диоптрийные стекла (1,0...2,5). Светофильтры с изменяющейся оптической плотностью позволяют не поднимая щитка вести сборочные, настроечные и сварочные работы. Без дуги светофильтр прозрачен, а при ее зажигании за время менее 0,01 с оптическая плотность его автоматически возрастает до номинальной. Действие таких устройств основано на свойствах жидких кристаллов менять свою оптическую плотность под действием внешних воздействий (электрических, магнитных, механических). Электрическое питание таких светофильтров автономное, от батареек, срок их службы может быть увеличен за счет солнечных батарей. Светофильтры с двумя зонами оптической плотности могут выполняться либо в виде одного стекла, верхняя часть которого более светлая, чем нижняя, либо из двух стекол с разной оптической плотностью. Более светлое стекло узкой полосой располагается над темным, рабочим стеклом; оно предназначено для контроля настроечных движений электрода, манипуляций с деталью. На боковых поверхностях маски сварщика иногда делают окна с затемненными стеклами, которые более чем вдвое увеличивают поле зрения. Сварщик может видеть потенциально опасные объекты. Для работы в особо вредных условиях маска сварщика может комплектоваться системой принудительной подачи очищенного воздуха. Она состоит из микровентилятора, фильтрующего элемента, аккумуляторного блока, соединительных шлангов. Система крепится на поясе сварщика со стороны спины. Воздух захватывается в чистой области и подается сварщику для дыхания под щиток. Спецодежду для сварщика изготавливают из плотного брезента или сукна. Спецодежда не должна иметь открытых карманов. Обувь должна иметь глухой верх. Рукавицы сварщика необходимо изготовлять из кожи, плотного брезента или асбестовой ткани. При работе в закрытых сосудах сварщик должен пользоваться диэлектрическими калошами и резиновым ковриком, испытанными на электрический пробой.


 

Неисправности сварочного преобразователя постоянного тока. 1. Электродвигатель при пуске не вращается и гудит или вращается очень медленно. Причины. 1) перегорел плавкий предохранитель одной из фаз питания; 2) плохой контакт в щетках; 3) разрыв в обмотках статора или ротора двигателя; 4) разрыв в пусковом сопротивлении. Устранение: 1) заменить перегоревший предохранитель; 2) пригнать щетки или пришлифовать стеклянной бумагой. Проверить нажатие пружин и состояние переходного контакта; 3) и 4) двигатель подлежит отправке в ремонтную мастерскую.

2. Электродвигатель вращается в обратную сторону. Причина: неправильно подключены фазы питания. Устранение: переключить любые две фазы питания электродвигателя.

3. Искрение щеток на коллекторе генератора. Причины: 1) загрязнение коллектора, слабое усилие нажатия пружин, плохая пришлифовка щеток к коллектору, выкрашивание щеток, расположение щеток не по нейтрали; 2) коллектор неровный или имеет выступающие слюдяные прокладки, перекос щеточной траверсы. Устранение: 1) зачистить коллектор, заменить или отрегулировать пружины, пришлифовать щетки к коллектору, заменить негодные щетки; 2) отправить коллектор в ремонтную мастерскую на проточку и правку щеточной траверсы. Постоянного тока. Генератор не дает напряжения. Причины: 1) нарушен контакт, обрыв в цепи обмотки возбуждения; 2) загрязненный коллектор и щетки не контактируют; генератор размагнитился. Устранение: 1) индуктором или лампой найти обрыв и устранить. Исправить контакт в цепи шунтовой обмотки возбуждения; 2) прочистить коллектор; 3) намагнитить генератор, для чего важно предварительно определить правильное направление намагничивающего тока и затем обмотку возбуждения присоединить к сварочному генератору постоянного тока. Ге Якорь генератора нагревается. Причины: 1) сварочный ток больше допустимого; 2) короткое замыкание между витками обмотки якоря, короткое замыкание между пластинками коллектора. Устранение: 1) прекратить работу, дать остыть якорю и затем работать на допустимых токах; 2) отправить генератор в ремонтную мастерскую. Як Перегрев обмотки возбуждения. Причины: 1) большой ток возбуждения; 2) короткое замыкание между витками обмотки. Устранение: 1) заменить регулирующий реостат или добавить сопротивление к реостату; 2) передать генератор в ремонтную мастерскую. Пе 8. Сильно нагреваются подшипники скольжения. Причины: 1) загрязнение масла, недостаточность смазки; 2) смазочное кольцо не вращается. Устранение: 1) сменить масло, добавить до необходимого уровня; 2) заменить или выправить кольцо. Шум и скрежет в подшипниках качения. Особенно при запуске и остановке. Причина: выкрашивание подшипника. Устранение: заменить подшипник; при необходимости отправить в мастерскую для проверки вала якоря.

Неисправность аппарата переменного тока.

1. Сильный нагрев обмоток трансформатора. Причины: 1) неправильное включение первичной обмотки; 2) большой сварочный ток; 3) замыкание между витками обмотки. Устранение: 1) проверить и исправить включение в сеть; 2) уменьшить сварочный ток до нормы; 3) сдать трансформатор на перемотку обмоток;

2. Нагрев зажимов трансформатора. Причины: 1) слабая затяжка контактных болтов; 2) мало сечение провода в месте контакта. Устранение: 1) затянуть контактные болты; 2) заменить провод на большее сечение. На Сильное гудение трансформатора. Причины: 1) ослабление болтов, стягивающих сердечник; 2) ослабление винтов, крепящих кожух. Устранение: устрtext/javascriptанить все нарушения механическиtext/javascriptх креплений.? Си Сильное гудение дросселя. Причины: 1) ослаблени е натяжения пружин; 2) ослабление винтового привода. Устранение: 1) усилить натяжение пружин; 2) укрепить винтовой привод. Си Дроссель не регулирует сварочный ток. Причина: замыкание в обмотке дросселя. Устранение: сдать дроссель в ремонтную мастерскую. Наиболее опасным является повреждение изоляции обмотки трансформатора, которое может привести к контакту между обмоткой и корпусом или между обмотками и, как следствие,- к поражению сварщика электрическим током. Поэтому исправность обмоток и ее изоляции необходимо систематически проверять. Неисправности сварочных выпрямителей. 1. Выпрямительная установка не дает напряжения. Причины: 1) не работает вентилятор или воздух засасывается не со стороны жалюзи; 2) неисправно реле вентилятора; 3) вышел из строя один из вентилей выпрямительного блока. Устранение: 1) проверить работу вентилятора; переключением проводов сети, питающей вентилятор, установить правильное направление воздуха; 2) проверить работу реле, при необходимости заменить реле; 3) проверить все вентили с помощью тестера; заменить неисправный вентиль.

2. Электродвигатель вентилятора не работает, гудит. Причины: 1) 2) сгорел один из предохранителей сети питания; 2) обрыв в цепи сети питания электродвигателя. Устранение: 1) заменить предохранитель; проверить целостность проводки цепи питания и устранить обрыв. Принадлежности и инструмент сварщика. 1. Электрододержатель служит для зажима электрода и подвода к нему сварочного тока. Он должен прочно удерживать электрод, обеспечивать удобное и прочное закрепление сварочного кабеля, а также быстрое удаление огарков и закладку нового электрода. Изготовляют электрододержатели по ГОСТ 14651 -69 трех типов: для тока 125 А и провода сечением 25 мм2, для тока 315 А и провода сечением 50 мм2 и для тока 500 А и провода сечением 70 мм2. Они должны выдерживать 8000 зажимов электродов, затрачивая на каждую замену электрода не более 4 с. Электрододержатели для тока 500 А должны иметь щиток для защиты руки сварщика от воздействия электрической дуги. Применяют электрододержатели с различными способами закрепления электродов. На рис. 37 показано несколько видов электрододержателей.

2. Щитки (рис. 38, а), маски (рис. 38, б) или шлемы (рис. 38, в), служат для защиты глаз и лица сварщика от воздействия излучений сварочной дуги и брызг металла. В них имеется смотровое отверстие, в которое вставляют специальное стекло - светофильтр, задерживающий инфракрасные и ультрафиолетовые лучи и снижающие яркость световых лучей дуги. Снаружи светофильтр защищен от брызг металла простым прозрачным стеклом.

6. Металлические щетки (ручные и с электроприводом) для зачистки (разделки) швов и очистки сваренных швов от шлака. Молоток, зубило, крепежный инструмент. Набор шаблонов для промера размеров швов. Стальные клейма для клеймения сваренных швов. Индивидуальные защитные средства сварщика. Для защиты тела от ожогов сварщик пользуется брезентовым костюмом, брезентовыми рукавицами и кожаной или валяной обувью. Брюки должны быть гладкими без отворотов с напуском поверх ботинок или валенок. Рукавицы должны одеваться с напуском на рукава и завязываться тесьмой. Прямая одежда и отсутствие открытых частей тела исключают возможность попадания брызг металла на тело и в складки одежды. При сварке внутри резервуаров, баков, цистерн необходимо пользоваться резиновыми сапогами и резиновым шлемом. При сварке металлических конструкций, если сварщик работает лежа, сидя или стоя на элементах свариваемой конструкции, кроме резиновых сапог (или галош) и шлема, необходимы резиновые коврики, а также наколенники, подлокотники, подшитые войлоком. Кроме спецодежды к средствам индивидуальной защиты сварщика относятся: пояс предохранительный с лямками (при работе на высоте), перчатки резиновые диэлектрические, галоши резиновые диэлектрические, коврики резиновые диэлектрические.

Сварочные инверторы

Подробности


Сварочный инвертор

Сварочный инвертор — это один из основных видов источника питания сварочной дуги. Основной принцип всех сварочных инверторов — обеспечивать стабильное горение сварочной дуги и ее быстрый поджиг. Одним из самых нужных параметров сварочного процесса является его устойчивость к колебаниям и помехам. Существует несколько видов источников питания сварочной дуги — трансформаторы, выпрямители и инверторы. Инверторный сварочный аппарат появился в 20 веке и стал одним из самых популярных аппаратов. В данном разделе приведены основные рекомендации по технике и технологии сварки стыков труб, с помощью сварочных инверторов.

Сварочный инверторСварочный инвертор являет собой блок из нескольких силовых электрических схем, в основу которых заложены транзисторы. Принцип действия инверторного источника сварочной дуги следующий: сетевое напряжение переменного тока подается на выпрямитель, после которого силовой модуль преобразует постоянный ток в переменный с повышенной частотой. После этого переменный ток подается на высокочастотный сварочный трансформатор, имеющий существенно меньшую массу, чем сетевой, напряжение которого после выпрямления подается на сварочную дугу. Сварные стыки труб выполняют ручной электродуговой (покрытыми электродами), аргонодуговой (вольфрамовым электродом) либо комбинированной сваркой. При  комбинированном способе аргонодуговой сваркой выполняют один-два корневых слоя шва, остальные слои выполняют электродуговой сваркой. Зажигание дуги при сварке покрытыми электродами следует производить в разделке или на ранее наплавленном металле. Во втором случае дугу зажигают на некотором  расстоянии (10-15 мм) от нового шва, после чего электрод быстро возвращают назад и подводят к участку, от которого продолжают сварку. Такой прием  способствует уменьшению пор в шве. Кратеры независимо от способа сварки должны тщательно заделываться; в плохо наплавленном кратере возможно образование трещин и усадочных рыхлот. Металл в  кратере может иметь газовые поры и неметаллические включения. При заварке кратера торцу электрода необходимо сообщать круговые, колебательные или другие  движения, способствующие выделению газов и шлаков из шва. При аргонодуговой сварке сварочным инвертором  заварку кратера рекомендуется производить при некотором увеличении  скорости сварки и уменьшении тока. Сварка стыков труб может выполняться в несколько слоев. Количество слоев зависит от толщины стенки свариваемых труб. Сварку вертикальных стыков выполняют в направлении снизу вверх. При сварке неповоротного стыка сварку начинают в потолочном положении стыка, отступив на 10— 30 мм от нижней точки.

Сварочный инвертор

Сварка горизонтальных стыков производится в несколько слоев валиками небольшого сечения. Замки швов в соседних слоях должны быть смещены  относительно друг друга на 15-20 мм. После окончания каждого прохода шов зачищают от шлака и брызг зубилом и металлической щеткой. Дефекты, выявленные на поверхности шва (трещины, поры и т.п.),  удаляют механическим способом до здорового металла и заваривают сварочным инвертором. При изготовлении узлов трубопроводов на монтажном участке целесообразно в процессе сварки вертикальных стыков производить вращение труб. Стык при сварке  поворачивают на 360, 180 и 90°. Наиболее часто при сварке поворачивают трубы на 180°; порядок сварки при этом показан на рис. 16. Сначала накладывают первый  слой на участках АБ и ВБ, затем трубы поворачивают на 180° и производят сварку на участках ВГ и ЛГ первого и второго слоя, затем трубы опять поворачивают на  180° и накладывают второй слой на участках АБ и ВБ. Сварку стыков труб в монтажных условиях производят в неповоротном положении сварочного инвертора. Сварку стыков труб большого диаметра выполняют обратноступенчатым способом участками по 150—250 мм. Порядок сварки вертикального стыка, которую выполняют  одновременно два сварщика, показан на рисунке. При электродуговой сварке покрытыми электродами сварку рекомендуется производить на короткой дуге. Сварные стыковые швы должны иметь усиление и плавный переход от шва к трубе. Размеры усиления (высота и ширина) регламентируются нормативными документами.

Сварочный инверторНормативной документацией предусматриваются следующие требования при сварке труб в зимних условиях. В условиях монтажа АЭС разрешается производить сварку при температуре окружающего воздуха не ниже —150 С. В этом случае концы труб из сталей перлитного  класса, свариваемые при положительных температурах с подогревом, следует нагревать выше нормативной на 50 °С. Изготовление трубопроводов с применением сварки  при температуре окружающего воздуха ниже 0 °С не допускается. В условиях монтажа ТЭС разрешается производить сварку стыков труб из низкоуглеродистых сталей (Ст2, СтЗ, 10, 20) независимо от толщины их стенки при  температуре окружающего воздуха не ниже —20 °С. Не ниже такой же температуры разрешается сварка труб из сталей 15ГС, 16ГС, 17ГС, но толщина стенки труб при  этом ограничивается 10 мм. Сварка труб из низколегированных жаропрочных сталей 12Х1МФ и др. при отрицательных температурах разрешается только в специальных  11 отапливаемых кабинах (палатках) с температурой окружающего воздуха не ниже 0 °С, подогрев стыков производится на 50 °С выше, чем предусматривается  нормативами для этих сталей. Сварку стыков труб при отрицательных температурах необходимо выполнять без перерыва, в том числе и термообработку, если таковая требуется. Токовые режимы  сварки повышаются на 10—20% по сравнению с нормативными. Должно быть также обеспечено замедленное охлаждение стыка после сварки (или термообработки) путем  укрытия его теплоизоляционным материалом (асбестовым полотном и др.).

шается сварка труб из сталей 15ГС, 16ГС, 17ГС, но толщина стенки труб при  этом ограничивается 10 мм. Сварка труб из низколегированных жаропрочных сталей 12Х1МФ и др. при отрицательных температурах разрешается только в специальных  11 отапливаемых кабинах (палатках) с температурой окружающего воздуха не ниже 0 °С, подогрев стыков производится на 50 °С выше, чем предусматривается  нормативами для этих сталей. Сварку стыков труб при отрицательных температурах необходимо выполнять без перерыва, в том числе и термообработку, если таковая требуется. Токовые режимы  сварки повышаются на 10—20% по сравнению с нормативными. Должно быть также обеспечено замедленное охлаждение стыка после сварки (или термообработки) путем  укрытия его теплоизоляционным материалом (асбестовым полотном и др.).

Сварка чугуна

Подробности

СПОСОБЫ СВАРКИ ЧУГУНА

 

Чугуны представляют собой железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода более 1,7%. Углерод в чугуне может находиться или в связанном состоянии в виде карбидов железа, или в свободном состоянии в виде графита. В зависимости от этого чугуны подразделяются на белые и серые. В белых чугунах углерод находится только в связанном состоянии, в се­рых главным образом в свободном. К особой группе серых чугунов относятся ковкие чугуны, получающиеся из белых путем длительного отжига (томления). Кроме железа и углерода, в чугунах содержатся кремний, марганец, сера и в чугунах легиро­ванных чугунах также могут содержаться, ванадий и другие элементы. Белые чугуны получают скорости охлаждения отливок. Они отличаются большой твердостью и хрупкостью, вследствие чего редко применяются в изготовления производ­ственных изделий и идут главным образом для передела в сталь. Серые чугуны обычно содержат повышенное количество крем­ния, способствующего графитизации углерода, и получаются путем медленного охлаждения отливок. Они более мягкие и ме­нее хрупкие. Из серого чугуна отливаются различные детали машин. Сварка чугуна применяется, главным образом, при ремонте различных чугунных изделий и при исправлении дефектов, полу­ченных в процессе литья (заварка трещин, образовавшихся или во время литья изделия, или в результате эксплуатации изде­лия; заварка раковин и пор в отливках; наплавка изношенных поверхностей чугунных деталей). Сварка чугуна значительно сложнее сварки сталей. Для по­лучения при сварке чугуна качественного сварного соединения, равноценного по механическим свойствам основному металлу, необходима более сложная технология, чем при сварке многих легированных сталей. Трудности сварки чугуна обусловлены следующими причинами: 1) низкими пластическими свойствами чугуна, из-за чего при усадке шва возникают высокие остаточные напряжения и даже трещины; ни образованием закалочных и отбеленных пластическими свойствами чугуна, из-за чего при усадке шва возникают высокие остаточные напряжения и даже трещины; образованием закалочных и отбеленных структур при быстром охлаждении; ни наличием графита, легко вступающего в соединения с кис­лородом, попадающим в металл шва из воздуха. Образующийся при этом газ - окись углерода - вызывает значительную по­ристость шва. Выбор способа сварки чугуна зависит от условий производ­ства, характера деталей и исправляемых дефектов, а также тре­бований, предъявляемых к качеству сварного соединения. В практике применяют несколько способов, которые можно раз­делить на две группы: холодную и горячую сварку чугуна и со стабилизирующими. Холодная сварка чугуна производится следующими электро­дами: а) чугунными со специальными толстыми покрытиями; б) стальными низкоуглеродистыми со стабилизирующими покрытиями; электродами из никелемедного оплата; медными электродами. Сварка чугунными электрода ме­талл имеет отбеленную структуру и содержит много мелких тре­щин. Шов и прилегающий к шву участок практически не подда­ются механической обработке обычным режущим инструментом. Некоторые предприятия разработали специальные покрытия для чугунных электродов. Пр использовании таких покрытий и определенной технологии сварки сварной шов и переходная зона имеют структуру серого чугуна, без газовых и шлаковых включений. Технология сварки и состав покрытий должны способствовать уменьшению скорости охлаждения шва. Кроме того, с покрытиями должны вводиться в шов элементы, способствую­щие графитизации углерода, т. е. получению структуры серого чугуна. В некоторых случаях электродные стержни изготовляют из аустенитного никелевого чугуна, содержащего 20-30% никеля, или из медно никелевого чугуна. Применение стержней из аусте­нитного чугуна способствует получению мягких швов с аустенитной структурой, легко поддающихся обработке. Высокое содержание хорошего графитизатора - никеля пре­пятствует отбеливанию чугуна в участках шва, прилегающих к переходной зоне. Технология сварки должна обеспечивать малую скорость охлаждения шва. Для этого сварку ведут при непрерывным наложением валиков большого сечения. Длинные разделки дефектов разбивают на участки 30-50 мм и заварива­ют последовательно каждый участок. Охлаждают небольшие де тали в золе, шлаке или песке. У больших деталей швы закрывают асбестовыми листами. При сварке чугунными электродами весьма желателен по­догрев детали или места сварки до 300-400°С. Такой подогрев способствует уменьшению скорости охлаждения и получению мягких швов. Сварка стальными низкоуглеродистыми электродами В практике очень часто при холодной сварке чугуна применяют электроды из стальных низкоуглеродистых стержней марки Св-0,8, Св-0,8А (ГОСТ 2246-60) с меловым покрытием. Вслед­ствие чрезвычайной простоты этот способ имеет широкое при­менение Однако этот способ не обеспечивает достаточно ка­чественного соединения. Наплавленный металл обогащается углеродом из расплавленных участков кромок чугуна. Содержа­ние углерода в различных точках шва оказывается неодинако­вым: его тем меньше, чем дальше рассматриваемая точка отсто­ит от линии расплавления. Вследствие высокого содержания углерода в нижних слоях наплавленного металла образуется структура отбеленного чугуна, в верхних слоях происходит час­тичная или полная закалка. Отбеливание и закалка обусловли­вают большую твердость, низкую пластичность и плохую обра­батываемость шва. Наиболее слабым местом при этом является переходная зона. Для получения менее твердых швов сварку необходимо вести с возможно меньшим проплавлением кромок (тонкими электро­дами при малой силе тока). Заварку дефектов рекомендуется вести в несколько слоев при небольшом сечении каждого слоя. Для увеличения прочности соединения рекомендуется свариваемые кромки перекрывать металлом шва (фиг. 100). Часто при ремонте толстостенных изделий холодную сварку чугуна сталь­ными электродами производят с постановкой завертышей. Для этого в свариваемых кромках сверлят отверстия, нарез ют резьбу и ввертывают завертыши из малоуглеродистой стали. Диаметр завертышей берется в зависимости от толщины стенки. Если толщину стенки обозначить через диаметр берут равным 0,3-0,4 8. Количество завертышей принимается таким, чтобы их проч­ность составляла примерно 50% от прочности стенки сваривае­мой детали. Завертыши раз­мещают в шахматном поряд­ке. Рекомендуемая глубина завертывания равна 1,0-1,5 d, высота выступающей части 0,5-1,0 d. При сварке сначала обва­ривают завертыши, а затем заплавляют разделку обыч­ным способом. Наряду с меловыми элект­родами для сварки чугуна при увеличение сечения шва при сварке чугуна стальными элек­тродами применяются также стальные толсто покрытые электроды. Несколько лучшие результаты получаются при применении электродов типа УОНИ-13/45. Однако и в этом случае швы обладают повышен­ной твердостью и пониженной пластичностью. П. С. Елистратов разработал специальные стальные электро­ды марки СЧС для сварки чугуна. Покрытие из 50% мрамора, 50% гематита и жидкого стекла наносится на стержни из прово­локи Св-08 или Св-08А. Вес покрытия составляет 40% от веса стержня. Благодаря окислительному действию гематит и иль­ному выгоранию углерода наплавленный металл получается в виде мягкой стали. При многослойной сварке электродами СЧС очистка от шлака второго и последующих слоев затруднена. Во избежание этого затруднения рекомендуется следующий прием: первый и второй слои непосредственно на чугун следует накладывать с помощью электродов СЧС, последующие же слои с по­мощью электродов СЧС с малым весом покрытия (10-15%), электродов УОНИ-13/45 или даже меловых электродов. В последние годы все более широкое применение получают электроды из стальных малоуглеродистых стержней с покрыти­ем, обеспечивающим получение швов с составом и структурой, соответствующими серому чугуну. Основными компонентами та­ких покрытий являются графит и ферросилиций. Например, покрытие электродов СЧЧ содержит графита 60% и ферросили­ция 40%. Вес покрытия составляет 30-35% от веса стержня. При сварке рекомендуется подогрев до 200-300°С. Сварка электродами из никелемедного сплава На некоторых заводах применяются электроды из никелемедного сплава, содержащего примерно 30% меди и 65% никеля. При использовании таких электродов швы получаются с неболь­шой твердостью, легко обрабатывающиеся, а большое содержа­ние никеля предупреждает отбеливание в переходном участке. Во избежание пористости применяют покрытия, никелем типа МНЧ-1, состав которого (в %):

Сварка ведется на постоянном токе прямой полярности. Прочность соединений при сварке электродами из никелемедного сплава невысокая. В переходном участке из-за большой усадки никелемедного сплава часто образуются микроскопи­ческие трещины. Основное преимущество сварки такими электро­дами хорошая обрабатываемость швов. Поэтому этот способ применяют при заварке небольших раковин, меха­нической обработке отливок. Для уменьшения вероятности образования трещин сварку (или наплавку) никелемедным сплавом ведут электродами не­большого диаметра 3-4 мм электро­дами и тонкими валиками. Сварка медными электродами. Широкое применение при холодной сварке чугуна имеют мед­ные электроды. Обычно такие электроды представляют медные стержни диаметром 3-6 мм, обернутые жестью толщиной 0,3 - 0,5 мм, с покрытием. В некоторых случаях применяют медные трубки с железным сердечником, наплавленные такими электродами (при правильном ведении сварки), легко обраба­тываются/Участок отбеленной структуры имеет небольшие раз­меры и поэтому не затрудняет обработку. Прочность соединения несколько большая, чем при сварке стальными электродами. Однако швы могут получаться пористыми, особенно возле линии сплавления с чугуном. Для уменьшения пористости рекомендуется применение флю­сов или специальных покрытий. Простейшим флюсом может быть пережженная бура, а простейшим покрытием - с добавкой буры. Инженер Поляков В. М. (УЗТМ) предложил пользоваться медными электродами без обертки из жести, но с покрыт ем сле­дующего состава: Титановая руда . . 5 вес. частей Графит Ферросилиций. . . 50 » Алюминий в порошке 15 » 20 вес. частей Мрамор . . . . .15 » Плавиковый шпат 10 » Широко известны электроды Титановая руда . . 5 вес. частей 50Алюминий в порошке 15 »220 вес. частей Мрамор . . . . .15 » Плавиковый шпат 10 » Широко известны электроды Московского опытного свароч­ного завода типа ЗЧ-1 с составом покрытия (в %): 10-12/100 в. ч. Сварка такими электродами выполняется на постоянном шпат . .7,5.

6 Жидкое стекло . . . . 10-12/100ия способствуют мелкокапель­ному переносу электродного металла и этим самым стабилизи­руют процесс сварки, защищают расплавленный металл от окис­ления, обеспечивают раскисление и легирование металла шва, способствуют улучшению устойчивости горения дуги.

В результате при удачном подборе покрытий и правильном выполнении процесса сварки сварные швы получаются совер­шенно плотные, достаточно прочные, легко обрабатываемые обычным режущим инструментом. Сварку медными электродами следует вести при умеренной силе тока тонкими валиками. Медные электроды выбираются небольшого диаметра (3-4 мм). Выбор рода тока зависит от со­става покрытия. Однако в большинстве случаев лучшие резуль­таты получаются при применении постоянного тока обратной полярности. А. Г. Назаров разработал способ холодной сварки чугуна комбинированным пучком электродов, состоящим из стальных толсто покрытых электродов и медных стержней, связанных вмес­те. Лучшие результаты получаются при применении стальных электродов с покрытиями УОНИ-13/45, УОНИ-13/55 или К-5. Рекомендуются пучки, состоящие из одного стального электрода диаметром 3-4 мм и двух медных стержней такого же диаметра. Весьма желательно в пучок добавлять латунный пруток диамет­ром 1,5-3 мм или полоску сечения от 4 до 9 мм2. А. Г. Назаров рекомендует при сварке вести пучок с накло­ном к детали под углом 35-45° (в направлении сварки). Конец электрода должен совершать поперечные дугообразные колеба­ния. При холодной сварке чугуна любыми электродами важное значение имеет подготовка под сварку: правильная разделка кромок, зачистка кромок от различных загрязнений, от формо­вочного песка на поверхности и т. д.

ГОРЯЧАЯ СВАРКА ЧУГУНА

Горячая сварка чугуна - сложный, но весьма эффективный способ, обеспечивающий получение высококачественных соеди­нений, по прочности равных основному металлу. Работы по свар­ке делятся на следующие операции: 1) механическая обработка места сварки; 2) формовка места сварки; 3) нагрев дет ли; 4) сварка; 5) охлаждение детали после сварки. Механическая обработка состоит в разделке порока - рако­вины или трещины. Характер разделки определяется видом по­рока и детали. При этом необходимо учитывать, что горячая сварка возможна только в нижнем положении. В большинстве случаев применяют V-образную разделку с параллельными кромками в верхней части и плавными закруг­лениями углов. Разделки преимущественно делаются односто­ронние. Формовка производится для предупреждения вытекания жид­кого металла из разделки. При этом разделка обкладывается графитовыми пластинами, закрепляемыми формовочной массой. При формовке большие разделки делятся на участки с площадью до 50 см2 для возможности заварки отдельными участками.

Нагрев места сварки производится до 600-700°С в специ­альных временных горнах или в специальных нагревательных печах. Важно обеспечить равномерный нагрев места сварки. Сварку можно производить и по способу Славянова, и по способу Бенардоса. В обоих случаях заварку порока производят Гор чая сварка чугуна отдельными участками с таким расчетом, чтобы на всей площа­ди завариваемого участка металл был в жидком состоянии. В качестве электродных стержней и присадочных прутков применяются чугунные прутки марки А и Б по ГОСТ 2671-44 диаметром 5-12 мм (табл. 69). При сварке по способу Славянова рекомендуется применять толстые покрытия. Такое покрытие, разработанное сварочным комбинатом.

При сварке непокрытыми электродами или при сварке по способу Бенардоса рекомендуется применять флюсы.

В качестве флюса может применяться и чистая бура. Покрытия и флюсы способствуют получению плотных швов без пор и шлаковых включений. После сварки деталь закрыва­ется асбестом. Охлаждаться детали должны медленно, в течение нескольких часов.


 

Чугун находит широкое применение в промышленности в качестве конструкционного материала, так как имеет невысокую стоимость, хорошие литейные свойства, износостойкость, стойкость при знакопеременных нагрузках и повышенных температурах. Чугун содержит свыше 2 % углерода, до 5 % кремния и некоторое количество марганца. Используются легированные чугуны с добавками хрома, никеля, молибдена. В зависимости от состава, условий кристаллизации и скорости охлаждения углерод в чугуне может находиться в химически связанном или свободном состоянии в виде графита. В первом случае чугун называется белым, так как на изломе он более светлый. Такой чугун имеет высокую твердость, износостойкость, чрезвычайно трудно обрабатывается, имеет ограниченное использование в конструкциях. Во втором случае чугун называется серым, он на изломе имеет серый цвет. Этот чугун имеет удовлетворительную прочность, достаточную твердость, хорошо обрабатывается на механическом оборудовании. Серый чугун более распространен в промышленности в качестве конструкционного материала. Высокопрочный чугун по химическому составу аналогичен серому чугуну, но за счет легирования его малыми добавками щелочных, щелочно-земельных и редкоземельных металлов и 0,03...0,07 % магния графит в чугуне приобретает шаровидную форму, что меньше ослабляет металлическую основу чугуна, такой графит не являетсяконцентратором напряжений и поэтому высокопрочный чугун, сохраняя достоинства серого чугуна, имеет высокие механические свойства, аналогичные свойствам углеродистых сталей. Ковкий чугун получают путем длительного отжига отливок из белого чугуна. Графит в этом чугуне имеет хлопьевидную форму. Такой графит также не является концентратором напряжений и придает чугуну повышенную пластичность. Серый чугун маркируется буквами "СЧ", цифры после букв - предел прочности при растяжении и испытании на изгиб. Высокопрочный чугун маркируется буквами "ВЧ" и цифрами, указывающими его прочностные свойства. Ковкий чугун маркируется буквами "КЧ", первые две цифры после букв обозначают предел прочности при растяжении, следующие - относительное удлинение. Сварку чугуна применяют главным образом для устранения дефектов в чугунных отливках, при ремонте вышедшего из строя оборудования и реже - для изготовления сварно-литых конструкций. Все чугуны имеют плохую свариваемость. Наиболее широко применяются хорошо разработанные процессы сварки деталей из серых чугунов. Чугун имеет повышенную склонность к образованию трещин, что обусловлено его низкой прочностью и пластичностью, а также образованием хрупких структур при сварке (отбеливание серого чугуна). Трещины возникают из-за неравномерного нагрева и охлаждения при сварке, литейной усадки металла шва, жесткости свариваемых изделий. Для устранения трещин, хрупких и твердых структур необходимо обеспечить такие химический состав металла шва и условия его охлаждения, при которых углерод наиболее полно перейдет в форму графита в шве. Необходим предварительный и сопутствующий подогрев изделия из чугуна и обеспечение медленного его охлаждения после сварки. Место на изделии, подлежащее подварке, подготавливают: дефект разделывают механическим способом или воздушно-дуговой резкой. При ручной дуговой сварке процесс ведется на повышенных режимах, поэтому место сварки с разделкой должно быть ограничено формирующим приспособлением. Как правило, это форма из огнеупорной смеси. Форма должна обеспечивать высоту наплавленного металла до 5 мм над поверхностью детали (рис. 74). Сварка ведется электродами с чугунными стержнями диаметром не менее 10 мм марки Б (ГОСТ 2671-70). В состав покрытия вводят компоненты, стабилизирующие дугу, шлакообразующие и легирующие углеродом и кремнием. Толщина покрытия не более 0,5 мм на сторону. Предварительный нагрев завариваемых деталей производят до температуры 400...700 °С (как правило, не выше 550 °С). Контролируют температуру либо по внешним признакам, либо с помощью термокарандашей. Нагревают чаще с помощью газовых горелок специальной формы для нагрева всего изделия без перемещения горелки. Сварку ведут на переменном или постоянном токе прямой полярности ванным способом, сварочный ток силой 900... 1300 А. Во время заполнения формы с поверхности ванны периодически удаляют лишний шлак. Для обеспечения высоких механических свойств наплавленного металла необходимо обеспечить медленное остывание места сварки. Если деталь небольших размеров, рекомендуется поместить ее в печь для отжига или засыпать асбестовой крошкой или песком слоем не менее 100... 150 мм. Для массивных деталей рекомендуется длительный подогрев места сварки с медленным уменьшением мощности подогревающего пламени. Возможна сварка чугунных деталей без предварительного нагрева (холодная сварка). Сварку ведут электродами из цветных металлов на медной основе. Медь не образует химических соединений с углеродом и нерастворима в железе, и шов получается неоднородным. Медно-железные электроды различной конструкции применяют чаще для заварки трещин, при сварке разбитых деталей с обеспечением хорошей прочности: 18...25 кгс/мм2 (180...250 МПа). Электроды со стержнем из никелевого сплава используют в тех случаях, когда необходимо обеспечить хорошую обрабатываемость сварного соединения. Однако такие швы весьма склонны к усадке. И поэтому сварку необходимо вести при минимальном токе и малом проплавлении металла, при небольшой длине валиков с обязательной проковкой. Ремонт мелких и крупных деталей можно производить сваркой стальными электродами в тех случаях, когда не требуется механическая обработка соединений и не оговаривается их прочность. Процесс ведут электродами для сварки низкоуглеродистых сталей типа УОНИ-13/46 на минимальном токе короткими швами с перерывами для охлаждения. Для получения более высокой прочности процесс необходимо вести с наложением отжигающих валиков на уже наплавленные слои. Сварку производят без демонтажа деталей с установкой в разделку стальных шпилек в шахматном порядке. Затем шпильки обваривают и заплавляют разделку стальными электродами. Сварку ведут с минимальной глубиной проплавления, участками 40...50 мм с перерывами для охлаждения. После заполнения разделки заваренный участок можно усилить приваркой стальных прутков в направлении действующих нагрузок. По поверхности наплавки укладывают слой "отжигающих" валиков.


 

 

Наплавка деталей ручной дуговой сваркой производится с целью придания поверхности детали особых свойств или восстановления изношенной поверхности, работавшей в сложных условиях. Традиционно подвергают наплавке детали, работающие в условиях ударных нагрузок, абразивного износа, в агрессивных средах. Наилучшим образом работают детали, имеющие достаточно пластичное основание и поверхность высокой твердости и износостойкости. К числу таких деталей относятся, например, элементы штамповой оснастки, иногда целиком вся поверхность штампа может предварительно наплавляться. Рабочие поверхности насосов для перекачки бетонопесчаных смесей должны иметь твердость выше HRC 40...50 на глубину до 6...8 мм на сторону. Получить такое изделие лучше всего наплавкой твердого слоя на внутреннюю поверхность трубы из низколегированной стали. Широкое распространение получила наплавка режущих инструментов для металлообработки, главным образом она используется при изготовлении многолезвийного инструмента (фрез, протяжек). Пластичное тело инструмента хорошо работает в условиях динамических нагрузок при резании. Наплавленный твердый слой на поверхности режущей кромки может быть либо из высокоуглеродистой, либо из быстрорежущей стали типа Р16, Р18. Широко распространена наплавка при восстановлении изношенных деталей сельскохозяйственных и дорожных машин, автомобилей. Несмотря на значительное разнообразие изделий и условий их эксплуатации можно выделить общие положения, касающиеся техники наплавки. Одно из наиболее важных условий - обеспечение заданного химического состава металла наплавленного валика. Он определяется коэффициентом доли участия основного металла в формировании шва. При наплавке валик формируется в основном из металла электрода, однако невозможно построить процесс так, чтобы не оплавлялся металл наплавляемой детали. Металл основы, как правило сильно отличающийся от металла электрода, растворяется в последнем, изменяя его свойства. Считается, если доля участия основного металла превышает 10 %, то электродный металл должен содержать соответственно большее количество упрочняющих компонентов. В случае наплавки, например, коррозионно-стойкого покрытия это недопустимо, рекомендуется вести наплавку в два прохода, первый переходный слой предназначен, чтобы сохранять химический состав второго слоя. Эта работа чрезвычайно трудоемка и связана со значительным перегревом изделия, а значит, возможным снижением его эксплуатационных свойств. Поэтому нужно стремиться уменьшить долю участия основного металла рациональным выбором параметров режима наплавки и типа электродов. Иногда очень эффективно использование колебания электрода в поперечном направлении относительно направления наплавки. При этом теплота сварочной дуги распределяется на гораздо большую площадь, резко уменьшается глуби на проплавления. Так удается снизить долю участия основного металла до 5... 8 %. При наплавке рекомендуется вести процесс так, чтобы при поперечных колебаниях дуги шлак на поверхности сварочной ванны не успевал кристаллизоваться до момента движения дуги в об ратную сторону. Это необходимо, чтобы избежать зашлаковок в наплавленном металле и междуслойных несплавлений. При наплавке высокоуглеродистых сталей, закаливающихся до высокой твердости, часто бывает необходим предварительный и сопутствующий подогрев до температуры 300...350 °С. После наплавки необходим высокий отпуск. Электроды для наплавки можно разделить по типу наплавляемого металла на три группы: для наплавки небольшой, средней и высокой твердости. К первой групп е относят низкоуглеродистые электроды; легирование наплавленного металла при их применении происходит за счет покрытия. Наплавку ведут с предварительным подогревом до температуры 300...350 °С. Рекомендуются эти электроды, например, для наплавки штампов. Ко второй групп е относят электроды, дающие среднеуглеродистый среднелегированный наплавленный слой с твердостью до HRC 50. Это, например, электроды типа Э-40ГС2Х10. Число наплавляемых слоев не более четырех. Желателен предварительный подогрев. Наплавку ведут на постоянном токе обратной полярности, наплавляются штампы для горячей и холодной штамповки. В третьей групп е электродов содержится несколько подгрупп. Одна из них - электроды со стержнями из сормайтов, железных сплавов с содержанием углерода до 3,5 %, хрома 10...31 %, никеля 4...5 % и кремния до 4,2 %, разработанные на Сормовском заводе. Твердость наплавки HRC 57...60. Наплавку ведут с предварительным подогревом до температуры 300...350 °С. При больших размерах наплавляемой детали и длительной наплавке необходим сопутствующий подогрев и отпуск при температуре 700...900 °С. Другой вид наплавочных материалов отличается высоким содержанием углерода (1,0... 1,4 %) и системой легирования хромом (до 10...15 %), вольфрамом (до 10 %), молибденом (до 10 %). Наплавку простых по конфигурации деталей допускается производить без подогрева. Когда деталь работает в условиях абразивного износа без ударных нагрузок, появление трещин в наплавляемом слое не считается дефектом. Типичный электрод этой группы Э-120Х8В11ГСФ. Твердость наплавленного слоя высокая: HRC 60...63. В этой же группе высокотвердых материалов можно выделить электроды типа Э-10К18В11М10ХЗСФ. Легирование кобальтом, вольфрамом и молибденом позволяет получать свойства наплавленного металла, близкие к свойствам быстрорезов типа Р18. Наплавку ведут не более чем в 1...3 слоя толщиной 2...6 мм с предварительным подогревом до температуры 400...700 °С.


 

Чугуны представляют собой железоуглеродистые сплавы, в которых содержание углерода превышает 1,7%. Чугуны, применяемые в промышленности и строительстве, имеют обычно следующие примеси: 2,0...4,0% углерода, 0,5..1,6% марганца, 0,5...4% кремния, 0,02... 0,2% серы и 0,02...0,2% фосфора. Специальные чугуны имеют также различные легирующие примеси: никель, хром, медь, титан, алюминий. Углерод в чугуне может находиться в виде карбида Fe3C (первичный и вторичный цементит). Такой чугун, называемый «белым чугуном», обладает повышенной твердостью и плохо поддается механической обработке. В сером чугуне углерод находится в свободном состоянии в виде прослоек графита и только частично может быть в виде вторичных карбидов (перлит). Кремний способствует графитизации чугуна и увеличению размеров графитовых включений. Марганец при содержании в чугуне до 0,7% слабо способствует графитизации, а при содержании свыше 1% препятствует распаду карбида железа. Сера является вредной примесью; она повышает густотекучесть чугуна, ухудшает литейные качества и дает соединение Fe3S, способствующее образованию трещин при сварке. Сера препятствует распаду карбида железа и выделению свободного углерода. Фосфор является слабым графитизатором; он улучшает литейные качества чугуна, повышая жидкотекучесть. Из легирующих примесей сильным графитизатором является алюминий. Выделению графита способствуют также никель, кобальт, медь, титан. Хром, ванадий и молибден, препятствуя распаду карбида железа, действуют как размельчители зерна. Б/strongmso-ascii-font-family: Calibri; mso-hansi-font-family: Calibri; mso-bidi-font-family: Calibri;/ class=trольшое применение получают модифицированные и высокопрочные чугуны, имеющие ферритную или перлитную основу или их сочетание. Эти чугуны обладают высокими механическими свойствами и применяются при изготовлении ответственных деталей, машин. Их высокие механические свойства обусловлены тем, что вместо вытянутых пластинок и прожилок графита, нарушающих целостность металлической основы (как в сером чугуне), графит в высокопрочном чугуне имеет глобулярную форму, обеспечивающую-наибольшую оплошность металлической основы. Основные трудности, возникающие при сварке чугунов, обусловлены их физико-механическими свойствами. Ускоренное охлаждение жидкого металла в зоне сварки, а также выгорание кремния из расплава шва способствуют местному «отбеливанию» металла шва и околошовной зоны, т. е. способствуют переходу графита в химическое соединение с железом - цементит. Такой металл, обладая высокой твердостью, трудно поддается механической обработке. Отсутствие периода пластического состояния и высокая хрупкость, вследствие неравномерного нагрева и охлаждения, а также неравномерной усадки металла, приводят к появлению больших внутренних напряжений и трещин как в самом сварном шве, так и в околошовной зоне. Низкая температура плавления, непосредственный переход чугуна из твердой фазы в жидкую, и наоборот, затрудняют выход газов из металла шва, и шов получается пористым. Высокая жидкотекучесть чугуна не позволяет производить сварку не только в вертикальном, но и наклонном положении шва. Горячая сварка чугуна Горячей сваркой чугуна принято называть сварку чугунных изделий с предварительным их нагревом. Предварительный нагрев уменьшает разность температур основного металла и металла в зоне соединения и тем самым снижает температурные напряжения при сварке. Вместе с этим снижается скорость охлаждения сплава после сварки, что способствует предупреждению отбела и получению шва хорошего качества. Подготовка к сварке состоит из вскрытия, вырубки и тщательной зачистки разделки шва или дефектного места до целой бездефектной поверхности металла. Вскрытие и очистку разделки шва (дефектного места) выполняют механическим путем - вырубкой или сверлением. Трещины разделывают по V- или U-образной форме. Разделка дефектного участка должна иметь плавные округленные формы. Для предупреждения вытекания металла и придания шву нужного очертания вокруг разделки выкладывают форму из плотно прилегающих к изделию и друг к другу графитовых или угольных пластин. Применяют также кварцевый песок, замешанный на жидком стекле (100 ... 150 г на 1 кг песка) и затем просушенный при температуре 40 ... 60° С. При сварке излома необходимо применять приспособления, фиксирующие относительное расположение свариваемых частей и обеспечивающие точность сварки. Подогрев деталей производят в печи, горне или специально приготовляемых ямах. В зависимости от назначения и конфигурации детали, характера дефекта и марки чугуна применяют общий или местный подогрев. При массовом производстве для общего подогрева деталей и последующего их охлаждения после сварки применяют методические печи конвейерного типа. Для подогрева отдельных крупных деталей применяют нагревательные колодцы или ямы, выложенные огнеупорным кирпичом. Если подогреву подвергается только часть детали, т. е. производится местный подогрев в зоне соединения (полугорячая сварка), то используют горны, газовые и сварочные горелки, индукционные нагреватели и др. Температура нагрева должна быть в пределах 400 ... 700° С. Подогрев должен производиться медленно и равномерно, чтобы не вызвать в детали больших внутренних напряжений и трещин. Сварку производят чугунными электродами марок А и Б (ГОСТ 2671-70), химический состав (%) которых следующий: вом из-за больших габаритов изделия, опасности коробления и возникновения больших внутренних напряжений. В практике применяют различные способы холодной сварки чугуна. Сварка чугунными электродами. Чугунные электроды без покрытия или с тонким покрытием не применяют, так как при сварке они плавятся раньше и быстрее, чем основной металл. Наплавляемый металл, стекая на слабо нагретую поверхность изделия, не сплавляется с основным металлом и, быстро остывая, дает твердый и хрупкий отбеленный чугун. Для уменьшения скорости охлаждения расплавленного металла применяют те же обмазки, что и при горячей сварке чугуна. Чугунные электродные стержни применяют согласно ГОСТ 2671-70. Никель, не вступая в реакцию с углеродом, хорошо сплавляется с железом и как графитизатор препятствует отбеливанию чугуна. Электродные стержни имеют покрытие, состоящее из 70% карборунда и 30% углекислого стронция или углекислого бария. Покрытие замешивается на жидком стекле (30 г на 100 г сухой смеси). Толщина покрытия составляет 0,6 ... 0,8 мм. Электроды из никелевых чугунов применяют при сварке и наплавке поверхностей, подлежащих последующей механической обработке. Качество шва невысокое ввиду склонности металла шва к образованию трещин. Сварку можно производить способом, предложенным Ростовским институтом инженеров железнодорожного транспорта, - сварка чугунными электродами с меловым покрытием по слою гранулированной графитизирующей шихты. Электродные стержни диаметром 7 ... ... 8 мм изготавливают из чугуна, содержащего 3 ... 3,2% углерода, 2,6 ... 3% кремния, 0,5 ... 0,8% марганца, не более 0,5% фосфора и 0,08% серы. Шихта содержит 30% чугунной стружки, 28% ферросилиция, 30% алюминия и 12% силикальция. Применяется 75%-ный ферросилиций, пассивированный прокалкой в электропечи при температуре 750 ... 800° С. Компоненты шихты, имеющей грануляцию 1 ... ... 3 мм, хорошо перемешивают на жидком стекле и брикетируют. Брикеты прокаливают в печи при температуре 250 ... 300° С и затем дробят до грануляции 0,5 ... 3 мм. При сварке флюс насыпают в разделку шва, а при наплавке поверхность детали покрывают слоем шихты толщиной 4 ...6 мм.? Возбуждение и обрыв дуги производят без вывода электрода из шихты, чтобы ие допустить отбеливания чугуна. Сварка стальными электродами. Большая разница в усадке чугуна и стали не позволяет получить побочное сцепление между наплавленным и основным металлом при сварке стальными электродами. Поэтому сварку чугунных изделий стальной электродной проволокой применяют в тех случаях, когда сварной шов не работает на растяжение или нагружен слабо. Для повышения стойкости и снижения твердости металла шва уменьшают долю основного металла в металле шва, что достигается уменьшением глубины проплавления. Для этого сварку выполняют при малых сварочных токах .электродами малого диаметра. Для того чтобы металл в зоне соединения имел структуру серого чугуна, применяют электродные стержни из низкоуглеродистой стали с толстым графитизирующим покрытием, состоящим из 33% ферросилиция, 37% графита, 7% мела и 23% натриевого жидкого стекла. Однако полная графитизация происходит лишь при большом объеме наплавленного металла и при заварке крупных деталей, когда достигается относительно малая скорость охлаждения металла шва. Для усиления связи металла шва с основным металлом, особенно у крупногабаритных деталей, работающих под нагрузкой, применяют сварку стальными электродами с постановкой шпилек (ввертышей). Завариваемый шов тщательно очищают от грязи и масла и разделывают в зависимости от толщины металла и назначения шва V- или X- образной разделкой. На обработанной поверхности ставят стальные шпильки диаметром от 6 до 12 мм в шахматном порядке на расстоянии друг от друга, равном 4...6 диаметрам шпильки. Иногда для усиления связи применяют стальные соединительные планки, ребра, косынки.

Сварка цветных металлов

Подробности

СПОСОБЫ СВАРКИ

 

Цветные металлы и их сплавы широко применяются в техни­ке для изготовления сварных конструкций и отдельных деталей машин и механизмов. Путем сварки ликвидируются дефекты от­ливок из цветных металлов и их сплавов, что также имеет боль­шое значение для производства. Сварка цветных металлов и их сплавов требует тщательной подготовки и правильного подбора электродов, присадочного металла, флюсов или покрытий, а также режимов сварки и по­следующей термической, термомеханической или механической обработки. При сварке необходимо учитывать высокую теплопроводность большинства цветных металлов и их сплавов, что может приве­сти к непроварам и появлению пор. Кроме того, при температу­ре плавления цветные металлы быстро окисляются. Это приво­дит к загрязнению наплавленного металла окислами, что может снизить прочность сварного соединения. Сварка цветных металлов производится металлическими электродами с применением флюсов, электродами со специаль­ными покрытиями, угольными (графитовыми), а также вольфра­мовыми электродами в среде защитных газов. Сваривают изделия из меди, латуни (сплава меди с цинком), бронзы. Сварку широко применяют также для изделий из алю­миния, силумина (сплава алюминия с кремнием), дюралюминия (сплава алюминия с медью, магнием и марганцем). В последние годы сварные изделия изготовляются из алюминиево-марганцовых и алюминиево-магниевых сплавов.

СВАРКА МЕДИ

Медь обладающая высокой теплопроводностью, электропро­водностью и химической стойкостью, применяется при изгото­влении кристаллизаторов для непрерывных процессов разливки металла, электрошлакового переплава и электроалюминиево-марганцоличного рода электрических устройств, узлов химических аппаратов, доменных фурм и других изделий. При ручных способах медь сваривают угольными или метал­лическими электродами с применением флюсов и покрытий, а также применяют сварку в среде защитных газов. Сварка угольным электродом. При сварке меди угольным электродом в качестве присадочного металла следует применять прутки с содержанием до 0,2% фосфора, до 1%' серебра, осталь­ное медь. В качестве флюса берется смесь состава (в % повесу). Обезвоженная бура Борная кислота. Поваренная соль70 10 20

В случае применения в качестве присадки проволоки из обыч­ной электролитической меди необходимо применять флюс следующего состава (в % по весу): Обезвоженная бура. Борная кислота. Фосфорнокислый натрий Наличие во флюсе фосфорнокислого натрия обеспечивает более полно удалении кислот из расплавленного металла. При сварке меди для обеспечения хорошего проплавления основного металла и следующего с присадочным применяют предварительный подогрев. Когда сваривают простые узлы не­больших размеров (приварка наконечников, сварка шин), подо­грев может быть выполнен непосредственно угольной дугой Изделия громоздкие следует предварительно подогревать до температуры 500° С в электрических печах с защитной атмосфе­рой. В качестве защитного газа может быть использован азот. Необходимость нагрева в защитной атмосфере вызывается тем, что медь интенсивно окисляется при нагреве выше 400° С. Обра­зующаяся при этом закись меди (СигО) растворяется в металле и медь становится хрупкой. 50 35 15 Сварка угольным электродом меди толщиной до 4 мм про­изводится без скоса кромок «левым» методом. При этом методе сварки электрод размещается между наплавленным и присадоч­ным металлом. Медь толщиной более 4 мм сваривают «правым» методом, со скосом кромок. Угол разделки в этом случае берет 704-90°. При «правом» методе сварки присадочный металл раз­мещают между наплавленным металлом и электродом. Сборка узлов и изделий из меди должна обеспечить в местах наложения швов минимальные зазоры, не превышающие 0,5 мм. Для предупреждения протекания металла и сквозных прожогов Заказ 323 Толщина металла в мм Присадочный металл Диаметр электрода в мм. диаметр в мм сечение в мм угольного графитового стержня.

Сварка производится в нижнем положении с соблюдением следующей последовательности: после предварительного подогрева поверхности в месте сварки осыпает флюсом на участок, прогревается электрической дугой до оплавления, затем производится подача металла.

В процессе заполнения шва концом присадочного металла в сва­рочную ванну дополнительно вносится флюс. При этом присадочный металл, расплавленный теплом дуги, должен хорошо сплавляться с основным металлом. При недостаточной температуре прогрева места сварки при­садочный металл свертывается в шарики, что приводит к непроварам. Заполнение шва следует производить по возможности за один проход. В случае многослойной сварки в наружных слоях шва возможно образование пор. После сварки наплавленный металл следует проковать и подвергнуть отжигу с нагревом до 500-550° С и охлаждением в воде. Проковка и отжиг с быстрым охлаждением повышают вязкость наплавленного металла. Сварка металлическим электродом. При сварке меди металлическим электродом подготовка, подогрев изделия и по­следующая обработка сварного соединения производятся так же, как и при сварке угольным электродом. Для сварки меди могут быть рекомендованы электроды марки ЗТ Балтийского завода [И], представляющие собой стержень из бронзы КМц-3-1 (3% кремния, 1%марганца, остальное медь) с покрытием следующее го состава (в % по весу):Металл, наплавленный электродами ЗТ, имеет несколько большую прочность, чем медь и хорошую пластичность. При не­обходимости получения наплавленного металла, близкого по со­ставу с основным, для сварки меди могут быть рекомендованы электроды завода «Комсомолец». При изготовлении этих электродов применяется проволока марок М1Ч-МЗ и покрытие состава (в % по весу): Плавиковый шпат Полевой шпат Ферромарганец Ферросилиций (75-процентный)

Толщина покрытия 0,4 . сварка меди электродами ЗТ и «Комсомолец» производится на постоянном токе обратной полярности, короткой дугой при перемещении электрода лишь по­ступательно (без колебаний). Сила тока должна быть достаточ­ной для обеспечения сваривания.

Цель питание постов следует осуществлять от генераторов ПС-500 или многопостовых генераторов. При этом для повышения качества рекомендуется применять в качестве флюса борный шлак. Борный шлак получают путем сплавления без доступа воздуха 5% магния и 95% прокаленной буры. Сварка в среде аргона и азота производится вольфрамовым или угольным электродом с помощью специального электродного держателя, обеспечивающего подачу в зону горения дуги защит­ного газа. Схема процесса сварки меди в среде защитных газов представлена.

СВАРКА ЛАТУНИ

Латунь сплав, содержащий меди 554-75%'и цинк. Специ­альные сорта латуни могут содержать небольшое количество кремния, олова и других элементов,При сварке латуни основное затруднение связано с выгора­нием цинка, который начинает кипеть и интенсивно испаряться при температуре выше 905° С. Пары цинка быстро окисляются на воздухе и выпадают в виде белого налета на окружающие предметы. Окислы цинка ядовиты, что вызывает необходимость применять специальные меры по технике безопас­ности, рассматриваемые в гл. XIII. Сварка латуни может быть выполнена всеми способами, применяемы­ми для сварки меди. Сварку латуни уголь­ным электродом следует производить с применением прессованных или литых прутков из латуни типа ЛК, содержащих, кроме меди и цинка, кремний. Содержание меди в присадочных прутках должно быть примерно таким же, как и в основном металле. Содержание кремния должно составлять до 3%. При сварке латуни необходимо применять флюсы. В каче­стве флюса используется смесь состава (в % по весу): хлористый калий.

На первый слой после просушки его и прокала наносится второй, толщиной 9-1 1 мм, из сборного шлака и жидкого стекла.-2 производят электродами ОБ-5. Литые стержни этих электродов имеют следующий состав (в % по весу).

На 107 г сухой смеси берется 354-40 г, а плотно­стью 1,3. Смесь тщательно перемешивается с добавлением воды и наносится на стержень. После сушки, которая производится при температуре 20-25° С до полного затвердевания покрытия, электроды прокаливаются в течение 1 часа при температуре 200-250° С. Дефекты на деталях из латуни марки ЛМцС-58-2-2, после их тщательной подготовки, завариваются без подогрева детали. Сварка производится в нижнем или полувертикальном поло­жении на постоянном токе обратной полярности, при силе тока 2004-225 а для электрода диаметром 6 мм.

СВАРКА БРОНЗЫ

Бронза - сплав меди с оловом, алюминием, кремнием, мар­ганцем и цинком. В зависимости от содержания этих добавок бронзы подразделяются на оловянные бронзы, содержащие 8- 10% олова, 2-4% цинка, остальное медь, и специальные бронзы, к которым относятся алюминиевые, железомарганцевые, марган­цовые, кремнистые и др. Сварка бронз может производиться как угольными, так и ме­таллическими электродами. Бронзовые детали перед сваркой рекомендуется подогревать до 200-550° С. При этом более вы­сокая температура подогрева берется для деталей сложной кон­фигурации. Для простых деталей в виде втулок температура предварительного подогрева может быть взята меньшей. Сварка бронз производится при исправлении дефектов отливок, ремон­те поломанных и изношенных деталей, а также при соединении частей изделий сложной формы. Такие изделия называют сварнолитыми. Сварка бронз производится в нижнем или полувертикальном положении. При сварке стыковых швов и заварке сквозных де­фектов следует применять подкладки для предупреждения про­текания металла. Подкладки делают из стальных листов, асбес­та, огнеупорной глины. Форма подкладок должна соответст­вовать конфигурации внутренней стороны детали в месте сварки. Сварка оловянных бронз. При сварке оловянных бронз уголь­ным электродом в качестве присадочного металла следует брать прутки, отлитые в кокиль, следующего состава: 95-96% меди, 3-4% кремния, 0,25% фосфора. В качестве флюса применяют прокаленную буру или борный шлак. При сварке металлическим электродом бронз типа Бр. ОЦСН-3-7-5-1 (оловянная-цинковая-свинцовая-никелевая), Бр. ОСЦ-6-6-3, Бр. ОЦН-Ю-2-1,5 на Уралмашзаводе применяют электроды ОБ-5, рассмотренные в предыдущем параграфе. После заварки деталь укрывается асбестом для медленного охлаждения, что предотвращает образование трещин и снижает остаточные напряжения. Сварка специальных бронз. При сварке специальных бронз угольным электродом в качестве присадочного металла чаще всего берут прутки состава, одинаково о с основным металлом. При сварке кремнистых бронз в качестве флюса рекомендуется применять прокаленную буру, при сварке фосфористых бронборный шлак. При сварке алюминиевых бронз необходимо при­менять флюс, рекомендованный для сварки алюминия и его сплавов (см. параграф 5 настоящей главы). При сварке специальных бронз металлическим электродом состав электродного стержня выбирается в зависимости от со­става основного металла. Так, в случае сварки фосфористой брон­зы рекомендуется применять стержни состава: 0,5-1,0% фосфо­ра; 9,0-11,0% олова, не более 0,75% примесей и остальные медь. При сварке алюминиевой бронзы применяются прутки соста­ва: одинаковое количество с основным металлом алюминия, мар­ганца 1,5-2,5%, остальное железо и медь. Состав применяемых покрытий см. в параграфе 5 настоящей главы. Сварку бронз металлическим электродом рекомендуется производить на постоянном токе обратной полярности. Сила тока принимается из расчета 40 а на 1 мм диаметра электрода.


 

СВАРКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Алюминий применяется для изготовления деталей как в чис­том виде (чистотой 99,5-98%), так и в виде сплавов с марган­цем, магнием, медью и кремнием. Поверхность алюминия и его сплавов покрыта пленкой окиси алюминия, имеющей температуру плавления около 2050°. Осо­бенно сильно алюминий окисляется при нагревании. Тугоплав­кая пленка окиси, находящаяся на поверхности заготовок, пре­пятствует сплавлению присадочного металла с основным. Д я получения хорошего соединения пленку окиси необходимо при сварке удалять, что достигается механическим или химическим путем. Механический способ очистки не всегда дает удовлетвори­тельные результаты и применим при сварке металла толщиной более 8-т-Ю мм. При этом способе окись алюминия удаляется с поверхности концом присадочного металла. Химическая очистка осуществляется путем применения флю­сов или покрытий и обеспечивает более надежное удаление оки­си алюминия из ванны. Необходимость в тщательном удалении окиси алюминия вы­зывается еще тем, что окись алюминия тяжелее самого расплав­ленного алюминия (или его сплава) и тонет в ванне. Зачастую эта окись в виде пленок располагается вдоль шва, что резко сни­жает прочность сварного соединения. Во избежание ожогов сварку листового алюминия произво­дят, как правило, на подкладках. Сварку алюминия и его сплавов возможно производить угольным, металлическим электродом, а также в среде защитных газов. Сварка угольным электродом. При сварке угольным электро­дом в качестве присадочного металла применяют проволоку или литые прутки одинакового с основным металлом состава Состав флюсов, применяемых при сварке алюминия и его сплавов, приведен в табл. 72. Из трех приведенных марок флюсов лучшим является флюс № 3 (АФ-4А). Этот флюс следует применять при сварке металла малой толщины, а также при заварке дефектов в тонкостенных литых деталях из алюминиевых сплавов. При сравнительно большой толщине основного металла Название компонентов № 1 2 № 3 (АФ-4А) Криолит 20 45. Хлористый натрий 30 40 28 Хлористый калий 50. Хлористый литий - - 14 Фтористый натрий - - 8 (более 6-8 мм) удовлетворительное качество может быть полу­чено в случае применения флюсов № 1 и № 2. Флюс наносится на свариваемую поверхность перед началом нагрева.

Соединении шин электролизных цехов, а также при монтаже других электрических линий. Сварку алюминиевых шин чаще всего производят встык на алюминиевой или графитовой под­кладке. С боков шин устанавливают графитовые пластины с вы резами против шва. Эти вырезы позволяют вывести начало и конец шва за пределы рабочего сечения. Сварка металлическим электродом. Электродный стержень берется из материала одинакового состава с основным металлом. На стержень наносится покрытие. Составы покрытий приводятся ниже. Литиевое покрытие (в % по весу): Хлористый литий Хлористый натрий Сернокислый натрий Криолит.

2,5 Толщина покрытия ,0-1 мм. При подогреве в печах температура замеряется термопарой, при подогреве в горне термокарандашами или древесными опил­ками. Температура считается достаточной, если опилки начинают тлеть. Сварку следует вести на постоянном токе обратной полярно­сти. Сила тока принимается в пределах 30-36 а на 1 мм диа­метра электрода. Детали из алюминия и его сплавов необходимо тщательно очищать от остатков флюса и шлака, так как остатки флюса и шлак вызывают коррозию металла. С этой целью после сварки детали промываются горячей водой, поверхность швов протира­ется волосяными щетками, после чего детали погружают на 5 мин. в двухпроцентный раствор хромовой кислоты, подогретой до 80°. После этого детали снова промываются горячей водой и су­шатся. Сварка в среде защитных газов. В качестве защитного газа применяют аргон. Сварка производится вольфрамовым электро­дом с помощью специального держателя (см. фиг. 102). Приме­няемый при сварке алюминия и его сплавов аргон должен быть достаточно чистым. В аргоне не допускается наличие влаги, со­держание кислорода не должно превышать 0,03% и азота-0,3%. 217 При сварке в среде аргона флюс не применяется, что осво­бождает производство от трудоемкой операции очистки от остат­ков флюса и шлака после сварки. Кроме того, при сварке в среде аргона можно применять нахлесточные соединения, недопустимые при сварке с применением флюса. Последнее вяз но с тем, что при нахлесточном соединении трудно полностью удалить остатки флюса и шлак, а это может вызвать коррозию и разрушение нахлесточного сварного соединения.


 

РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ

Дуговая сварка покрытым электродом используется лишь для двух видов цветных металлов: алюминия и его сплавов, меди и ее сплавов. Основные достоинства конструкций из алюминиевых сплавов: малая плотность, высокая удельная прочность, высокая коррозионная стойкость. Это обусловливает их повсеместное распространение. Для сварных конструкций используются деформируемые алюминиевые сплавы. Они при нагреве и деформации не склонны к растрескиванию. Одна из главных проблем при сварке алюминия и его сплавов - высокая химическая активность алюминия: он образует на поверхности окисную пленку А1203 с температурой плавления 2050 °С, которая не расплавляется в процессе сварки и покрывает металл прочной оболочкой, затрудняя образование сварочной ванны. Частицы пленки, попадающие в шов, снижают механические свойства сварных соединений, их работоспособность. Для осуществления сварки должны быть приняты меры по разрушению и удалению пленки и защите металла от повторного окисления. Вследствие большой химической прочности А1203 восстановление алюминия из окисла в условиях сварки практически невозможно. Не удается также связать А1203 в прочные соединения сильной кислотой или щелочью. Поэтому действие шлаков для сварки алюминия основано на процессах растворения и смывания разрушающейся окисной пленки расплавленным шлаком. При подготовке деталей из алюминиевых сплавов под сварку с кромок удаляют поверхностные загрязнения с помощью органических растворителей. Широко применяется травление по следующей технологии: обезжиривание в растворителе, травление в концентрированной щелочи NaOH (45...50 г/л) в течение 1...2 мин, промывка в холодной воде, осветление (пассивирование) в 30 %-м водном растворе HNO3 в течение 2 мин, промывка в холодной воде и сушка сжатым воздухом. 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 (табл. 12). 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. Кремнис ты е бронз ы в значительной степени утратили тепло-и электропроводность, но имеют высокую коррозионную стойкость и износостойкость. Хромисты е бронз ы 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 (см. табл. 12). Сварку ведут на ровной высушенной графитовой подкладке или графитовой ткани одноили 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.

Контрольные вопросы

2. Как организуют рабочее место сварщика в зависимости от вида выполняемых работ?

3. Какие требования предъявляются к конструкции и окраске стен стационарной кабины сварщика?

4. Какие системы вентиляции применяют на рабочих местах сварщиков?

. Какие типы электрододержателей применяют при сварке?

6. Какие требования предъявляются к электрододержателям?

7. Какими устройствами защищают лицо и глаза сварщика от излучения дуги?

8. Какие требования предъявляются к спецодежде и обуви сварщика?

9. Какие общие требования предъявляются к электродам для ручной дуговой сварки?

. Какие типы веществ вводят в сварочные электроды?

11. Какие элементы в составе электродных покрытий вводят для предохранения металла сварочной ванны от окисления?

12. Откуда в зоне сварки берется водород и что нужно делать, чтобы его там было меньше?

13. Что означают в маркировках электродов обозначения Э46, Э55?

14. Какими способами готовят кромки деталей под сварку?

. Какие применяют приемы зажигания дуги?

16. Как влияет длина дуги на форму сварного шва?

17. Как в процессе сварки управляют формированием шва?

18. Какие приемы уменьшения деформаций применяют при сварке лис19. Какие приемы применяют при заполнении разделки многопроходным . Что такое режим сварки и какие параметры режима можно выделить . при ручной дуговой сварке?

21. Как выбирают силу сварочного тока?

22. Как бороться с магнитным дутьем?

23. Как и почему выбирают электроды для сварки в потолочном, горизонтальном и вертикальном положениях?

24. Зачем в состав электродных покрытий вводят железный порошок? г . В чем заключаются преимущества сварки пучком электродов?

26. В чем состоит сущность сварки лежачим электродом?

27. В чем состоит сущность сварки наклонным электродом?

28. В чем состоит сущность ручной сварки с опиранием электрода?

29. В чем состоит сущность ванного способа сварки?

. Для чего нужен подогрев при сварке конструкционных легированных сталей?

31. Как на рабочем месте можно быстро определить температуру подогрева?

32. В чем заключаются трудности дуговой сварки чугуна?

33. Чем отличаются друг от друга холодная и горячая сварка чугуна?


 

Алюминий - металл с плотностью 2,7 г/см3 и температурой плавления 658 °С. Обладает высокой тепло-и электропроводностью и низкой прочностью (до 100 МПа).

Сплавы алюминия по объему применения занимают второе место после железа. Из них изготавливают емкости для химической и пищевой промышленности, корпуса ракет и судов, самолеты, вагоны, посуду и многое другое. Это обусловлено малой массой и хорошими механическими свойствами сплавов алюминия. Прочность некоторых из них достигает прочности сталей - 600 МПа и более.

Алюминиевые сплавы делят на литейные (силумины), содержащие кремний, и деформируемые, которые, в свою очередь, делят на упрочняемые термической обработкой и не упрочняемые: технический алюминий АДО, АД 1, сплавы А1-Мп (АМц) и Al-Mg (магналии), например АМг1...АМг6. Термически упрочняемые - это сплавы Al-Cu-Mg (Д16, Д19, ВД17 - дуралюмины), сплавы Al-Mg-Si, иногда с добавкой меди (авиали АВ, АД31, АК6, АК8), сплавы Al-Cu-Mg-Fe-Ni (АК2, АК4), сплавы Al-Cu-Mn (Д20, ВАД23), сплавы Al-Zn-Vg-Cu (В93, В96) и сплавы Al-Mg-Zn (В92Ц, АЦМ). Все они имеют высокую прочноитных газов. В качестве защитного газа применяют аргон. Сварка производится вольфрамовым электро­дом с помощью специального держателя (см. фиг. 102). Приме­няемый при сварке алюминия и его сплавов аргон должен быть достаточно чистым. В аргоне не допускается наличие влаги, со­держание кислорода не должно превышать 0,03% и азота-0,3%. 217 При сварке в среде аргона флюс не применяется, что осво­бождает производство от трудоемкой операции очистки от остат­ков флюса и шлака после сварки. Кроме того, при сварке в среде аргона можно применять нахлесточные соединения, недопустимые при сварке с применением флюса. Последнее вяз но с тем, что при нахлесточном соединении трудно полностью удалить остатки флюса и шлак, а это может вызвать коррозию и разрушение нахлесточного сварного соединения. text/javascriptсть, например дуралюмин Д1 - 400 МПа, а сплав В95 - 520 МПа.

В марках сплавов приняты следующие буквенные обозначения: А алюминиевый сплав, JI - литейный, К - для ковки и штамповки, Мг магниевый, Мц - марганцевый, Д - дуралюмин, АВ - авиаль. Цифрами после букв указывают условный номер сплава.

Технический алюминий и все термически не упрочняемые сплавы хорошо свариваются. Из термически упрочняемых к свариваемым относят АВ, АД31, АД33, АД35, Д20, ВАД1, АЦМ, В92Ц.

СВАРИВАЕМОСТЬ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Теплопроводность алюминия в три раза выше, чем у низколегированной стали, у него больше теплоемкость и скрытая теплота плавления. Для расплавления алюминия нужно больше теплоты, чем для такого же объема стали, поэтому для его сваркиtable border= требуется повышенна/pя тепловая мощность и более высокая ее концентрация.

Алюминий легко окисляется, его высокая коррозионная стойкость изделий из алюминия обеспечивается мгновенно возникающей на поверхности пленкой окиси алюминия А120з, которая непропускает воздуха к металлу. Эта пленка имеет прочность до 200 МПа и плотность 3,6 г/см3, она тяжелее алюминия, ее температура плавления 2050 °С. При нагреве металл под пленкой расплавляется раньше ее. Разламываясь при сварке на нерасплавившиеся куски, пленка тонет в сварочной ванне, образуя включения в металле шва.

Поэтому при сварке надо раздроблять и измельчать окисную пленку. Это можно сделать, применяя в электродных покрытиях или во флюсах соединения хлора, например NaCl, LiCl, которые, проникая при сварке в образующиеся в окисной пленке из-за ее нагрева и расширения микротрещины, образуют с алюминием летучие соединения. Окисная пленка подмывается и при испарении этих соединений отрывается от поверхности алюминия, раздробляется и частично уносится шлаком. Другой путь - катодное распыление окисной пленки в результате ударов тяжелых ионов о поверхность катода при дуговом разряде. Катодное распыление на поверхности детали может происходить при сварке на постоянном токе обратной полярности, когда катод - свариваемое изделие. Однако при этом резко увеличивается нагрев электрода. Поэтому чаще применяют дуговую сварку на переменном токе. Коэффициент линейного расширения алюминия в два раза выше, чем у железа. Значит при сварке алюминиевых сплавов деформации и коробления деталей будут больше, чем на сталях. Расплавленный алюминий обладает большой жидкотекучестью, что затрудняет формирование шва при сварке со сквозным проплавлением кромок: легко образуются прожоги, неравномерно формируется проплав.

Жидкий алюминий в одном объеме может растворить до 600 объемов водорода. Но при затвердевании растворимость быстро снижается, водород бурно выделяется из расплава, в сварном шве образуются поры. Поэтому перед сваркой необходимо тщательно готовить все сварочные материалы и поверхность свариваемых деталей, не допуская попадания влаги - главного поставщика водорода в зону сварки. Влага, разлагаясь, может также увеличить окисление металла в сварочной ванне. При сварке желательно понижать скорость охлаждения жидкого металла, чтобы больше выделяющегося из металла водорода успело выйти на поверхность сварочной ванны. Для этого металл перед сваркой можно подогревать до температуры 150...300 °С. Однако нагрев может снизить механические свойства сварного соединения.

Для борьбы с пористостью в зоне сварки можно создавать окислительную атмосферу, добавляя, например, в аргон до 1,5 % кислорода.

При нагреве алюминий не меняет свой цвет вплоть до расплавления. Это затрудняет контроль за состоянием металла, за образованием сварочной ванны и плавлением присадочной проволоки.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СВАРКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Алюминиевые сплавы сваривают ручной дуговой сваркой угольными или штучными электродами, дуговой сваркой в защитных газах плавящимся и неплавящимся электродами, дуговой сваркой под флюсом и по слою флюса, газопламенной и контактной сваркой.

Почти при всех способах сварки (кроме контактной) применяют электродную или присадочную проволоку. ГОСТ 7871-75 предусматривает 14 марок проволоки для сварки алюминия диаметром 0,8... 12,5 мм: из технического алюминия Св А97, Св А85Т, Св А5; алюминиево-марганцевую Св АМц; алюминиево-магниевую Св АМгЗ, Св АМг4, Св АМг5, Св 1557, Св АМг61, Св АМгбЗ; алюминиевокремниевую Св АК5, Св АК10 и алюминиево-медистую Св 1201. Проволока диаметром до 4 мм на заводе-изготовителе очищается химической обработкой, наматывается на катушки и упаковывается в полиэтиленовые мешки вместе с порошком силикагеля - индикатором влажности. Если упаковка негерметична, порошок становится розовым. Проволока большего диаметра может быть в мотках, перед сваркой ее надо очистить от консервирующей смазки горячей водой или паром, затем травить 5... 10 мин в 2...5 %-м растворе щелочи NaOH при температуре 60...70 °С, промыть в проточной воде при температуре 50 °С, в холодной проточной воде и осветлить в 15 %-м растворе азотной кислоты в течение 2...5 мин при температуре 60...70 °С.

При ручной дуговой сварке применяют неплавящиеся угольные электроды СК (сварочные круглые) диаметром 4, 6, 8, 10 и 18 мм и длиной до 250 мм (ГОСТ 10720-75). Штучные электроды делают из проволоки, соответствующей составу свариваемого сплава, с обмазкой на основе хлористых и фтористых солей. Для сварки используют электроды ОЗА-1, для заварки дефектов литья ОЗА-2. При дуговой сварке в защитных газах применяют неплавящиеся вольфрамовые электроды и инертные газы: аргон первого или второго сорта и гелий (см. гл. 7), либо их смеси.

Флюсы применяют при всех способах сварки алюминия, кроме дуговой в защитных газах и контактной. Назначение их - убрать окисную пленку А1203. Поэтому основа всех флюсов - это смеси хлористых и фтористых солей калия, натрия, бария, лития. Марки флюсов разли^ чаются сочетанием этих солей и добавками.


 

При дуговой сварке в инертных газах применяют любые типы соединений. При других способах сварки плавлением, когда необходимо применение флюсов, чаще сваривают стыковые соединения. Перед сборкой деталей стыкуемые кромки нужно зачистить на ширине 20...30 мм шабером или стальной щеткой из нагартованной коррозионно-стойкой проволоки диаметром 0,1 ...0,2 мм при длине ворса 30 мм. Затем кромки обезжиривают растворителем (бензином, ацетоном). Качество и безопасность обезжиривания будут выше, если вместо растворителя детали травить 5...8 мин в щелочной ванне при температуре 65 °С с последующей промывкой водой и сушкой. При массовом производстве механическую зачистку кромок лучше заменять травлением по режиму, приведенному выше для проволоки.

Собирать детали можно с помощью прихваток, располагая их со стороны, обратной наложению первого валика шва. Если это невозможно, то прихватку тщательно зачищают, желательно заподлицо с основным материалом. Без прихваток собирать детали можно в приспособлениях, закрепляя их прижимами и фиксаторами, дающими возможность относительного перемещения деталей в процессе сварки, чтобы уменьшить деформации, неизбежно большие при жестком закреплении.

С обратной стороны стыка деталей устанавливают подкладные планки (см. рис. 79) из материала с низкой теплопроводностью, например из хромоникелевой стали. В планке под стыком делают канавку такой величины, чтобы при сварке туда поместился весь металл, содержащий окисные пленки с торцов стыка. Тогда в основной части шва вероятность окисных включений уменьшится. Если подкладные планки установить нельзя, можно сделать с обратной стороны стыка на кромках небольшую, глубиной 0,2...0,3 толщины кромки, разделку, через которую окисные пленки выйдут в проплав.

Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом на переменном токе - лучший способ сварки тонколистового алюминия. Она обеспечивает минимальную деформацию свариваемой конструкции и высокое качество шва, не требуя специального флюса. Зажигание дуги непосредственным касанием поверхности детали вольфрамовым электродом нежелательно из-за загрязнения поверхности электрода алюминием, что приводит к его разрушению. Дугу лучше зажигать на вспомогательной графитовой пластинке и переносить разогретый электрод на свариваемые кромки. Ручная сварка неплавящимся электродом может производиться как с присадочным материалом, так и без него. Длина дуги не должна превышать 1,5...2,5 мм, а расстояние от выступающего конца электрода до нижнего среза сопла горелки при стыковых соединениях - 1,0... 1,5 мм,

при тавровых (угловых) - 4...8 мм. Давление защитного газа в зависимости от его расхода устанавливают в пределах 0,01...0,05 МПа. Техника ручной сварки в защитных газах напоминает газопламенную сварку: когда под неподвижным электродом образуется ванна жидкого металла, в нее подают присадочный пруток до заполнения ванны. Затем присадку отводят и электрод быстро перемещают по направлению сварки на нерасплавленные кромки. Вновь разводят сварочную ванну и процесс повторяют. Поскольку алюминий обладает высокой жидкотекучестью, при сварке вертикальных и горизонтальных швов необходимо внимательно следить за объемом расплавляемого металла и вовремя подавать присадочный материал, который, охлаждая металл ванны и увеличивая его вязкость, предотвращает его вытекание. Подачу газа прекращают не раньше, чем через 3...5 с после обрыва дуги. Это обеспечивает высокую стойкость вольфрамового электрода, предотвращая его окисление в разогретом состоянии и последующее растрескивание окисленной поверхности - главную причину появления в шве вольфрамовых включений, одного из основных дефектов сварки неплавящимся электродом. Признаком, окисления вольфрама является синий до черного цвет. Нормальное состояние рабочего конца электрода характеризует серебристо-белый цвет без трещин и налипаний алюминия.

При полуавтоматической и автоматической сварке, в отличие от ручной, неплавящийся электрод располагается вертикально, а присадочная проволока подается так, чтобы ее конец опирался на передний край ванны.


 

При сварке вольфрамовым электродом на переменном токе условия горения дуги в полупериоды разной полярности отличаются. Когда вольфрам является катодом, из-за мощной термоэлектронной эмиссии с него проводимость дугового промежутка возрастает, сила тока увеличивается, напряжение дуги снижается. Наоборот, в полупериод обратной полярности проводимость дуги уменьшается, сила тока уменьшается, напряжение увеличивается. В сварочной цепи появляется постоянная составляющая тока. Она снижает стабильность горения и уменьшает проплавляющую способность дуги, ослабляет интенсивность катодного распыления окисной пленки на поверхности детали. Ухудшается качество шва. Поэтому при сварке алюминия нужно подавлять постоянную составляющую тока. Для этого в сварочную цепь нужно последовательно включать батарею конденсаторов, которая хорошо пропустит переменный ток и не пропустит постоянный. Специализированные установки для сварки алюминия, например УДГ-301, УДГ-501 (см. гл. 4), такую батарею имеют в своей конструкции.

Основное преимущество сварки вольфрамовым электродом в аргоне - высокая устойчивость дуги - позволяет сваривать алюминиевые сплавы с толщиной кромок деталей 0,8...3,0 мм и выше. Еще меньшие толщины (до 0,2 мм) позволяет сваривать импульсная дуга с неплавящимся электродом. При этом процессе между электродом и деталью непрерывно горит маломощная дуга, поддерживая дуговой промежуток в ионизированном состоянии. На нее периодически накладывают горящих трех дуг: независимой дуги между двумя вольфрамовыми электродами и двух зависимых дуг, горящих между каждым из электродов и свариваемым изделием (см. рис.84, д). Большая проплавляющая способность трехфазной дуги позволяет сваривать за один проход без разделки кромок на подкладке из коррозионно-стойкой стали алюминиевые детали толщиной до 30 мм. При этом резко уменьшается пористость металла шва, так как сварка производится без присадочного металла, за счет поверхности которого обычно увеличивается количество водорода, поступающего в зону плавления.

При сварке трехфазной дугой металла большой толщины, когда проплавляющая способность должна быть максимальной, необходимо, чтобы сила тока в изделии была больше, чем в электродах. И наоборот, когда требуется минимальная проплавляющая способность дуги, например при наплавке, сила тока в изделии может быть установлена меньше силы тока в электродах. Кроме того, регулировать глубину проплавления основного металла можно за счет расположения электродов относительно оси шва. Последовательное их расположение вызывает увеличение глубины проплавления и уменьшение ширины шва, а поперечное - глубину проплавления уменьшает, а ширину шва увеличивает. При трехфазной сварке вольфрамовыми электродами с присадочным металлом для уменьшения загрязнения металла шва водородом и окислами рекомендуется применение присадочной проволоки большого диаметра: при ручной сварке - 3...6 мм, при автоматической 2...4 мм. Источником питания трехфазной дуги могут служить два однофазных трансформатора, соединенных открытым треугольником, или специальный трехфазный сварочный трансформатор. Плавящийся электрод применяют при аргонодуговой сварке алюминиевых сплавов толщиной более 4 мм. Электродную проволоку берут при этом диаметром 1,2 мм и выше. Дугу питают от источника постоянного тока с жесткой или пологопадающей характеристикой. Сварку ведут на обратной полярности, что обеспечивает хорошее разрушение окисной пленки на деталях за счет катодного распыления. Возбуждают дугу замыканием под током электродной проволоки на изделие. Автоматическую сварку плавящимся электродом ведут на подкладках с формирующей канавкой. Максимальный сварочный ток, на котором устойчиво горит дуга и обеспечивается струйный перенос электродного металла, 130 А. Расход аргона такой же, как и при сварке неплавящимся электродом (см. табл. 20), расстояние между нижним срезом сопла горелки и деталью должно быть 5... 15 мм. Улучшить формирование шва при сварке плавящимся электродом можно, применяя импульсный режим питания дуги. Так же, как и при сварке импульсной дугой неплавящимся электродом, между электродной проволокой и деталью горит непрерывная маломощная дуга, которая оплавляет конец электрода и поверхность детали. Периодически на эту дугу накладывают импульсы тока большой с^лы (до 1 ООО А), частота которых больше, чем при сварке неплавящимся электродом. Электрод быстро оплавляется, капля с силой сбрасывается в сварочную ванну. Увеличивается глубина проплавления, появляется возможность управлять формированием шва даже в различных пространственных положениях.

При сварке плавящимся электродом вместе с электродной проволокой в шов заносятся находящийся на ней водород и окисная пленка, поэтому качество шва получается хуже, чем при сварке неплавящимся электродом, где поверхность присадочной проволоки может быть меньше.

Алюминиевые сплавы толщиной 10...30 мм можно сваривать на переменном токе плавящимся электродом под слоем флюса. Для этого применяют специальный флюс ЖА-64, состоящий из криолита, хлористого калия, хлористого натрия и кварцевого песка. Флюс разрушает окисную пленку, задерживает охлаждение и затвердевание сварочной ванны - из нее выходит водород, уменьшается пористость. Однако этот способ развития не получил, так как большинство флюсов с солями хлора и фтора гигроскопичны (легко впитывают влагу) и электропроводны. Первое увеличивает количество водорода в шве, второе ухудшает горение дуги, шунтируя ток.

Лучшие результаты получают при дуговой сварке плавящимся электродом по флюсу (рис. 102), который насыпают на поверхность тонким слоем, не закрывающим дугу. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности при вылете электрода 50...60 мм, по зазору между деталями 1...2 мм на флюсовой подушке или стальных подкладках. Применяют плавленые флюсы АН-11, УФОК-А1, МАТИ-10, основные компоненты которых хлориды и фториды натрия, калия и лития.

Электрошлаковую сварку алюминиевых сплавов выполняют с флюсами АМ-А301, АН-А302, основа которых также фтористые и хлористые соли калия, лития, бария. Сварку ведут пластинчатым электродом. Технология сварки такая же, как и для других металлов (см. гл. 10). При толщине металла 50... 100 мм производительность сварки достигает 50...90 кг/ч. На сплавах АД1, АМц, АМгб и АЦМ обеспечивается прочность 0,8...0,9 от прочности основного металла.

Ручную дуговую сварку алюминиевых сплавов штучными электродами выполняют на постоянном / - флюс; 2 - плавящийся токе обратной полярности. Свари-электрод; 3 - шлаковая корка детали толщиной более 3...4 мм, до 6 мм - без разделки кромок. С двух сторон можно сваривать без разделки кромок детали толщиной 10... 12 мм. Разделку делают V-образную с углом раскрытия кромок 50...70° и притуплением не менее 0,25 толщины кромок.

Ручную сварку угольным электродом применяют при исправлении дефектов отливок и при сварке по отбортовке тонколистовых алюминиевых деталей. Дугу питают постоянным током прямой полярности. На свариваемые кромки наносят флюс, состоящий из 45 % КС1, 30 % LiCl, 7 % KF, 3 % Na2S03. Можно применять флюсы, используемые при газопламенной сварке. Сварка угольным электродом дает плотные швы высокой прочности.

Газопламенную сварку алюминия ведут кислородно-ацетиленовым пламенем при соотношении 02/С2Н2 = 1,1...1,2. По отношению к алюминию все зоны пламени имеют окислительный характер. Для защиты от окисления и для удаления окисной пленки применяют флюсы на основе хлоридов и фторидов натрия, калия и лития, например флюс АФ-4А. Флюс разводят в воде непосредственно перед сваркой, а затем наносят в виде пасты на кромки детали и на конец присадочного прутка. Мощность пламени (л/ч) выбирают в зависимости от толщины S (мм) свариваемого металла: А = (100... 150)5.

После сварки с применением флюсов или электродных обмазок необходимо тщательно удалять шлаки с поверхности металла и промывать детали водой, так как остатки шлака сильно разъедают алюминий.

Перед контактной сваркой алюминия лучший способ удаления окисной пленки с поверхности деталей - ультразвуковая обработка. Одна из проблем контактной сварки алюминия - это низкая стойкость электродов из-за налипания алюминия на их поверхность. Сплавы алюминия имеют малое электрическое сопротивление и высокую теплопроводность, поэтому их сваривают на жестких режимах. Деформируемые сплавы типа АМц, АМг и особенно термоупрочняемые сплавы типа Д16Т обладают склонностью к трещинам. При их контактной сварке нужно в конце цикла увеличивать усилие проковки в 3...6 раз по сравнению со сварочным усилием.


 

Титан - распространенный в природе металл, в земной коре его больше, чем меди, свинца и цинка. При плотности 4,51 г/см3 титан имеет прочность 267...337 МПа, а его сплавы - до 1250 МПа. Это тускло-серый металл с температурой плавления 1668 °С, коррозионно стоек при нормальной температуры даже в сильных агрессивных средах, но очень активен при нагреве выше 400 °С. В кислороде способен к самовозгоранию. Бурно реагирует с азотом. Окисляется водяным паром, углекислым газом, поглощает водород. Теплопроводность титана более чем в два раза ниже, чем у углеродистой стали. Поэтому при сварке титана, несмотря на его высокую температуру плавления, требуется меньше тепла.

Титан может находиться в виде двух основных стабильных фаз, отличающихся строением кристаллической решетки. При нормальной температуре он существует в виде а-фазы с мелкозернистой структурой, не чувствительной к скорости охлаждения. При температуре выше 882 °С образуется (3-фаза с крупным зерном и высокой чувствительностью к скорости охлаждения. Легирующие элементы и примеси могут стабилизировать а-фазу (алюминий, кислород, азот) или (3-фазу (хром, марганец, ванадий). Поэтому сплавы титана условно разделяют на три группы: а, а + (3 и (3 сплавы. Первые (ВТ1, ВТ5-1) термически не упрочняются, пластичны, обладают хорошей свариваемостью. Вторые (ОТ4, ВТЗ, ВТ4, ВТ6, ВТ8) при малых добавках р-стабилизаторов также свариваются хорошо. Они термически обрабатываются. Сплавы с p-структурой, например ВТ 15, ВТ22, упрочняются термообработкой. Они свариваются хуже, склонны к росту зерен и к холодным трещинам.

При комнатной температуре поверхность титана растворяет кислород, образуется его твердый раствор в титане. Возникает слой насыщенного раствора, который предохраняет титан от дальнейшего окисления. Этот слой называют альфированным. При нагреве титан вступает в химическое соединение с кислородом, образуя ряд окислов от Ti60 до ТЮ2. По мере окисления изменяется окраска оксидной пленки от золотисто-желтой до темно-фиолетовой, переходящей в белую. По этим цветам в околошовной зоне можно судить о качестве защиты металла при сварке. С азотом титан, взаимодействуя активно при температуре более 500 °С, образует нитриды, повышающие прочность, но резко снижающие пластичность металла. Растворимость водорода в жидком титане больше, чем в стали, но с понижением температуры она резко падает, водород выделяется из раствора. При затвердевании металла это может вызвать пористость и замедленное разрушение сварных швов после сварки. Все титановые сплавы не склонны к образованию горячих трещин, но склонны к сильному укрупнению зерна в металле шва и околошовной зоны, что ухудшает свойства металла.


 

Из-за высокой химической активности титановые сплавы удается сваривать только дуговой сваркой в инертных газах неплавящимся и плавящимся электродом, дуговой сваркой под флюсом, электронным лучом, электрошлаковой и контактной сваркой. Расплавленный титан жидкотекуч, шов хорошо формируется при всех способах сварки. Основная трудность сварки титана - это необходимость надежной защиты металла, нагреваемого выше температуры 400 °С от воздуха.

Дуговую сварку ведут в среде аргона и в его смесях с гелием. Сварку с местной защитой производят, подавая газ через сопло горелки, иногда с насадками, увеличивающими зону защиты. С обратной стороны стыка деталей устанавливают медные подкладные планки с канавкой, по длине которой равномерно подают аргон. При сложной конструкции деталей, когда осуществить местную защиту трудно, сварку ведут с общей защитой в камерах с контролируемой атмосферой. Это могут быть камеры-насадки для защиты части свариваемого узла, жесткие камеры из металла (см. рис. 83) или мягкие из ткани со смотровыми окнами и встроенными рукавицами для рук сварщика. В камеры помещают детали, сварочную оснастку и горелку. Для крупных ответственных узлов применяют обитаемые камеры объемом до 350 м3, в которых устанавливают сварочные автоматы и манипуляторы. Камеры вакуумируются, затем заполняются аргоном, через шлюзы в них входят сварщики в скафандрах.

Аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом детали толщиной 0,5...1,5 мм сваривают встык без зазора и без присадки, а толщиной более 1,5...3,0 мм - с присадочной проволокой. Кромки свариваемых деталей и проволока должны зачищаться так, чтобы был снят насыщенный кислородом альфированный слой. Проволока должна пройти вакуумный отжиг при температуре 900... 1000 °С в течение 4 ч. Сварку ведут на постоянном токе прямой полярности. Детали толщиной более 10... 15 мм можно сваривать за один проход погруженной

дугой (рис. 103). После образования сварочной ванны увеличивают расход аргона до 40...50 л/мин, что приводит к обжатию дуги. Затем электрод опускают в сварочную ванну. Давление дуги оттесняет жидкий металл, дуга горит внутри образовавшегося углубления, ее проплавляющая способность увеличивается. Узкий шов с глубоким проплавлением при сварке неплавящимся электродом в аргоне можно получать, применяя флюсы-пасты АН-ТА, АНТ17А на основе фтористого кальция с добавками. Они частично рафинируют и модифицируют металл шва, а также уменьшают пористость.

Дуговую сварку титановых сплавов плавящимся электродом (проволокой диаметром 1,2.1.2,0 мм) выполняют на постоянном токе обратной полярности на режимах, обеспечивающих мелкокапельный перенос электродного металла. В качестве защитной среды применяют смесь из 20 % аргона и 80 % гелия или чистый гелий. Это позволяет увеличить ширину шва и уменьшить пористость.

Титановые сплавы можно сваривать дуговой сваркой под бескислородными фтористыми флюсами сухой грануляции АНТ1, АНТЗ для толщины 2,5...8,0 мм и АНТ7 для более толстого металла. Сварку ведут электродной проволокой диаметром 2,0...5,0 мм с вылетом электрода 14...22 мм на медной или на флюсомедной подкладке, либо на флюсовой подушке. Структура металла в результате модифицирующего действия флюса получается более мелкозернистой, чем при сварке в инертных газах,

При электрошлаковой сварке используют пластинчатые электроды из того же титанового сплава, что и свариваемая деталь, толщиной 8... 12 мм и шириной, равной толщине свариваемого металла. Используют тугоплавкие фторидные флюсы АНТ2, АНТ4, АНТ6. Чтобы через флюс не проникал кислород, шлаковую ванну дополнительно защищают аргоном. Металл зоны термического влияния защищают, увеличивая ширину формирующих водоохлаждаемых ползунов и продувая в зазор между ними и деталью аргон. Сварные соединения после электрошлаковой сварки имеют крупнокристаллическую структуру, но свойства их близки к основному металлу. Перед электрошлаковой сваркой, так же как и перед дуговой, флюсы должны быть прокалены при температуре 200...300 °С.

Электроннолучевая сварка титановых сплавов обеспечивает наилучшую защиту металла от газов и мелкозернистую структуру шва. Требования к сборке по сравнению с другими способами жестче.

При всех способах сварки титановых сплавов нельзя допускать перегрева металла. Нужно применять способы и приемы, позволяющие влиять на кристаллизацию металла: электромагнитное воздействие, колебания электрода или электронного луча поперек стыка, ультразвуковое воздействие на сварочную ванну, импульсный цикл дуговой сварки и т.п. Все это позволит получать более мелкую структуру шва и высокие свойства сварных соединений.

Заварку шва начинают с обварки шпилек кольцевыми валиками, а затем накладывают круговые швы и окончательно заполняют завариваемый шов металлом. Сварку следует производить короткими участками (40...60 мм) вразброс с перерывами, чтобы не допустить нагрева детали выше 60...80° С. Величина сварочного тока составляет 30... 40 А на 1 мм диаметра электрода. Диаметр электродов 3...4 мм с покрытием типа УОНИ-13. Для сварки применяют постоянный ток обратной полярности. В целях повышения графитизирующего действия покрытия Я. Я. Синеок предложил производить сварку пучком электродов малого диаметра. Такой прием обеспечивает более полное взаимодействие капель наплавляемого металла с покрытием и хорошую графитизацию металла шва. В зависимости от толщины свариваемого металла пучок электродов составляется из 5...20 стержней диаметром от 1 до 2 мм. Величина тока должна быть 10... 12 А на 1 мм2 сечения пучка электродов. Покрытие состоит из 40% графита и 60% ферросилиция, замешанных на жидком стекле (30% к массе сухих составляющих). Сварка электродами из цветных металлов и сплавов. Наибольшее применение получили электроды из меди и ее сплавов. Медь, обладая графитизирующей способностью, снижает общую твердость металла и уменьшает отбел чугуна. Хорошие результаты дают электроды марки МНЧ с покрытием основного типа. Стержень электрода изготовляют из проволоки НМЖМц-28-2,5-1,5 ГОСТ 492-73, а покрытие состоит из смеси 55...60% мела и 40...45% графита. Применяют также покрытие, содержащее 45% графита, 15% кремнезема, 20% огнеупорной глины, 10% соды и 10% древесной золы. Сварку выполняют постоянным током обратной полярности. Рекомендуются электроды диаметром 3 мм при сварочном токе 90... 120 А. Сварку ведут возможно короткой дугой небольшими участками (20...25 мм). После сварки производят проковку металла шва. Комбинированные электроды для холодной сварки чугуна состоят из меди и железа. Применяют следующие сочетания: стержень из меди марки Ml, железо вводят в покрытие электрода в виде железного порошка; медный стержень покрывают тонкой оболочкой из жести толщиной 0,3 мм (навиваемой в виде ленты шириной 6..7 мм или надеваемого в виде трубки); стержень из низкоуглеродистой стали покрывают оболочкой из тонкой медной ленты или медной трубкой или применяют электролитическое покрытие медью толщиной 0,7... 1,0 мм; пучок электродов составляют из одного стального электрода с покрытием УОНИ-13 и нескольких тонких медных стержней. Большое применение получили электроды ОЗЧ-1 и АНЧ-1. Сварка производится постоянным током обратной полярности. Сварочный ток определяют из расчета 30...40 А на 1 мм диаметра электрода.


 

Особенности сварки цветных металлов и их сплавов Особенности сварки цветных металлов и их сплавов обусловлены их физико-химическими и механическими свойствами: температурами плавления и кипения, теплоемкостью, теплопроводностью, способностями к окислению, поглощению газов и т. д. Температуры плавления и кипения цветных металлов относительно невысокие, поэтому при сварке легко получить перегрев и даже испарение металла. Если сваривают сплав металлов, то перегрев и испарение его составляющих может привести к образованию пор и изменению состава сплава. Способность цветных металлов и их сплавов легко окисляться с образованием тугоплавких окислов значительно затрудняет процесс сварки, загрязняет сварочную ванну окислами, снижает физико-механические свойства сварного шва. Ухудшению качества сварного соединения способствует также повышенная способность расплавленного металла (сплава) поглощать газы (кислород, азот, водород), что приводит к пористосtdти металла шва. Большая теплоемкость и высокая теплопроводность цветных металлов и их сплавов вызывают необходимость повышения теплового режима сварки и предварительного нагрева изделия перед сваркой. Сравнительно большие коэффициенты линейного расширения и большая литейная усадка приводят к возникновению значительных внутренних напряжении, деформаций и к образованию трещин в металле шва и околошовной зоне. Резкое уменьшение механической прочности и возрастание хрупкости металлов при нагреве могут привести к непредвиденному разрушению изделия. Для выполнения качественного сварного соединения применяют различные технологическе меры, учитывающие особенности каждого металла (сплава) и обеспечивающие получение шва с требуемыми физико-механическими свойствами. Сварка меди и ее сплавов Медь полtrучила большое применение в технике благодаря высокой электропроводности и теплопроводности, а также хорошей химической стойкости. При дуговой сварке меди следует учесть, что теплопроводность меди примерно в шесть раз больше теплопроводности железа. При температуре 500...600°С медь приобретает хрупкость, а при 700...800° С прочность меди настолько снижается, что уже при легких ударах образуются трещины. Плавится медь при температуре 1083° С. Свариваемость меди в значительной степени зависит от наличия в металле различных примесей: висмута, свинца, сурьмы, мышьяка. Чистая электролитическая медь обладает наилучшей свариваемостью. Расплавленная медь легко окисляется, образуя закись меди Cu20, и легко поглощает водород и окись углерода. При охлаждении в объеме металла выделяются пузырьки паров воды и углекислого газа, которые не растворяются в меди. Эти газы, расширяясь, создают большое внутреннее давление и приводят к образованию мелких межкристаллитных трещин. Это явление получило название водородной болезни меди. Сварку меди и ее сплавов производят только в нижнем положении или при очень малых углах наклона. Ручная дуговая сварка меди выполняется угольным или металлическим электродом. При сварке угольным или графитовым электродом в качестве присадочного материала применяют прутки из меди Ml, прутки из бронзы Бр.(ЭФ6,5-0,15 или медные прутки MCpl, содержащие до 1% серебра. Применяют также прутки из латуни ЛК62-0Д Для предохранения меди от окисления и улучшения процесса сварки применяют флюсы, которые наносят на разделку шва и на присадочные прутки. Флюсы применяют следующих составов: 1) буры прокаленной-68%, кислого фосфорнокислого натрия - 15%, кремниевой кислоты-15%, древесного угля - 2%; 2) буры прокаленной-50%, кислого фосфорнокислого натрия - 15%, кремниевой кислоты-15%, древесного угля - 20%. Можно также применять только буру, но лучше с присадкой 4...6% металлического магния. Листы толщиной до 4 мм можно сваривать с отбортовкой без присадочного металла, а более 4 мм - со скосом кромок под углом 35... ...45°. Сборка под сварку должна обеспечить минимальные зазоры (до 0,5 мм), чтобы предупредить протекание расплавленного металла шва. Рекомендуется также использовать подкладки из графита, асбеста или керамики. По концам шва следует сделать формовку. Сварку производят постоянным током прямой полярности. Длина дуги должна составлять 10... 13 мм, напряжение тока 45...60 В. Сварку ведут со скоростью не менее 0,2...0,3 ад/мин и при возможности за один проход. Режимы сварки угольным электродом зависят от толщины свариваемых кромок. При толщине листов до 4 мм используют угольные электроды диаметром 4...6 мм, а величину сварочного тока выбирают в пределах 140...320 А. При толщине листов более 4 мм применяют электроды диаметром 8... 10 мм при сварочном токе 350...550 А. После сварки металл шва проковывают (тонкие листы - в холодном состоянии, а толстые - в нагретом до температуры 200...350° С). Для повышения вязкости металла шов подвергают отжигу о нагревом до температуры 500...550° С и быстрым охлаждением в воде. При сварке металлическим электродом подготовка кромок и обработка шва производится так же, как и при угольном электроде. Металлические электроды изготовляют из меди Ml. Покрытие, рекомендуемое заводом «Комсомолец», имеет следующий состав: ферромарганца - 50%, ферросилиция (75%-ного) - 8%, полевого шпата - 12%, плавикового шпата - 10%, жидкого стекла - 20%. Толщина покрытия составляет 0,4 мм. Применяют также электроды марки ЭТ Балтийского завода со стержнем из бронзы Бр. КМц-3-1 и покрытием следующего содержания: марганцевой руды - 17,5%, ферросилиция (75%-ного) - 32%, плавикового шпата -32%, графита серебристого - 16% и алюминия - 2,5%. Связующим веществом является жидкое стекло. Покрытие наносят на стержень диаметром 4...6 мм слоем толщиной 0,2...0,3 мм. Сварку выполняют возможно короткой дугой на постоянном токе обратной полярности. Величину сварочного тока определяют из расчета 50...60 А на 1 мм диаметра электрода. Сварку меди в защитном газе выполняют угольным или вольфрамовым электродом на постоянном токе прямой полярности. Защитными газами служат аргон, гелий или азот. Присадочную проволоку применяют марки Ml или Бр.КМц-3-1. Автоматическую сварку меди производят под флюсом ОСЦ-45, АН-348-А или АН-20 проволокой диаметром 1,6...4 мм марки Ml или Бр. КМц-3-1. Напряжение тока составляет 38...40 В, величину сварочного тока принимают из расчета 100 А на 1 мм диаметра проволоки. Ток постоянный обратной полярности. Скорость сварки 15...25 м/ч. Листы толщиной более 8 мм требуют предварительного подогрева. После сварки производится обычная обработка шва. Латунь - сплав меди с цинком - сваривают всеми способами, указанными выше для меди. Основное затруднение при сварке латуни связано с кипением и интенсивным испарением цинка, пары которого в воздухе образуют ядовитые окислы. При сварке латуни угольным электродом применяют присадочные прутки из латуни ЛМц-58-2 и флюс из молотого борного шлака или буры. Применяют также прутки из латуни типа Л К, содержащие кроме меди и цинка еще и кремний. При сварке плавящимся электродом применяют проволоку из латуни, содержащей цинка 38,5...42,5%, марганца 4...5%, алюминия 9,5%, железа 0,5...1,5% (остальное медь). Покрытие наносят в два слоя. Первый слой толщиной 0,2...0,3 мм состоит из марганцевой руды (30%), титанового концентрата (30%), ферромарганца (15%), мела (20%) и сернокислого калия (5%). Связующим веществом является жидкое стекло. Второй слой толщиной 0,8... 1,1 мм состоит из борного шлака, замешанного на жидком стекле. Автоматическая сварка латунных изделий производится электродной проволокой марки Ml под флюсом АН-348-А или ОСЦ-45 с добавкой 10 массовых частей борной кислоты и 20 массовых частей кальцинированной соды на 100 массовых частей флюса. Сварка ведется постоянным током прямой полярности. Напряжение тока 38...42 В. Величина сварочного тока при диаметре проволоки 2 мм составляет 300... ...480 А. Бронза - сплав меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, цинком и свинцом. При сварке угольным электродом оловянистых бронз в качестве присадочного материала применяют прутки из сплава, содержащего 95...96% меди, 3...4% кремния, 0,25% фосфора. Флюс - прокаленная бура или борный шлак. При сварке специальных бронз применяют прутки, изготовленные из бронз свариваемых марок или близких им по химическому составу. Ток постоянный прямой полярности. Сварку металлическим электродом фосфористой бронзы выполняют прутками следующего состава: 10... 12% олова, 0,15...0,45% фосфора, остальное - медь. Для свинцовых бронз применяют прутки из сплава, содержащего 21% свинца, 8% олова, 1,5% цинка, остальное - медь. Прутки покрывают различными защитными покрытиями. Ток постоянный прямой полярности. При диаметре прутка 6...8 мм величина сварочного тока составляет 200...300 А. Рекомендуется предварительный подогрев свариваемых деталей до температуры 250...300 С. Допускается легкая проковка сварного шва для улучшения качества наплавленного металла. Сварка алюминия и его сплавов Алюминий обладает небольшой плотностью, высокой темплопроводностью и электропроводностью. Применяется как в чистом виде, так и в виде сплавов с марганцем, медью и кремнием. Алюминиевые сплавы применяют в строительстве при изготовлении различных конструкций в виде проката или прессованных профилей. Наибольшее применение получили сплавы алюминия с марганцем марки АМц, сплавы алюминия с магнием марок АМг и АМгб. Из алюминиево-магниево-кремнистых сплавов применяют сплавы АВ, В92 и АДЗЗ. Поверхность алюминия и его сплавов покрыта пленкой тугоплавкого окисла алюминия, плавящегося при температуре 2050° С. Эта пленка очень затрудняет сплавление основного и присадочного металлов, поэтому свариваемые кромки необходимо тщательно очистить от пленки окислов механическим или чаще всего химическим способом, путем применения флюсов. Следует иметь в виду, что при нагреве до 400...500° С прочность алюминия резко падает и деталь может разрушиться даже под действием собственной массы. Дуговую сварку строительных конструкций производят угольным или плавящимся электродом. При сварке угольным электродом присадочным материалом служат прутки из алюминия АО, А1 или сплавов АМц, АК. Наличие кремния в присадочном материале повышает текучесть металла, снижает усадку и уменьшает опасность образования трещин в металле шва. Сварку выполняют постоянным током прямой полярности. Диаметр электрода выбирают в пределах 6...8 мм в зависимости от толщины свариваемых кромок. Сварочный ток соответственно составляет от 150 до 500 А. Перед сваркой присадочный пруток и свариваемые кромки покрывают флюсом. При сварке плавящимся электродом применяют сварочную проволоку Св-АВ00, Св-А1, Св-АМц, Св-АК.5 (ГОСТ 7871-75) или проволоку из сплава того же состава, что и свариваемый металл. Сварку производят постоянным током обратной полярности с возможно короткой дугой. Сварочный ток определяют из расчета 25...30 А на 1 мм диаметра электрода. Для удаления пленки окислов алюминия применяют зарекомендовавший себя флюс АФ-4А, содержащий 28% хлористого натрия, 50% хлористого калия, 14% хлористого лития и 8% фтористого натрия. Кроме того, при сварке металлическим электродом применяют различные покрытия, которые также в основном содержат хлористый натрий, хлористый калий, фтористый калий, фтористый натрий, криолит, сернокислый натрий, хлористый литий и др. В качестве связующего вещества применяют декстрин или густой раствор поваренной соли. Покрытие наносят на стержень электрода слоем толщиной К..1,2 мм. Листы толщиной до 3 мм сваривают с отбортовкой, а при толщине металла 4...8 мм - без скоса кромок. Листы толщиной более 8 мм сваривают со скосом кромок с углом раскрытия 60...70°. Кромки листов толщиной более 8 мм перед сваркой подогревают до температуры 200...250° С. После сварки швы тщательно очищают от шлаков и остатков флюса (промывка горячей водой, протирка щеткой и ветошью). Для более полной очистки применяют травление 5%-ным раствором азотной кислоты с последующей промывкой горячей водой и сушкой. Автоматическую и полуавтоматическую сварку под флюсом при¬меняют для листов и деталей с толщиной кромок более 8 мм. Применяют электродную проволоку Св-А1 или Св-АМц диаметром 2...3 мм. .Флюс, состоящий из 20% хлористого натрия, 50% хлористого калия и 30% криолита, наносят на сварной шов слоем толщиной от ,10 до 35. мм 5 Зак. 65Д Сварку производят постоянным током обратной полярности при напряжении дуги 38...44 В, вылет электрода 25...40 мм, величина тока составляет 300...450 А, скорость сварки 12...20 м/ч. JH^B 1 Аргонодуговая сварка алюминия и его сплавов получила большое распространение благодаря хорошим качествам сварного шва. При этом нет необходимости применять относительно сложные флюсы и покрытия, остатки которых могут вызвать коррозию металла шва. Сварку производят постоянным током обратной полярности или переменным током, но с обязательным применением осциллятора и балластного реостата. Ручную сварку выполняют вольфрамовым электродом на установках УДГ-300 и УДГ-500. При толщине свариваемых кромок до 6 мм применяют электроды диаметром до 4 мм, а для кромок больших толщин - до 6 мм. Величину сварочного тока определяют из расчета 30...45 А на 1 мм диаметра электрода. Расход аргона составляет 6... 15 л/мин. Сварку производят при минимальной длине дуги (менее 2 мм). Это обеспечивает энергичное разрушение окисной пленки вследствие катодного распыления и лучшую защиту зоны сварки аргоном. Механизированную сварку выполняют на специализированном автомате АДСВ-2. Полуавтоматическую и автоматическую сварку в среде аргона плавящимся электродом выполняют специальными шланговыми полуавтоматами и автоматами. Сварку производят постоянным током обратной полярности. Применяют сварочную проволоку марок Св-АВ00, Св-А1, Св-АМн, Св-АК или того же состава, что и свариваемый металл. Металл толщиной до 10 мм сваривают без разделки кромок, при больших толщинах кромок применяют V- и X-образные разделки шва. Величина сварочного тока при электродной проволоке диаметром 2,0 мм составляет 250...300 А. Скорость сварки достигает 30...40 м/ч.

Сварка трубопроводов

Подробности

В зависимости от назначения и условий работы к трубам и их соединениям предъявляют определенные требования, установленные ГОСТом или специальными техническими условиями. В настоящее время наша промышленность выпускает сварные и бесшовные (цельнокатаные) трубы, при этом производство сварных труб как наиболее производительное и экономичное непрерывно возрастает. Сварные трубы, применяемые при прокладке магистральных и производственных (так называемых технологических) трубопроводов, изготовляют с наружным диаметром от 6 до 1400 мм при толщине стенки от 0,3 до 25 мм.

Сварные трубы изготовляют по ГОСТ 10704-63, 10705-63, 10706-76, 10707-73 и 8696-74. Их выпускают с прямым продольным сварным швом или со спиральным швом. Трубы с прямым продольным швом изготовляют из листовой стали. Горячекатаные листы правят в обычных валковых правильных машинах. Затем на специальных дробеструйных установках зачищают свариваемые кромки от ржавчины и окалины на ширину 30 ...50 мм.

Разделку кромок под сварку производят на кромкострогальных станках. При этом скашивают кромки так, чтобы после формовки образовался угол разделки в пределах от 30 до 60° в зависимости от толщины заготовки. При двустороннем сварном шве угол внутренней разделки несколько больше угла наружной разделки, а притупление кромок составляет 3 ... 5 мм.

Формовку листов под сварку производят на листозагибочных вальцах или прессах. Затем заготовку подают к сварочному стану. Соединение кромок заготовки можно производить либо автоматической сваркой под флюсом, либо контактной сваркой сопротивлением или оплавлением. Чаще всего применяют стан автоматической сварки под флюсом, который имеет устройство для сближения кромок заготовки и подачи ее под сварку, сварочную головку и устройство для подачи флюса в разделку кромок шва и отсоса неиспользованного флюса.

При соединении кромок тонкостенных труб часто применяют прессовую сварку с индукционным нагревом свариваемых кромок заготовки. Трубы со спирально-сварным швом диаметром до 1200 мм изготовляют из узкого листа. Это имеет большое экономическое значение, так как снижается себестоимость производства труб. Важным преимуществом спирально-сварных труб являются высокие механические свойства, позволяющие изготовлять трубы из более тонкой листовой заготовки. При этом экономия металла по сравнению с прямо-шовными трубами достигает 30 ... 35%.

Трубы, используемые для магистралей, работающих под давлением до 2,53 МПа (25 кгс/см2), изготовляют из мартеновских сталей МСт2, МСтЗ и МСт4. Для магистральных газовых и нефтяных трубопроводов применяют трубы из низколегированных сталей марок 14ГН, 14ХГН, 14ХГС, 15ХГН, 19Г и МК. Эти стали обладают пределом прочности до 500 МПа (50 кгс/мм2) при относительном удлинении 18 ... 20% и ударной вязкости при 40° С до 294 кДж/м2 (3 кгс-м/см2). Сортаментом предусмотрены наружные диаметры труб 529, 630, 720, 820 и 1020 мм и толщина стенки 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14 мм. Цельнокатаные трубы также изготовляют из низкоуглеродистой мартеновской стали МСтЗ и МСт4 с пределом прочности 350 ... 550 МПа '35 ... 55 кгс/мм2) и относительным удлинением 20 ... 25%. Сортаментом предусмотрены наружные диаметры 168, 219, 273, 325, 377 и 426 мм и толщина стенки 4,5 ... 12 мм. Магистральные трубопроводы нефтяных заводов, работающие при высоких и низких температурах, а также трубопроводы для транспортирования жидких и газовых агрессивных веществ, монтируют из цельнокатаных труб. Их изготовляют из легированных жаропрочных и нержавеющих сталей. Наиболее часто применяют стали 10Г2, 12МХ, 15ХМ, 12Х1МФ, Х5, ХБВФ, 12Х5М, ЗОХМ, ЭЙ-578, 1Х19Н9Т, Х18Н12М2Т, Х17, Х28.

Для магистральных трубопроводов и трубопроводов нефтезаводов, предназначенных для сред, вызывающих коррозию, применяют трубы из алюминия и его сплавов. Для этих труб ГОСТ 18475-73 и 18482-73 устанавливают сортамент, предусматривающий наружные диаметры 120, 150, 180, 200, 220, 250, 280 мм и толщину стенки 10, 15, 20, 25, 30 мм.

Фасонные части различного назначения, штампованные, гнутые или сварные, предназначены для сборки магистральных и особенно заводских производственных трубопроводов. Фасонные части применяют для углов поворота, участков ответвления, обвязки различных аппаратов, насосов и других устройств. При монтаже труб диаметром до 529 мм применяют крутоизогнутые угольники, двойники, тройники и переходы, изготовляемые из стали 20 путем протяжки или штамповки. Для коррозионно-стойких трубопроводов фасонные части изготовляют из сталей 12Х5МА и 1Х18Н9Т. Крутоизогнутые угольники выпускают с наружным диаметром от 48 до 529 мм при толщине стенок от 4,5 до 12 мм и среднем радиусе от 80 до 500 мм. Большое применение получают сварные фасонные части. При этом к качеству сварки предъявляют высокие требования, особенно при монтаже трубопроводов высокого давления. Сварные отводы чаще всего делают из нескольких частей. При этом для удобства монтажа концы труб, привариваемых к отводам, делают с косым срезом Трубопроводы высокого давления (свыше 10 МПа или 100 кгс/см2) монтируют с помощью литых или кованых фасонных частей.

 

Подготовка труб к сварке

При монтаже магистральных и производственных (технологических) трубопроводов основным способом соединения труб является сварка. При этом сварку трубопроводов, работающих при давлении более 71 кПа (0,7 кгс/см2),производят с соблюдением правил Госгортехнадзора. Согласно этим правилам к сварке трубопроводов допускаются сварщики, прошедшие специальную подготовку и имеющие соответствующие удостоверения.

Сварку разрешается производить при температуре окружающего воздуха не ниже -20° С, так как при более низких температурах происходит интенсивное насыщение расплавленного металла шва газами (особенно кислородом и водородом). Что вызывает значительную пористость и снижает механическую прочность сварного шва. Трубы из легированных сталей разрешается сваривать при температуре не ниже - 10° С, так как эти стали склонны закаливаться на воздухе с образованием закалочных трещин, иногда выходящих за границы сварного шва.

Рабочее место сварщика должно быть защищено от ветра, дождя и снега. Основным типом сварного соединения труб является V-образное или чашеобразное стыковое соединение. На качество сварного соединения существенно влияет подготовка кромок труб к сварке и качество сборки стыков.

Подготовка труб к сварке включает правку свариваемых концов, очистку кромок от грязи, масла и окислов и сборку под сварку. Для правки свариваемых концов труб применяют различные приспособления механического, гидравлического и пневматического типов. Большое распространение получили расширители, состоящие из гидравлического домкрата с радиальными колодками, вставляемыми во внутрь трубы. С помощью ручного насоса повышают давление в цилиндре домкрата, в результате чего колодки раздвигаются и, упираясь в стенки трубы, выпрямляют их. Максимальное усилие достигает 784 Н (80 кгс), а правка трубы занимает 4 ... 6 мин. Кромки труб обрабатывают на заводах-изготовителях со снятием фаски под сварку. Обычно угол скоса составляет 25 ... 30°. При отсутствии скоса кромок необходимо снять фаску резцом или резаком-труборезом. В полевых условиях получили большое применение специальные трубообрезные приспособления Киевского экспериментально-механического завода Главгаза. Для кислородной резки стальных труб диаметром до 1620 мм с повышенной точностью Кироваканский завод автогенного машиностроения изготовляет машину «Спутник-3». Машиной можно резать трубы диаметром от 194 до 1620 мм при толщине стенок от 5 до 75 мм. Скорость резки от 150 до 750 мм/мин, потребляемая мощность 100 Вт, масса 20,8 кг. Машину обслуживает один человек. Этим же заводом выпускаются аппараты «Орбита-2», предназначенные, как и «Спутник-3», для резки труб большого диаметра со скосом и без скоса кромок под сварку в полевых условиях. Очистку свариваемых кромок производят следующим образом. Масло, праймер и органические покрытия удаляют бензином или специальным растворителем. От грязи и ржавчины кромки очищают с помощью стальных щеток или абразивных кругов. Сборка стыков под сварку заключается в совмещении кромок труб таким образом, чтобы совпадали поверхности свариваемых труб и не была нарушена ось нити трубопровода. При этом зазор между кромками должен быть одинаковым по всему контуру свариваемого шва. Сборка и центровка может быть выполнена вручную, но такой способ очень трудоемкий и не дает требуемой степени точности. В настоящее время в практике применяют специальные приспособления, называемые центраторами. Для сборки стыков магистральных труб большого диаметра применяют внутренние центраторы, которые базируют сборку по внутренней поверхности труб. Наружные центраторы базируют сборку по наружной поверхности труб и поэтому более просты по конструкции. Однако при большой разностенности труб и их эластичности наружный центратор не обеспечивает должного качества сборки. После сборки прихватывают стыки сварными швами длиной 60 ... 80 мм и с расстоянием между прихватками от 300 до 400 мм при диаметре трубы более 300 мм. Прихватки выполняют аккуратно и такими же электродами, какими будет заварен стык; это обеспечивает однородность наплавленного металла и хорошее качество шва. При сборке внутренним центратором можно рекомендовать вместо прихватки сплошную заварку корня шва в виде первого слоя. Это особенно желательно при низких температурах окружающего воздуха вызывающих большие внутренние напряжения и образование закалочных структур и трещин в металле шва. Способы и режимы сварки Ручную дуговую сварку трубопроводов, несмотря на небольшую толщину соединяемых кромок, выполняют в 2 ... 3 слоя. Многослойная сварка обеспечивает хороший провар корня шва и значительно повышает плотность сварного соединения. Ручную сварку производят с поворотом свариваемых стыков (так называемая сварка поворотных стыков) и без поворота стыков (сварка неповоротных стыков). Сварку поворотных стыков производят следующим образом. Первый слой должен быть наложен так, чтобы обеспечить хорошее проплавление и провар корня шва. При этом для уменьшения образования грата внутри стыка рекомендуется производить сварку в следующей последовательности. Заваривают первым слоем участки от точки 1 до точки 2 и от точки 4 до точки 3 на всех стыках соединяемой секции труб. Затем секцию поворачивают на 90° и производят заварку участков от точки 4 до точки прихватки и от точки 3 до точки 2. Чтобы не допустить прожога металла, сварку первого слоя производят электродом диаметром 4 мм при величине сварочного тока 120 ... 140 А. Хорошие результаты дают электроды с покрытием УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, СМ-11 и ВСЦ-1. Последующие слои наплавляют электродом диаметром 5 ... 6 мм при токе 200 ... 250 А. Слои наваривают в одном направлении с постепенным поворачиванием свариваемой секции. 

Сварку неповоротных стыков (так называемых потолочных) производят при соединении сваренных секций в одну плеть и окончательном завершении линий трубопровода. Первый слой (внутренняя окружность - швы 1, 2,3) заваривают снизу вверх, а последующие (наружная окружность - швы 1', 2', 3') - либо снизу вверх, либо сверху вниз (швы 4, 5, 6, 7). Последовательность наложения сварных швов при соединении труб диаметром более 700 мм показана на рис. 111, в. При сварке особенно важно смещение замыкающих участков в смежных слоях шва (так называемых замков). Они должны отстоять друг от друга не менее чем на 60 ... 100 мм, а в потолочной части удобнее заканчивать заварку шва на расстоянии 50 ... 70 мм от нижней точки трубы. При невозможности выполнить сварку неповоротных стыков потолочным швом применяют комбинированный способ сварки стыка со вставкой 2, при котором нижнюю часть шва заваривают с внутренней стороны /, а затем заваривают верхнюю часть шва с наружной стороны 3. Электроды применяют такие же, что и при сварке поворотных стыков. Однако соединение неповоротных стыков является особо ответственной сваркой и выполняется высококвалифицированными сварщиками. При прокладке магистральных трубопроводов ручную сварку применяют для наложения первого слоя шва. Последующий слой заваривают автоматической сваркой под флюсом. Автоматическая сварка под флюсом дает более качественные швы при высокой производительности. Сварку можно выполнить за один проход. Однако неточности сборки, разиостенность труб и разделки кромок шва не обеспечивают получения равнопрочного и плотного шва. Поэтому применяют двух и трехслойную сварку. Если первый слой заваривают ручной сваркой, то автоматическую сварку производят в один или два слоя.

Чтобы предупредить протекание расплавленного металла во внутрь трубы, сварку выполняют при наименьших зазорах от 1 до 2 мм при толщине стенки труб от 5 до 25 мм. Кроме того, первый слой следует наваривать так, чтобы получить плоскую или несколько вогнутую поверхность шва. Это обеспечивает лучший провар корня шва и более качественное формирование последующего слоя. Автоматическую сварку трубопроводов выполняют электродной проволокой диаметром 2 мм при сварочном токе 300 ... 500 А (в зависимости от толщины свариваемых кромок трубы). Для труб диаметром 1020 мм (толщина стенок 12 мм) применяют сварочную проволоку диаметром 3 мм при сварочном токе 800... 950 А. Автоматическую сварку под флюсом производят трактором или сварочной головкой, а полуавтоматическую - сварочными полуавтоматами ПШ-5 или ПШ-54. При сварке поворотных стыков труб большое применение получили сварочные установки ПТ-56 киевского завода Главгаз СССР и ПТ-1000 (для труб большого диаметра). Они характеризуются следующими данными. Сварку стыков в потолочном положении выполняют с подачей флюса в зону соединения с помощью шнека. Такие установки разработаны Всесоюзным научно-исследовательским институтом по строительству магистральных трубопроводов (ВНИИСТ). Для труб диаметром до 700 мм широкое применение получили автоматы АДМ-3. Специальный пантограф в процессе сварки обеспечивает плотное прижатие сварочной головки к месту стыка. Копировальное устройство и ручной корректор позволяют регулировать положение головки относительно разделки кромок шва. Подача электродной проволоки и вращение шнека для флюса осуществляется двигателем постоянного тока типа СЛ-571 мощностью 95 Вт, напряжением 24 В и регулируется реостатом, установленным в щитке управления. Реостат включен в цепь обмотки возбуждения электродвигателя. Дуговую сварку трубопроводов в защитном газе производят неплавящимися и плавящимися электродами в аргоне и углекислом газе, г Сварку труб из жаропрочных и нержавеющих сталей производят Сварку труб из жаропрочных и нержавеющих сталей производят полуавтоматами ПШВ-1. Сварку этих сталей плавящимся электродом производят полуавтоматами типа ПШП. Сварку трубопроводов в углекислом газе осуществляют полуавтоматами типа А-547. ВНИИСТ разработал более совершенный полуавтомат ПТВ-1, состоящий из пистолета, кассеты и пульта управления. Для регулирования подачи электродной проволоки редуктор вращается от электродвигательная скорость подачи электродной проволоки достигает 400 м/ч. Полуавтомат дает устойчивый процесс сварки при диаметре электродной проволоки от 1,0 до 1,2 мм и сварочном токе 250 А. Аргонодуговую сварку для соединения поворотных стыков труб производят автоматами АГП-2. Автомат состоит из сварочной головки с электродвигателем постоянного тока и механизмом подачи электродной проволоки, пульта управления и газовой горелки. При диаметре проволоки от1,0 до 2,5 мм и скорости подачи от 1,7 до 13 м/мин величина тока достигает 400 А. Для сварки неповоротных стыков большое применение получили автоматы АТВ конструкции НИАТ, состоящие из сварочной головки и пульта управления. Автомат крепится на трубе при помощи центрирующей призмы и откидного зажима. Перемещение автомата вдоль свариваемого шва и подача электродной проволоки осуществляется электродвигателем постоянного тока. Управление автоматом дистанционное. Электродная проволока диаметром 2 мм подается со скоростью от 10 до 40 м/ч. Максимальный Сварочный ток достигает 250 А При сварке труб из углеродистых и низколегированных сталей автомат, снабжается горелкой с двойным кольцевым соплом: центральным для аргона и внешним для углекислого газа. Успешно применяется автомат АС-59 конструкции ВНИИСТ, смонтированный на самоходной тележке с цепным механизмом для крепления и перемещения автомата в процессе сварки шва. Свариваемый стык собирают при минимальных зазорах в пределах 0,5 ... 1,0 мм. Тонкостенные трубы сваривают, как правило, без разделки кромок. Кромки труб с большей толщиной стенки скашивают под углом 20 ... 30°. Для сварки нержавеющих сталей применяется электродная проволока диаметром 0,8 ... 1,2 мм марки Св-06Х19Н9Т. При сварке неплавящимся электродом присадочным материалом служит проволока Св-01Х19Н9, Св-04Х19Н9 и Св-07Х19Н10Б. Заварку первого слоя производят неплавящимся вольфрамовым электродом без присадочного металла, что обеспечивает хороший провар корня шва. Последующие слои заваривают вольфрамовым электродом с присадочной проволокой или плавящимся электродом. Струя газа должна быть спокойной и полностью охватывать зону соединения. При ветрах и сквозняках необходимо применять защитные меры (щиты, палатки и др.) и увеличить давление и скорость истечения газа. Контактную сварку труб производят стыковым способом с помощью специального кольцевого трансформатора, разработанного Институтом электросварки им. Е. О. Патона. Магнитопровод трансформатора имеет вид кольца, охватывающего свариваемый стык по всей окружности. Первичная и вторичная обмотка смонтированы на магнитопроводе симметрично по всему периметру. Концы вторичной обмотки выведены на контактные башмаки, через которые сварочный ток подводится к концам свариваемых труб у их стыка. Такое устройство обеспечивает равномерное распределение тока по всему сечению стыкуемых поверхностей. Трансформатор имеет жесткую внешнюю характеристику, поэтому при оплавлении свариваемых стыков, когда контактируемая поверхность увеличивается, величина тока возрастает. Это значительно ускоряет процесс сварки, уменьшает количество расплавленного металла, снижает величину грата. Необходимая мощность может быть определена из расчета от 0,15 до 2 кВ • А на 1 см2 площади сечения стыкуемых поверхностей. Величина сварочного тока в зависимости от диаметра трубы выбирается в пределах 300 ... 750 А. Скорость оплавления достигает 0,6 мм/с. Величина оплавления - в пределах 20 ... 25 мм. Усилие сжатия зависит от давления масла в системе механизма осадки, которое устанавливается в пределах 4 ... 4,5 МПа (40 ... 45 кгс/см2). Сварка трубопроводов в условиях низких температур сопряжена со следующими трудностями. Большие скорости охлаждения и кристаллизации наплавляемого металла затрудняют выход газов и шлаковых включений на поверхность металла шва. Вследствие этого повышается хрупкость металла и склонность его к образованию закалочных структур и даже трещин, выходящих из околошовных зон в основной металл трубы. Снижение пористости и хрупкости металла шва может быть достигнуто применением электродов УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, СМ-11, ВСЦ-1, которые даже при низких температурах дают вязкий и пластичный наплавляемый металл. Электроды перед применением должны быть тщательно просушены. При автоматической сварке рекомендуется применять электродную проволоку, легированную марганцем и кремнием. Марганец и кремний, являясь хорошими раскислителями, способствуют снижению газонасыщенности металла шва. Флюс необходимо хорошо прокаливать при температуре 250 ... 300° С с последующим восстановлением грануляции. Для автоматической сварки можно рекомендовать керамический флюс, разработанный ВНИИСТ, марки КВС-19, позволяющий получать хорошие сварные швы при температуре до -30° С. Все работы, связанные с подготовкой и сборкой свариваемых труб, должны выполняться с особой осторожностью и точностью, чтобы не вызвать больших напряжений в сварных соединениях. Кромки труб тщательно очищают от снега и льда. Стыки труб перед правкой нагревают до светло-красного каления. Сварку выполняют при минимально возможных зазорах, чтобы получить при наложении первого слоя хороший провар корня шва. Сварочный ток устанавливают на 10 ... 20% больше нормального, что обеспечивает хороший провар металла и снижает скорость охлаждения металла шва. Вследствие этого снижается опасность трещинообразования. В ряде случаев для этих же целей применяют местный предварительный нагрев стыков труб до температуры 150... 200° С. Трубы из низколегированных сталей 14ХГС, 14ГС, 19Г и МК сваривают при низких температурах удовлетворительно и получают швы хорошего качества.

Сварка сталей

Подробности

СВАРКА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

 

Наиболее легко и хорошо свариваются низкоуглеродистые стали, содержание углерода в которых не превышает 0,25%. По­вышение содержания углерода в низкоуглеродистых сталях до 0,30% делает их чувствительными к закалке. Для предупреждения закалки сварных соединений рекомен­дуется применять предварительный подогрев до температуры 150-200°. При наличии в стали от 0,3 до ,5% углерода при сварке возможно образование трещин. Для получения добро­качественных сварных соединений применяется термическая обработка изделия. Перед сваркой изделие предварительно на­гревается до 200-300°, и сварка ведется в нагретом состоянии. Затем изделие вновь помещается в печь, вторично нагревается до 675-700° и медленно остывает вместе с печью. При 100-150° изделие может быть выгружено из печи для окончательного остывания на воздухе. При сварке углеродистых сталей, содержащих углерода бо­лее 0,3%, необходимо строго выдерживать режимы сварки, ре­комендованные для каждого типа электродов. Повышенный сварочный ток, излишний перегрев способствуют образованию трещин. Поэтому силу сварочного тока нужно устанавливать строго по сертификату на электроды. Наложения широких валиков следует избегать. Сварку необ­ходимо вести небольшими участками короткой дугой, поперечные движения заменять продольными, края следует заваривать, так как в них могут образоваться трещины.

СВАРКА ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

В состав легированных сталей входят специальные легирую­щие элементы: хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий, титан и другие. К легированным сталям относятся также и те стали, которые имеют повышенное содержание марганца и кремния. Легированные стали обладают по сравнению с углеродистыми бо­лее высокими механическими свойствами, а также и специальны­ми свойствами, которые необходимы для работы изделий в усло­виях глубокого холода, агрессивных сред, высоких температур и давлений. Для легированных сталей принято буквенно-цифровое обо­значение. По этим обозначениям можно приблизительно опреде­лить химический состав сталей. В государственных стандартах приняты следующие обозна­чения для легирующих элементов (см. табл. 67). Условные обозначения легирующих элементов

Обозначение

Цифры, стоящие впереди марки стали, указывают среднее с держание углерода в десятых долях процента для высоколе­гированных сталей, и в сотых долях процента легиро­ванных сталей.

Если после бук­вы цифра не стоит, то содержание этого элемента составляет около одного процента. Буква «А», стоящая в конце марки, ука­зывает на повышенное качество стали. Такая сталь имеет огра­ниченное содержание вредных примесей. Пример расшифровки состава стали по ее маркировке. Маркировка 1Х18Н9Т относится к нержавеющей стали, со­держащей в среднем 0,1% углерода, 18% хрома, 9% никеля и до 1% титана. Маркировка ЗОХГСА относится к низколегированной стали, в состав которой входит около 0,30% углерода, а содержание хрома, марганца и кремния не превышает 1 % для каждого эле­мента в отдельности. Содержание вредных примесей ограничено: сера 0,03%, фосфор 0,035%. Легирующие добавки оказывает следующее действие. Хром вводится в конструкционные стали в пределах 0,7- 1,75%. В специальных сталях содержание хрома доходит до 30%. Хром способствует закаливаемости стали, несколько понижает пластические свойства стали; часто его добавляют в сплавы вме­сте с другими легирующими примесями, например, никелем, мо­либденом и др. Никель сильно улучшает прочность и пластичность стали. Содержание никеля в легированных конструкционных сталях доходит до 5%. В специальных сталях никеля может быть до 50%. Чаще всего никель применяется в сочетании с другими эле­ментами (хромом, кремнием и др.). Молибден в конструкционных сталях содержится обычно в небольших количествах - до 0,60%. Молибден уменьшает склонность стали к перегреву, повышает ее стойкость при повы­шенных температурах, устраняет явление хрупкости при отпуске, повышает ударную вязкость, а также улучшает обрабатывае­мость стали в холодном и горячем состояниях. Ванадий вводится в легированную конструкционную сталь в количествах 0,2-0,3%. Весьма ценным свойством малых ко­личеств ванадия является его способность измельчать зерно в стали. Ванадий повышает сопротивление стали перегреву, а также значительно улучшает механические свойства стали. Титан вводится в сталь в небольших количествах - около 0,5%. Оказывает такое же действие, как ванадий. Кроме того, титан повышает вязкость стали и улучшает ее сварочные свой­ства. Марганец содержится в любой стали в количествах 0,3- 0,7%. Как легирующая примесь марганец вводится в количестве до 14-17%. Марганец повышает закаливаемость стали и улуч­шает ее механические свойства. Кремний входит в любую сталь в пределах до 0,6%. В ле­гированные стали кремний вводит я в количестве 0,8-1,2% для повышения упругих свойств. Большее содержание кремния (до 1,9%) вызывает некоторое понижение пластических свойств стали и ухудшает свариваемость.

Сварка легированной стали находится в большой зависимо­сти от ее химического состава, при этом основное значение имеет количественное содержание углерода. Легирующие добавки влияют на свариваемость слабее углерода. Влияние легирую­щих примесей неодинаково, например, хром и марганец способ­ствуют образованию трещин больше, чем никель. Благоприятно действует на свариваемость присадка титана. Значительно ухудшают свариваемость стали вредные приме­си: сера, фосфор и растворенные газы. Для получения нормальных результатов сварки содержание серы и фосфора не должно превышать 0,020-0,055%. Подготовка к сварке. При сварке легированных сталей тре­буется более высокая точность изготовления деталей, чем при сварке низкоуглеродистых сталей. Эти высокие требования вы­зываются тем, что натяжение при сборке крайне нежелательны, так как неизбежно увеличивают напря­жения. Правка сталей низкой и средней твердости не вызывает каких-либо изменений при сварке. Правку сталей высокой твер­дости следует ограничивать ввиду того, что она уменьшает плас­тичность и создает внутренние напряжения. При большом короб­лении заготовок из стали высокой твердости после плавки необхо­дим повторный отпуск. Правка допускается для заготовок из листовой стали или простых профилей. Сложные детали правке не подвергаются во избежание появления трещин. Правку термически обработанных деталей производят после отжига с последующей закалкой и отпуском. 

Подготовка кромок 

Разделка кромок должна точно соответ­ствовать требованиям чертежа или нормалям. Обрабатывать кромки под сварку рекомендуется до закалки, особенно сталей высокой твердости Дефекты в подготовке приводят к образова­нию непроваров и шлаковых включений. При наличии неровностей поверхности кромок в местах сварки необходимо их обра­батывать дополнительно. Зачистка под сварку. Легированные стали, поступающие на сварку, могут иметь на поверхности слой тугоплавкой окалины, образовавшейся при термической обработке. Для получения большего провара и чистоты переходной зоны кромки легирован­ной стали необходимо тщательно зачищать от окалины, смазки, шлака и других загрязнений. Зачистку следует делать не только в местах сплавления металлов, но и на расстоянии не менее J 0-15 мм от шва. Хорошие результаты дает дробеструйная очистка, а также травление. С кромок и прилегающих к шву закрытых мест следует также тщательно удалять влагу, жиры и различные масла, так как наличие этих примесей способ­ствует образованию пористости шва. Влага удаляется просуши­ванием или подогревом металла до 110-120°. Масло и жиры удаляются обтиркой, а также промывкой в щелочах, а иногда и прокаливанием, если это допустимо по условиям термической обработки стали.

Сборка под сварку 

Сборку под сварку конструкций из леги­рованной стали необходимо выполнять весьма тщательно. Основ­ное внимание должно быть обращено на выдерживание задан­ных зазоров, зависящих от типа швов. Сборка под сварку должна быть выполнена таким образом, чтобы размеры зазоров соответствовали требованиям, указан­ным в главе IV. Прихватка. Собранные под сварку детали предварительно скрепляются прихватками. Прихватка должна производиться сварщиками, вполне владеющими сваркой легированных сталей. Для прихватки употребляются электроды, предназначенные для основной сварки. Прихватки, наложенные неправильно, могут вызвать трещины. Их нельзя располагать на углах или около отверстий. Длина прихваток подбирается такой, чтобы они смог­ли прочно соединить детали. Практически прихватка не должна превышать по длине 2-3 толщины свариваемых листов и по высоте 0,5-0,7 высоты шва. Прихватки меньшего сечения могут легко разорваться от внутренних напряжений при сварке, а боль­шего сечения вызвать непровар или шлаковые включения. Нало­жение прихваток необходимо осуществлять по правилам сварки стали данного класса.

Технология сварки 

Сварка конструкций из легированной стали должна вестись, как правило, по тщательно разработан­ному технологическому процессу. Сварщик должен точно знать порядок выполнения операций сварки, режимы работы. Процесс сварки надо вести по возможности беспрерывно. Сварка ста ей, склонных к образованию трещин, должна произ­водиться обязательно в закрытых помещениях с температурой воздуха не ниже -50. Нельзя сваривать сталь, покрытую инеем, снегом или влагой. Очень важно при сварке легированных сталей строго выдери живать силу тока. Величина силы сварочного тока выбирается в пределах, указанных в табл. 23, 28, 29, 32, в зависимости от диаметра и марки электродов, предназначенных для сварки заданной стали.


 

Сварка швов

Особенно продуманно следует выбирать порядок сварки двухсторонних швов. Для уменьшения внутренних напряжений и предупреждения сваривания трещин обе стороны вре­менно. Поэтому конструкции сваривать в поворотном приспособлении. Для борьбы с напряжениями и трещинами рекомендуется применять способ обратной деформации, а также местный или общий подогрев. При многослойной сварке валики следует накладывать по возможности одинакового сечения и длины. Это необходимо для уменьшения зоны закалки свариваемой стали. Зона отпуска показана радиальной штриховкой. Между штриховкой и границей валика располагается зона закалки. При наложении последующих валиков зона закалки ранее наложенных валиков нагревается, вследствие чего происходит ее отпуск. В результате такого метода сварки вся зона термического влия­ния может быть равномерно отпущена. Если валики наложены разного сечения и в различном поло­жении, зоны отпуска будут не полностью перекры­вать зоны закалки предыдущих валиков и в шве останутся боль­шие прослойки закаленной стали. Отжигающий валик. Последние валики шва дают зону закал­ки, которая может быть о пущена при наложении отжигающего валика, накладываемого только на наплавленный металл. По границам отжигающего валика тоже имеется слой, кото­рый нагревается до температуры закалки. Поэтому сваривать необходимо так, чтобы этот слой обязательно проходил по не закаливающемуся наплавленному металлу. Отжигающий валик необходимо накладывать на определен­ном расстоянии от основного металла, так как при малом рас­стоянии в стали может появиться зона закалки. Расстояние между краями отжигающего валика и основного металла не­обходимо выбирать в соответствии, в которой приве­дены примерные величины зоны закалки и зависимости от ди­аметра электрода, при средних силе тока и скорости сварки. Примеры наложения отжигающих валиков при сварке сты­ковых и тавровых соединений показаны на фиг. 96. Таблица 69 Ширина зоны закалки.

Если сварное соединение состоит из двух сталей: низкоугле­родистой 1 и легированной 2, то отжигающий валик 3 наклады­вается ближе к низкоуглеродистой стали. Если сварка ведется широким швом, свыше 30 мм, то рядом накладываются два отжигающих валика. Отжигающий вал следует сплавлять в определенное время сварки. Если наложить валик на сильно разогретый шов, закаленная зона не отпустится. Нельзя делать наплавку после полного охлаждения шва, так как при этом может закончиться процесс закалки от ранее наложенных валиков и возможно появление трещин в этих местах. Поэтому отжигающий валик надо наплавлять после полного потемнения шва, когда температура будет равной 200-300°. Положение шва и спо­собы движения электро­да. Большинство марок легированных сталей мо­жно сваривать при лю­бом положении шва. Од­нако пользоваться этим не рекомендуется из-за возможности появления трещин. Особенно трудно предупредить образование трещин при сварке потолочных швов. Тол ко при сварке швов в нижнем положе­нии легче всего удается соблюдать все правила наложения ва­ликов на легированную сталь. При сварке легированных ста­лей стыковыми швами изделие необходимо по возможности устанавливать так, чтобы швы были расположены в нижнем положении, а угловые швы преимущественно в положении «в лодочку».

Путь конца элек­трода при сварке широких швов. Путь конца электро­да при сварке узких валиков. В легированной стали в процессе сварки образуется значи­тельно больше пор и шлаковых включений, чем в низкоуглеро­дистой стали. Это зависит от состава стали, в первую очередь от повышенного содержания углерода. Поэтому при сварке легированной стали все внимание сварщика должно быть обращено на нужное и правильное движение электрода. Главная особенность в движении электрода заключается в добавочных возвратных движениях. Совершенно не допускается при сварке узких валиков прямолинейное движение электрода. Взамен та­кого движения необходимо применять продольно-возвратный способ ведения электрода, а также продольно-пет­левой. Положительным при таком ведении электрода является то, что электрод движется посредине шва, затем несколько возвра­щается назад для вторичного прогрева только что наложенного слоя металла. При наплавке широких валиков таким способом могут полу­чаться поры по краям шва. Поэтому такую сварку следует про­изводить с колебательным движением, т. е. с возвратом на краях. При таком движении электрод доводится до края шва, несколь­ко задерживается и подается немного назад для вторичного про­грева наплавленного слоя. Такая же операция по­вторяется на втором крае шва. Еще лучшие результаты дает применение петлеобразных колебательных движений электрода. В процессе сварки следует избегать наложения широких ва­ликов, так как они вызывают лишний перегрев ванны и увеличи­вают образование усадочных напряжений. Хорошее качество сварки легированных сталей можно полу­чить при тщательном выполнении ряда требований, которые не­обходимо знать каждому сварщику. Концы валиков охлажда­ются с большей скоростью, следовательно, закалка их получает­ся наиболее значительной. В этих местах обычно появляются тре­щины. Для предупреждения трещин нельзя сразу после зажига­ния дуги передвигать электрод. Необходимо начало валика пере­крыть наплавленным металлом, давая тем самым дополнитель­ный прогрев. Нельзя при окончании валика сразу обрывать дугу до полного заполнения сварочной ванны (кратера) и дополни­тельного прогрева конца валика. Без такой заделки в кратере будут образовываться трещины. Кратер необходимо заплавлять на самом шве, так как вывод его на основной металл вызывает трещины. При сварке легированной стали большое значение имеет правильная форма шва. Недопустимы подрезы, которые прохо­дят по наиболее опасной закаленной зоне шва. Край наплавлен­ного валика должен иметь правильную линию без выступов и узких перехватов. Сечение шва надо выдерживать постоянным. Удалять шлак следует лишь после полного охлаждения шва. После сварки конструкции из легированной стали подверга­ют термической обработке, необходимой для снятия напряжений и предупреждения трещин, улучшения механических свойств наплавленного металла, отпуска закаленной зоны и повышения механической обрабатываемости шва.


 

Свариваемость сталей

Содержание в стали легирующих примесей оказывает большое влияние на свариваемость стали. Основные легирующие примеси при маркировке стали условно обозначаются по ГОСТ 5632-72 следующими буквами: хром - X, никель - Н, молибден - М, ванадий - Ф, вольфрам-В, титан - Т, ниобий - Б. К легирующим примесям относятся также кремний (С) и марганец (Г), при повышенном их содержании в стали. Влияние кремния и марганца на свариваемость стали рассмотрено в гл. 4, § 11. Хром содержится в обычных сталях до 0,3%. В низколегированных сталях, применяемых в строительстве для изготовления сварных и клепаных конструкций (15ХСНД), а также для изготовления арматуры железобетонных конструкций, сварных газопроводных труб (18Г2С; 25Г2С) и шпунтовых свай (12ХГ), примеси хрома не превышают 0,9%. При таком содержании он не оказывает существенного влияния на свариваемость стали. В конструкционных сталях хрома содержится от 0,7 до 3,5%, в хромистых - от 12 до 18%, в хромоникелевых - от 9 до 35%. Хром снижает свариваемость стали, так как, окисляясь, образует тугоплавкие окислы Сг203, резко повышает твердость стали в зоне термического влияния, образуя карбиды хрома, а также способствует возникновению закалочных структур. Никель содержится в низкоуглеродистых сталях до 0,3%. В низколегированных сталях, применяемых в строительстве (15ХСНД, 16ГС, 14Г и др.), примеси никеля составляют от 0,3 до 0,6%, в конструкционных сталях - от 1,0 до 5%, а в легированных сталях - от 8 до 35%; способствует измельчению кристаллических зерен, повышению пластичности и прочностных качеств стали; не снижает свариваемости стали. Молибден в теплоустойчивых сталях содержится от 0,15 до 0,8%, в сталях, работающих при высоких температурах и ударных нагрузках, его содержание достигает 3,5%. Способствует измельчению кристаллических зерен, повышению прочности и ударной вязкости стали. Ухудшает свариваемость стали, так как способствует образованию трещин в металле шва и зоне термического влияния. В процессе сварки легко окисляется и выгорает, поэтому требуются специальные меры для надежной защиты от выгорания молибдена при сварке. Ванадий содержится в сталях от 0,2 до 1,5%. Придает стали высокую прочность, повышает ее вязкость и упругость. Ухудшает сварку, так как способствует образованию закалочных структур fc металле шва и около шовной зоны. При сварке легко окисляется и выгорает. вольфрам содержится в сталях от 0,8 до 18%. Значительно повышает твердость стали и его теплостойкость. Снижает свариваемость стали. В процессе сварки легко окисляется и выгорает. Титан и ниобий содержатся в нержавеющих и жаропрочных сталях в количестве от 0,5 до 1,0%. Они являются хорошими карбидо-образователями и поэтому препятствуют образованию карбидов хрома. При сварке нержавеющих сталей ниобий способствует образованию горячих трещин. Сварка низколегированных сталей Низколегированные стали получили широкое применение в строительстве в связи с тем, что они, обладая повышенными механическими свойствами, позволяют изготовлять строительные конструкции более облегченными, а отсюда и значительно экономичными. Низколегированные стали, применяемые в строительстве, содержат углерода i е более 0,25% и легирующих примесей не более 3,0%. Для изготовление различных конструкций промышленных и гражданских сооружен! .1 применяют стали 15ХСНД, 14Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 16ГС и др. Для изготовления арматуры железобетонных конструкций и сварных газопроводных труб применяют стали 18Г2С 25Г2С, 35ГС и 20ХГ2Ц. Вез эти стали относятся к категории удовлетворительно сваривающихся сталей. Однако следует учитывать, что при содержании в стали углерода более 0,25% возможно образование закалочных структур и даже трещин в зоне сварного шва. Кроме того, выгорание углерода, как правило, вызывает образование пор в металле шва. Сталь 15ХСНД сваривают вручную электродами типа Э50А или Э55А. Наилучшие результаты дают электроды УОНИ-13/55 и электроды Днепропетровского электродного завода ДСК-50. Сварку электродами ДСК-50 можно выполнять переменным током, но лучшие результаты дает сварка постоянным током при обратной полярности. Многослойную сварку следует производить каскадным методом. Чтобы предупредить перегрев стали, следует выполнять сварку при относительно пониженных токах (40...50 А на 1 мм диаметра электрода). Рекомендуется применять электроды диаметром 4...5 мм. Автоматическую сварку стали 15ХСНД производят проволокой Св-08ГА или Св ЮГА под флюсом АН-348-А или ОСЦ-45 при относительно высоких скоростях, но при малой погонной энергии. В зимних условиях сварку конструкций из стали 15ХСНД разрешается производить при температура:; не ниже - 10° С. При более низких температурах изделия подвергают предварительному подогреву зоны сварки на ширине 100...120 мм по обе стороны шва до 100... 150° С. При температуре - 25° С сварка ге допускается. Сварку сталей 15ГС и 14Г2 производят так же, как и стали 15ХСНД. Стали 09Г2С и 10Г2С1 относятся к группе незакаливающихся сталей, не склонных к перегреву и стойких против образования трещин.? Ручная сварка электродами типа Э50А и Э55А успешно выполняется на режимах, предусмотренных для сварки обычной низкоуглеродистой стали. При этом механические свойства сварочного шва не уступают показателям основного металла. Автоматическая и полуавтоматическая сварка выполняются электродной проволокой Св-08ГА, Св-ЮГА или Св-10Г2 под флюсом АН-348-А или ОСЦ-45. Сварка листов толщиной до 40 мм производится без разделки кромок. При этом равно прочность сварного шва обеспечивается переходом легирующих элементов из электродной проволоки в металл шва. Стали хромо-кремне-марганцовистые типа хромансиль, относящиеся к низколегированным, маркируются 20ХГСА, 25ХГСА, ЗОХГСА и 35ХГСА. Основное затруднение при сварке этих сталей заключается в том, что они дают закалочные структуры и склонны к образованию трещин. При этом чем меньше толщина кромок, тем больше опасность закалки металла и образования трещин, особенно в около шовной зоне. Стали, содержащие углерод до 0,25%, свариваются лучше, чем стали с большим содержанием углерода. Для сварки могут применяться электроды или сварочная проволока Св-08 и Св-08А, а для ответственных сварных швов рекомендуются электроды со стальными стержнями из проволоки Св-18ХГСА или Св-18ХМА с покрытием типов ЦЛ-18-63; ЦК-18М, УОНИ-13/65, УОНИ-13/85, УОНИ-13/НЖ. При сварке можно рекомендовать следующие режимы: Толщина металла, мм ... 0,5...1,5, 2...3 4...6 7... 10 Диаметр электрода, мм . . . 1,5...2,0 2,5...3 3...5 4...6 Сварочный ток, А .... . 20...40 50...90 100...160 200...240 При сварке более толстых металлов применяется многослойная сварка с малыми интервалами времени между наложением последующих слоев. При сварке кромок разной толщины сварочный ток выбирается по кромке большей толщины, и на нее направляется большая часть зоны дуги. Для устранения закалки и повышенной твердости металла шва и около шовной зоны рекомендуется после сварки нагреть изделие до температуры 650...680° С, выдержать при этой температуре определенное время в зависимости от толщины металла ( 1 ч на каждые 25 мм) и охладить на воздухе или в горячей воде.


 

Сварку низколегированных сталей в защитном газе производят по режимам автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом. При сварке в углекислом газе рекомендуется электродная проволока диаметром 1,2...2,0 мм марки Св-08Г2С или Св-10Г2. Электрошлаковая сварка сталей любой толщины успешно производится электродной проволокой марки Св-10Г2 под флюсом АН-8 при любой температуре окружающего воздуха. § 31. Сварка средне и высоколегированных сталей Для получения качественного сварного шва при сварке средне и высоколегированных сталей требуется соблюдение специальных технологических мероприятий. Сварка этих сталей затруднена по следующим причинам: выгорание в процессе сварки из расплавленной ванны металла легирующих примесей и углерода; перегрев свариваемого металла (вследствие относительно малой теплопроводности); повышенная склонность металла к образованию закалочных структур; значительные деформации и напряжения, связанные с тепловым влиянием дуги, а также с большим, чем у низкоуглеродистых сталей, коэффициентом линейного расширения. При этом чем больше в стали углерода и легирующих примесей, тем сильнее проявляются эти затруднения. Для устранения влияния этих причин на качество сварного соединения рекомендуется: особенно тщательно подготавливать свариваемые кромки шва под сварку; сварку вести при больших скоростях с малой погонной энергией, чтобы не допускать перегрева металла; применять термическую обработку для предупреждения образования закалочных структур и снижения внутренних напряжений; применять легирование металла шва через электродную проволоку и покрытие с целью восполнить выгорание примесей в процессе сварки. Для сварки высоколегированных сталей применяют электроды по ГОСТ 10052-75 «Электроды металлические для дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами. Типы». ГОСТом предусмотрены электроды для сварки различных специальных сталей и регламентированы основные свойства наплавленного металла (химический состав, механические свойства, стойкость против межкристаллитной коррозии). Электроды изготовляют из высоколегированной сварочной проволоки по ГОСТ 2246-70. Применяют покрытие типа Б. Обозначаются электроды буквами ЭА с соответствующим индексом в зависимости от назначения. Например, электрод ЭА-1, предназначенный для сварки сталей 12Х18Н9, 12Х18Н9Т и 08Х18НЮ, состоит из стержня, изготовленного из проволоки Св-01Х19Н9 и покрытия типа ЦЛ-2, ЦЛ-3 или У0НИ-13/НЖ. Сварку производят постоянным током обратной полярности. При этом сварочный ток выбирают из расчета 25...40 А на 1 мм диаметра электрода. Длина дуги должна быть возможно короткой. Рекомендуется применять многослойную сварку малого сечения при малой погонной энергии. В строительстве и строительной промышленности при изготовлении различных изделий и конструкций широкое применение получили следующие средне и высоколегированные стали: хромистые, хромоникелевые, марганцовистые, молибденовые и др. Хромистые стали относятся к группе нержавеющих коррозионно-стойких и кислотостойких сталей. По содержанию хрома они делятся на среднелегированные (до 14% хрома) и высоколегированные (с 14 до 30% хрома). При сварке хромистых сталей возникают следующие затруднения. Хром при температуре 600...900° С легко вступает во взаимодействие с углеродом, образуя карбиды, которые располагаясь в толще металла, вызывают межкристаллитную коррозию, снижающую механические свойства стали. При этом чем выше содержание углерода в стали, тем активнее образуются карбидные соединения. Кроме того, хромистые стали обладают способностью к самозакаливанию (при охлаждении на воздухе), вследствие чего при сварке металл шва и около шовной зоны получает повышенную твердость и хрупкость. Возникающие при этом внутренние напряжения повышают опасность возникновения трещин в металле шва. Усиленное окисление хрома и образование густых и тугоплавких окислов являются также серьезными препятствиями при сварке хромистых сталей. Среднелегированные хромистые стали, содержащие углерода до 2%, относятся к мартенситному классу. Они свариваются удовлетворительно, но требуют подогрева до 200...300° С, и последующей термической обработки. Высоколегированные хромистые стали содержат углерода до 0,35% и относятся к ферритному классу. При сварке этих сталей возникают затруднения, указанные выше. Сварку производят с предварительным подогревом до 300...400° С; после сварки для снятия внутренних напряжений и восстановления первоначальных физико-механических свойств изделие подвергают высокому отпуску (нагрев до 650... 750°С и медленное охлаждение). Применяют электроды из сварочной проволоки Св-01Х19Н9, Св-04Х19Н9 и Св-07Х25Н13 с покрытием, содержащим плавиковый шпат и окись марганца. Это обеспечивает получение жидкого шлака, хорошо растворяющего окислы хрома. Рекомендуются покрытия ЦЛ-2, ЦТ и УОНИ-13/НЖ. Хромистые стали, как и большинство легированных сталей, обладают малой теплопроводностью и легко подвергаются перегреву. Поэтому сварку их производят постоянным током обратной полярности при малых сварочных токах. Величина тока берется из расчета 25...30 А на 1 мм диаметра электрода. Высоколеги/pрованныеtd хромоникелевые аустенитные стали получили большое применение в технике, благодаря ряду важных физико-химических и механических свойств: коррозионной стойкости, кислотоупорности, теплостойкости, вязкости, стойкости против образования окалин. Важным качеством этих сталей является хорошая свариваемость. В машиностроении применяют стали 08Х18Н10 и 12Х18Н9. Эти стали при нагреве до температуры 600...800° С теряют антикоррозийную стойкость. Выделение карбидов хрома по границам зерен приводит к межкристаллитной коррозии стали, поэтому сварку следует выполнять на постоянном токе обратной полярности при относительно малых сварочных токах, сокращая продолжительность нагрева металла. Следует применять также меры по отводу теплоты, например, при помощи медных подкладок или охлаждения. После сварки рекомендуется изделие подвергнуть нагреву до 850...1Ю0°С и закалке в воде (или воздухе для малых толщин металла). Хромоникелевые стали 12Х18Н9Т и 08Х18Н12Б содержат титан и ниобий, которые, являясь более сильными карбидообразователями, связывают углерод стали, предупреждая образование карбидов хрома, поэтому эти стали после сварки не подвергают термообработке. Для сварки хромоникелевых сталей применяют электроды, изготовленные из сварочной проволоки Св-01Х19Н9, Св-06Х19Н9Т или Св-04Х 19Н9С2 с покрытием ЦЛ-2, ЦЛ-4 (содержащим 35,5% мрамора, 41% плавикового шпата, 8,5% ферромарганца и 15% молибдена), УОНИ-13/НЖ и др. Тонколистовую сталь 12Х18Н9Т следует сваривать дуговой сваркой в аргоне, так как при сварке качественными электродами или под флюсом происходит науглероживание металла шва углеродом, входящим в состав покрытия или флюса. Процесс науглероживания снижает стойкость стали против межкристаллитной коррозии. Высоколегированная марганцовистая сталь, обладающая большими твердостью и износостойкостью, содержит от 13 до 18% марганца и 1,0 ... 1,3% углерода. Она применяется для изготовления зубьев экскаваторов, шеек камнедробилок и других рабочих органов дорожных и строительных машин, работающих при ударных нагрузках и на истирание. Для сварки применяют электроды со стержнями из углеродистой проволоки Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2 с покрытием, которое применяется для наплавочных электродов марки ОМГ, содержащем 23% мрамора, 15% плавикового шпата, 60% феррохрома, 2% графита, замешанных на жидком стекле (30% к общей массе сухих компонентов). Рекомендуются покрытия, применяемые для наплавочных электродов типа ОЗН (45 ... 49% мрамора, 15 ... 18% плавикового шпата, 26 ... 33% ферромарганца, 3% алюминия, 4% поташа, замешанных на жидком стекле). Применяют также стержни электродов из проволоки Св-04Х19Н9 и Св-07Х25Н13 с покрытием ЦЛ-2, состоящим из 44% мрамора, 51% плавикового шпата, 5% ферромарганца, замешанных на жидком стекле (20 ... 22% к массе сухих компонентов). Хорошие результаты дает также покрытие УОНИ-13/НЖ-Сварка выполняется постоянным током обратной полярности короткими участками. Величина сварочного тока определяется из расчета 30 ... 35 А на 1 мм диаметра электрода. Для получения шва повышенных прочности и износостойкости следует сварной шов проковать в горячем состоянии. При этом металл шва следует интенсивно охлаждать холодной водой (закаливать). Стали молибденовые, хромомолибденовые и хромомолибденова-надиевые относятся к теплоустойчивым сталям перлитного класса. Эти стали используют при изготовлении сварных паровых котлов, турбин, различной аппаратуры в химической и нефтяной промышленности, где применяются высокие температуры и давления. Как правило, эти стали свариваются удовлетворительно при выполнении установленных технологических приемов: предварительного подогрева до 200 ... 300° С и последующего отжига при температуре 680-780° С или отпуска при температуре 650° С. Температура окружающего воздуха должна быть не ниже +5° С. Сварка выполняется постоянным током обратной полярности. При сварке легированных сталей не следует допускать перегрева зоны термического влияния. Сварку выполняют при относительно малых сварочных токах (30 ... 40 А на 1 мм диаметра электрода). Перед сваркой сталь подогревают, а затем производят соответствующую термообработку для получения высоких механических свойств и равновесной структуры металла. Сварка при температуре ниже +5° С не разрешается.


 

РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА КОНСТРУКЦИОННЫХ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Сталь углеродистую обыкновенного качества в соответствии с ГОСТ 380-71 подразделяют на три группы: группа А - сталь поставляют только по механическим свойствам (в сварных конструкциях не используется), группа Б - сталь поставляют по химическому составу, группа В - сталь поставляют по химическому составу и механическим свойствам. Перед обозначением марки этих сталей указывают их группу (Б Ст.З, В Ст.З). Группа А перед маркой стали не указывается. Степень раскисления стали (количество кремния и марганца в ней) указывается после марки. Выделяют три группы: кипящая сталь (КП) - наименьшей степени раскисления, содержит не более 0,07 % кремния; спокойная сталь (СП) - наибольшей степени раскисления, содержит не менее 0,12 % кремния и имеет лучшую свариваемость; полуспокойная сталь (ПС) - занимает среднее положение по степени раскисления и свариваемости. Лучшие свойства имеют стали с повышенным содержанием марганца и кремния (15Г, 16К). Наличие марганца в сталях повышает ударную вязкость и хладноломкость и обеспечивает удовлетворительную свариваемость. Для изготовления сварных конструкций стали используют в горячекатаном состоянии, так как термообработка улучшает механические свойства стали, однако с увеличением толщины проката механические свойства ухудшаются. Низкоуглеродистые и низколегированные конструкционные стали имеют хорошую свариваемость. При сварке состав шва этих сталей незначительно отличается от состава основного металла. Повышение скорости охлаждения металла шва способствует увеличению его прочности, однако при этом снижаются его пластические свойства и ударная вязкость. Скорость охлаждения металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкцией сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой изделия. Многопроходные швы толстолистовых изделий при прочих равных  условиях имеют более высокие механические свойства, так как металл шва подвергается многократному тепловому воздействию от сварочных проходов. Суммарное тепловое воздействие аналогично термической обработке - отпуску. I При появлении в швах дефектов их удаляют механическим путем, воздушно-дуговой или плазменной резкой и после зачистки подваривают на тех же режимах, что и при сварке основного прохода. Рекомендуемые для электрода выбранной марки значения сварочного тока выбираются либо по упрощенным формулам, либо по паспорту электрода, в котором приведены его сварочно-технологические свойства, типичный химический состав и механические свойства наплавленного металла. При сварке рассматриваемых сталей обеспечиваются высокие механические свойства сварного соединения и поэтому в большинстве случаев не требуются специальные меры, направленные на предотвращение образования в нем закалочных структур. Однако при сварке угловых швов на толстом металле и первого с слоя многослойного шва для повышения стойкости металла против I трещин рекомендуется предварительный подогрев до температуры * 120... 150 °С. Вид предварительной термообработки стали влияет на выбор техники сварки. Материалы, не подвергавшиеся термообработке, после ) холодной прокатки на изделиях большой толщины необходимо сваривать каскадным методом или горкой, это позволяет снизить уровень сварочных напряжений и вероятность образования холодных I трещин. Термоупрочненные стали для предотвращения разрушения закалочных структур необходимо сваривать на режимах с минимальными значениями силы тока по предварительно охлажденным предыдущим сварочным валикам. При подварке дефектов в этих случаях длина подварочных швов должна быть не менее 100 мм или необходим предварительный подогрев.

РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА УГЛЕРОДИСТЫХ И ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Углеродистые и среднеуглеродистые стали содержат 0,26...0,45 % \ углерода. Качественные стали могут содержать 0,7... 1,0 % марганца. Для сварных конструкций используют стали 35 и 40, т. е. стали с содержанием углерода 0,35...0,4 %. » Высокоуглеродистые стали содержат 0,46...0,75 % углерода. Они отличаются плохой свариваемостью и не используются для сварных , конструкций. Проблемы сварки таких сталей возникают иногда при ремонтных работах. Чем больше углерода в составе стали, тем хуже ее свариваемость. Конструкционные легированные стали - это стали, содержащие один или несколько легирующих элементов при суммарном их содержании 2,5... 10 %. Такие стали называют теплоустойчивыми (см. гл. 8). Наилучшие механические свойства они приобретают после закалки с последующим отпуском. Эти стали отличает высокая прочность при достаточной пластичности. Они склонны к резкой закалке и холодным трещинам. Наиболее часто трещины возникают в швах, сваренных электродами, стержень которых имеет состав, близкий к составу основного металла. С увеличением толщины свариваемого металла возможность образования закалочных холодных трещин возрастает. Для уменьшения вероятности образования трещин необходимо уменьшить перегрев шва, для чего нужно вести сварку на минимальном токе, применять предварительный перегрев и отпуск после сварки. Подогрев осуществляют двумя способами: либо газовыми горелками, либо токами высокой частоты. Для второго способа подогрева используют водоохлаждаемые индукторы и специализированные источники питания. Индукционный подогрев более удобен с технологической точки зрения, к тому же он уменьшает наводораживание шва по сравнению с газовым пламенем. Однако газопламенный подогрев дешевле и поэтому до сих пор широко используется. Температуру подогрева деталей контролируют с помощью термокарандашей. Термокарандаш напоминает по внешнему виду цветной мелок. Цветную метку наносят на участок изделия, где нужно контролировать температуру. Затем изделие нагревают и следят за изменением цвета метки, которое происходит при определенной для данного термокарандаша температуре. Термокарандаши выпускают с шагом изменения температуры в 50 °С. Для сварки сталей 40 и 45, а также легированных сталей средней прочности рекомендуется использовать электроды УОНИ-13/55, УОНИ-13/65, ВИАМ-25, НИАТ-ЗМ. Они обеспечивают высокую пластичность и ударную вязкость металла шва и стойкость против образования трещин. При сварке швов с жесткими замкнутыми контурами и с толщиной кромок более 16 мм необходимо вести сварку в несколько проходов с наплавкой подслоев, которые выполняют функцию предварительного подогрева. Сварку производят в помещении, где температура должна быть не ниже 15 °С. При этом недопустимы сквозняки. Особенности сварки жаропрочных и коррозионностойких аустенитных сталей рассмотрены в гл. 8. При ручной дуговой сварке этих сталей покрытыми электродами прежде всего необходимо обеспечить требуемый химический состав металла шва. Для этого с целью уменьшения угара легирующих элементов применяют электроды с фтористо-кальциевым (основным) покрытием. Сварку ведут короткой дугой без поперечных колебаний электрода, что уменьшает вероятность образования дефектов на поверхности основного металла в результате прилипания брызг. Эти места могут быть очагами начала коррозии. Для предотвращения налипания брызг рекомендуется использовать смазки, аэрозоли на силиконовой основе. Наиболее простые типы таких смазок делаются на основе жидкого стекла с добавлением окислов кремния, хрома и других тугоплавких оксидов. Капли металла в виде брызг попадают на слой этой смазки и кристаллизуются на частицах тугоплавких окислов, не разрушая поверхности основного металла. При сварке электродами с фтористокальциевым покрытием для облегчения горения дуги необходимо использовать постоянный ток обратной полярности. Силу тока выбирают из условия 25...30 А на 1 мм диаметра электрода. Сварку рекомендуется выполнять ниточными швами электродами диамет ром не более 3 мм. Электроды перед сваркой необходимо прокаливать при температуре 250...400 °С в течение 1,5... 1,0 ч для уменьшения вероятности образования в швах пор, вызываемых водородом, и трещин.


 

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ И ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

 

СВАРКА ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ

Теплоустойчивыми называют стали, длительно работающие при температуре до 600 °С. К ним относятся перлитные низколегированные хромомолибденовые стали 12МХ, 12ХМ, 15ХМ, 20ХМЛ, работающие при температуре 450...550 °С и хромомолибденованадиевые стали 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20МФЛ, работающие при температуре 550...600 °С в течение 100 000 ч (10 лет). Они дешевы и технологичны, из них делают отливки, прокат, поковки для изготовления сварных конструкций: турбин, паропроводов, котлов и т.п.

Теплоустойчивость сварных соединений оценивают отношением длительной прочности металла соединения и основного металла - коэффициентом теплоустойчивости.

Чтобы работать при высоких температурах, стали должны обладать жаростойкостью, длительной прочностью, стабильностью свойств во времени и сопротивлением ползучести: их пластическая деформация при постоянной нагрузке с течением времени должна возрастать незначительно. Все это достигается введением в состав сталей 0,5...2,0% хрома, 0,2...1,0 % молибдена, 0,1 ...0,3 % ванадия и — иногда — небольших добавок редкоземельных элементов. Хорошее сочетание механических свойств изделий из теплоустойчивых сталей достигается термообработкой: нормализацией или закалкой с последующим высокотемпературным отпуском. Это обеспечивает мелкозернистую структуру, состоящую из дисперсной ферритокарбидной смеси. После 100000 ч работы обработанная таким образом сталь 15ХМ имеет прочность 260 МПа (26,5 кгс/мм2) при температуре 450 °С и 62 МПа (6,3 кгс/мм2) при температуре 550 °С, а сталь 12X1МФ - 154 МПа (15,7 кгс/мм2) при температуре 500 °С и 58 МПа (5,9 кгс/мм2) при температуре 580 °С.

Физическая свариваемость теплоустойчивых сталей, определяемая отношением металла к плавлению, металлургической обработке и к последующей кристаллизации шва не вызывает затруднений. Современные сварочные материалы и технология сварки обеспечивают требуемые свойства и стойкость металла шва против горячих трещин. Однако сварные соединения склонны к холодным трещинам и к разупрочнению металла в ЗТВ - зоне термического влияния. Поэтому нужно применять сопутствующий сварке местный или предварительный общий подогрев изделия. Это уменьшает разницу температур в

зоне сварки и на периферийных участках, что снижает напряжения в металле. Уменьшается скорость охлаждения металла после сварки больше аустенита превращается в мартенсит при высокой температуре, когда металл пластичен. Напряжения, возникающие из-за разницы объемов этих фаз, будут меньше, вероятность образования холодных трещин снизится. Применяя подогрев, нужно учитывать, что излишне высокая температура приводит к образованию грубой ферритно-перлитной структуры, не обеспечивающей необходимую длительную прочность и ударную вязкость сварных соединений. Уменьшить опасность возникновения холодных трещин можно, производя отпуск деталей, выдерживая их при температуре 150...200 °С сразу после сварки в течение нескольких часов. За это время завершится превращение остаточного аустенита в мартенсит и удалится из металла большая часть растворенного в нем водорода.

Разупрочнение теплоустойчивых сталей в ЗТВ зависит также от параметров режима сварки. Повышение погонной энергии сварки увеличивает мягкую разупрочняющую прослойку в ЗТВ, которая может быть причиной разрушения жестких сварных соединений при эксплуатации, особенно при изгибающих нагрузках. Основные способы сварки конструкций из теплоустойчивых сталей - это дуговая и контактная стыковая. Последнюю используют для сварки стыковых соединений труб нагревательных котлов в условиях завода.

Дуговую сварку производят электродами с покрытием, в защитных газах и под флюсом. Подготовку кромок деталей при всех способах дуговой сварки производят механической обработкой. Допускается применение кислородной или плазменной резки с последующим удалением слоя поврежденного металла толщиной не менее 2 мм.

Дуговую сварку производят при температуре окружающего воздуха не ниже 0 °С с предварительным и сопутствующим сварке местным или общим подогревом. Температура подогрева зависит от марки стали и толщины свариваемых кромок. Хромомолибденовые стали при толщине кромок до 10 мм, а хромомолибденованадиевые - до 6 мм можно сваривать без подогрева. Сталь 15ХМ, например, толщиной 10...30 мм надо подогревать до температуры 150...200 °С, а больше 30 мм - до температуры 200...250 °С. До 250...300 °С подогревают сталь 12Х1МФ толщиной 6...30 мм, а свыше 30 мм требуется ее подогрев до температуры 300...350 °С. При многопроходной автоматической сварке под флюсом минимальную температуру подогрева можно снижать на 50 °С. Аргонодуговую сварку корневого шва стыков труб выполняют без подогрева.

После сварки производят местный отпуск сварных соединений или общий отпуск всей сварной конструкции. Хромомолибденовые стали нагревают при отпуске до температуры 670...700 °С с выдержкой при этой температуре 1 ...3 ч в зависимости от толщины сваренных кромок,

хромомолибденованадиевые - до температуры 740...760 °С с выдержкой 2... 10 ч. Чем больше в стали хрома, молибдена, ванадия, тем больше должны быть температура и время отпуска. Отпуск стабилизирует структуру и механические свойства соединений, снижает остаточные напряжения, однако он не позволяет полностью выровнять структуру и устранить разупрочненную прослойку в ЗТВ.

Ручную дуговую сварку теплоустойчивых сталей ведут электродами из малоуглеродистой сварочной проволоки с основным (фтористо-кальциевым) покрытием, через которое вводят в шов легирующие элементы. Этот тип покрытия хорошо раскисляет металл шва, обеспечивает малое содержание в нем водорода и неметаллических включений, надежно защищает от азота воздуха. Это позволяет получать высокую прочность и пластичность шва. Однако для электродов с таким покрытием характерна повышенная склонность к образованию пор при удлинении дуги, наличии ржавчины на поверхности свариваемых кромок и при небольшом увлажнении покрытия. Поэтому нужно сваривать предельно короткой дугой, тщательно очищать кромки и сушить электроды перед их применением при температуре 80... 100 °С. Хромомолибденовые стали сваривают электродами типа Э-09Х1М (ГОСТ 9467-75) марки ЦУ-2ХМ диаметром 3 мм и более, а также ЦЛ-38 диаметром 2,5 мм, хромомолибденованадиевые - электродами типа Э-09Х1МФ марок ЦЛ-39 диаметром 2,5 мм, ЦЛ-20, ЦЛ-45 диаметром 3 мм и более. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности узкими валиками без поперечных колебаний электрода с тщательной заваркой кратера перед обрывом дуги. Когда подогрев свариваемых изделий и их термообработка после сварки невозможны или если необходимо сваривать перлитные теплоустойчивые стали с аустенитными, допускается использование электродов на никелевой основе марки ЦТ 36 или проволоки Св 08Н60Г8М7Т при аргонодуговой сварке.

Теплоустойчивые стали сваривают дуговой сваркой плавящимся электродом в углекислом газе и вольфрамовым электродом в аргоне. Сварку в С02 из-за опасности шлаковых включений между слоями используют обычно для однопроходных швов и для заварки дефектов литья. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности с присадочной проволокой (ГОСТ 2246-70) Св 08ХГСМА для хромомолибденовых сталей или Св 08ХГСМФА для хромомолибденованадиевых сталей. Для проволоки диаметром 1,6 мм сила сварочного тока 140...200 А при напряжении дуги 20...22 В, а диаметром 2 мм 280... 340 А при 26...28 В.

Ручная аргонодуговая сварка используется для выполнения корневого шва при многопроходной сварке стыков труб. Автоматической сваркой в аргоне сваривают неповоротные стыки паропроводов в условиях монтажа. При аргонодуговой сварке хромомолибденовых сталей.

Автоматическую дуговую сварку под флюсом используют на поворотных стыках трубопроводов, коллекторов котлов, корпусов аппаратов химической промышленности и других изделиях с толщиной стенки 20 мм и более. Применяют низкоактивные по кремнию и марганцу флюсы ФУ-11, ФУ-16, ФУ-22. Этим достигается стабильность содержания Si и Мп в многослойных швах и низкое содержание в них оксидных включений - продуктов процесса восстановления марганца. Сварку под флюсом ведут со скоростью 40...50 м/ч на постоянном токе обратной полярности силой 350...400 А при напряжении дуги 30...32 В. Высокая скорость сварки уменьшает погонную энергию, что снижает разупрочнение хромомолибденованадиевых сталей в околошовной зоне. Применяют проволоку диаметром 3 мм Св 08МХ и Св 08ХМ для хромомолибденовых сталей и Св 08ХМФА для хромомолибденованадиевых сталей. Можно применять проволоку диаметром 4 и 5 мм, увеличив соответственно силу тока до 520...600 А и 620...650 А при напряжении дуги 30...34 В.


 

Высоколегированными называют стали, содержащие легирующих элементов в сумме более 10 % или одного элемента не менее 5 %. Их применяют в судостроении, нефтехимической промышленности, производстве летательных аппаратов, энергетических установок, бытовой техники. Эти стали имеют более низкую, чем у углеродистых сталей, теплопроводность, больший коэффициент теплового расширения и высокое омическое сопротивление. По особенностям структуры все многообразие марок высоколегированных сталей разделяют на восемь групп: мартенситные, мартенситно-ферритные, ферритные, аустенитные жаропрочные, аустенитные коррозионно-стойкие, аустенитно-ферритные коррозионно-стойкие, аустенитно-мартенситные и мартенситно-стареющие стали.

Мартенситные стали, например 15X11МФ, 15Х12ВНМФ, 10Х12НЗД, 18Х11МНФБ, 10Х12НД, предназначены для работы при температуре до 650 °С. Из них делают, например, лопатки и диски паровых турбин и газотурбинных установок. Эти стали содержат 0,1...0,2 % углерода, 0,3...0,6 % кремния, около 1 % марганца. В них много хрома: до 10... 13 %. Их дополнительно легируют молибденом, вольфрамом, ниобием, ванадием и никелем (до 3,2 %), повышающими сопротивление сталей ползучести под напряжением при высокой температуре.

Технологию сварки этих сталей усложняет их повышенная склонность к хрупкому разрушению в состоянии закалки. Поэтому сварные со

единения большинства мартенситных сталей немедленно после сварки подвергают термической обработке (отпуску) для снятия внутренних напряжений и формирования нужных механических свойств. Сваривают мартенситные стали обычно ручной дуговой сваркой. Применяют электроды КТИ-9, ЦЛ-32, содержащие 10...12 % Сг, 0,8 % Ni, 1 % Mo и 0,02...0,09 % С. Это обеспечивает химический состав сварных швов, близкий к основному материалу, и повышает вязкость металла шва. Применяют также аустенитные электроды ЗИО-8 и ЭА-395/9. Автоматическую сварку ведут проволокой Св 15Х12НМВФБ и Св 15Х12ГНМБФ под флюсами АН-17 и ОР-6.

Мартенситно-ферритные стали (08X13, 12X13,20X13, 14Х17Н2 и т.п.) имеют повышенное (до 12... 18 %) содержание хрома. Это придает им стойкость против коррозии. Эти стали используют для изготовления конструкций, работающих в агрессивных средах, например в производстве нефтехимических продуктов, а также в воде при высоких температуре и давлении.

Для соединения мартенситно-ферритных сталей применяют дуговую сварку штучными электродами, в защитных газах и под флюсом. Больше распространены сварочные электроды типа Э-10Х25Н13Г2 (марки ОЗЛ-6, ЦЛ-25) и проволоки (Св 07Х25Н12Г2), обеспечивающие получение аустенитного наплавленного металла. Для ручной дуговой сварки стали 14Х17Н2 применяют электроды типа Э-10Х18Н2 марки АНВ-2, для аргонодуговой сварки и автоматической под флюсом - проволоки Св 08Х18Н2ГТ и Св 08Х14ГНТ, флюсы ОФ-6, АНФ-6.

С точки зрения свариваемости мартенситно-ферритные стали являются "неудобным" материалом. В связи с высокой склонностью к подкалке в сварных соединениях возможно образование холодных трещин. Из-за опасности образования холодных трещин и хрупкого разрушения вследствие резкого снижения ударной вязкости металла околошовной зоны сварку этих сталей нужно вести с предварительным и сопутствующим подогревом, а также подвергать сварные соединения термическому отпуску. Сталь 08X13 подогревают до температуры 150...200 °С, а отпускают при температуре 680...700 °С. Сталь 14Х17Н2 подогревают так же, а отпуск производят при температуре 620...640 °С. Время между сваркой и отпуском для этих сталей не ограничивается. Стали 12X13 и 20X13 подогревают перед сваркой до температуры 300 °С и не позже чем через 2 ч после сварки производят отпуск при температуре 620...640 °С.

Высокохромистые ферритны е стал и (08Х17Т, 15Х25Т и др.) по сопротивляемости коррозии не уступают дорогостоящим хромоникелевым аустенитным сталям и превосходят их по стойкости против коррозионного растрескивания. Чаще всего их применяют для изготовления оборудования, работающего без ударных и знакопеременных нагрузок, не подлежащего контролю Госгортехнадзора.

Особенность высокохромистых ферритных сталей - их склонность к охрупчиванию под воздействием сварочного нагрева. Пластичность металла в ЗТВ приближается к нулю. Поэтому во избежание трещин сварку, гибку, правку и все операции, связанные с ударными

нагрузками, нужно производить с подогревом до температуры 150...200 °С. Для ручной дуговой сварки этих сталей, автоматической дуговой сварки под флюсом и в защитных газах применяют хромоникелевые

сварочные электроды и проволоки, обеспечивающие металл шва типа Х25Н13 с аустенитной структурой. Например, сталь 08X17Т лучше сваривать электродами ЦЛ-Э, УОНИ/ЮХ17Т или проволокой Св 10Х17Т под флюсом АНФ-6, ОФ-6, сталь 15Х25Т - электродами ЭНО-7, ЭА48М/22, АНВ-9 или АНВ-10, проволокой Св 07Х25Н13 в аргоне либо под флюсами АН-16, АН-26С, АНФ-11, ОФ-6; сталь 08Х23С2Ю электродами ЦТ-23, ЦТ-38. После сварки все ферритные стали отжигают при температуре 760 °С в течение 2 ч. Это практически полностью снимает остаточные напряжения, увеличивает деформационную способность сварных соединений.

Аустенитные жаропрочные стали по типу легирования и по характеру упрочнения делят на две группы. Первая - это roмогенные стали, не упрочняемые термообработкой: Х14Н16Б, Х18Н12Т, Х23Н18, Х16Н9М2 и др. Они способны длительно работать под напряжением при температуре до 500 °С. Ко второй группе относят гетерогенные стали, упрочняемые закалкой и старением: Х12Н20ТЗР, 40Х18Н25С2, 1Х15Н35ВТР. Такие стали способны длительно работать под напряжением при температуре до 700 °С. Из них изготавливают изделия, испытывающие при работе совместное действие напряжений, высокой температуры и агрессивных сред: лопатки газовых турбин, камеры сгорания и горячие тракты газотурбинных двигателей, трубопроводы с перегретым паром и т.п.


 

Аустенитные жаропрочные стали склонны к горячим трещинам при сварке и к охрупчиванию сварных конструкций. Поэтому при сварке, особенно изделий, работающих при температуре до 600 °С, применяют материалы, обеспечивающие присутствие в металле шва 1 ...2 % ферритной фазы. Это условие выполняется при сварке электродами ЦТ-26, ЦТ-16, ЦТ-7, КТИ-5. Для конструкций из жаропрочных сталей, длительно работающих при температуре 700...750 °С, применяют электроды КТИ-7, ОЗЛ-9А. Для сохранения легирующих элементов в швах ответственных конструкций применяют инертные защитные газы и безокислительные галоидные флюсы ФЦ-17, АНФ-5. Присадочную проволоку в сварочную ванну лучше вводить в твердом состоянии, минуя столб дуги и капельный перенос. Проволока должна вводиться в хвостовую часть ванны в точку, отстоящую от оси дуги не менее чем на одну треть длины ванны.

 

При выборе режима сварки главная проблема - предотвращение горячих трещин в металле шва и в ЗТВ. Наиболее эффективно регулирование скорости сварки, которая может быть уменьшена до 6 м/ч. Повысить стойкость швов против горячих трещин и улучшить механические свойства сварного шва можно внешними технологическими воздействиями: перемешиванием сварочной ванны путем механического или электромагнитного воздействия, интенсивным охлаждением сварочной ванны подачей в нее твердого присадочного материала или струи воды.

К аустенитным коррозионно-стойким относят хромоникелевые стали типа 18-10 (содержащие 18 % Сг и 10 % Ni), хромомарганцевые, хромо-марганцево-никелевые, хромоникелемолибденовые и высококремнистые стали. Наиболее распространена сталь 18-10, поскольку высокое содержание в ней хрома и никеля обеспечивает коррозионную стойкость в сочетании с жаростойкостью.

Аустенитные стали обладают повышенной склонностью к образованию горячих трещин, аустенитные швы на них имеют пониженную коррозионную стойкость, поэтому электроды и присадочную проволоку выбирают такой, чтобы по химическому составу металл шва отличался от свариваемого материала. Для сварки сталей типа 18-10 применяют электроды (ГОСТ 10082-85) типа ОЗЛ-8 (Э-07Х20Н9), для аргонодуговой сварки - проволоку типа Св 06Х19Н9Т, Св 08Х20Н9Г7Т (ГОСТ 2246-70), для дуговой сварки под флюсом флюсы АН-26, АН-45 и проволоку Св 06X19Н09, Св 08Х20Н9Г7Т, для дуговой сварки в С02 - проволоку Св 08Х20Н9Г7Т.

При сварке аустенитных сталей толщиной более 14...16 мм устойчивость против трещин достигается легированием швов Mn, Mo, Ni и исключением из них Ti, Nb и А1. Можно использовать многослойные композитные швы: обращенную в сторону агрессивной среды часть шва выполнять материалами, обеспечивающими химический состав металла шва, более близкий к свариваемому металлу.

Аустенитные стали имеют пониженную температуру плавления, низкую теплопроводность, высокий коэффициент линейного расширения. Недостаток аустенитных сталей - склонность к межкристаллитной коррозии. Коррозионную стойкость сталям придает хром. Но при температуре 500...700 °С (температура провоцирующего отжига) интенсивно образуются карбиды хрома типа Сг23С6, выпадающие по границам зерен металла, которые обедняются хромом и теряют коррозионную стойкость. При контакте с коррозионной средой границы зерен начинают разрушаться, хотя зерна остаются коррозионно-стойкими. В процессе сварки металл шва и околошовная зоsystem-pagebreakн /p /tdа могут находиться при температуре провоцирующего отжига достаточно долго, чтобы успели выделиться карбиды хрома. Тогда вдоль шва с обеих сторон образуются узкие полосы с низкой коррозионной стойкостью

(ножевая коррозия). Может также потерять коррозионную стойкость металл шва.

Учитывая все эти особенности, при выборе режима сварки нужно стремиться к увеличению скорости нагрева и охлаждения металла. В частности, при дуговой сварке силу тока снижают на 10...30 % по сравнению со сваркой углеродистых сталей, повышают скорость сварки, накладывая узкий "ниточный" шов, применяют принудительное охлаждение.

К аустенитно-ферритным коррозионно-стойким относятся стали, в которых содержание хрома в 1,5...4 раза превышает содержание никеля. Это, например, стали 08Х22Н6Т, 12Х22Н6Т, 03Х23Н6, 20Х23Н13. Эти стали имеют высокие пределы прочности и текучести, хорошую коррозионную стойкость и хорошо свариваются. При изготовлении из них, например, сварной химической аппаратуры можно уменьшить расход металла за счет уменьшения толщины листа.

Эти стали можно сваривать ручной и механизированной дуговой сваркой, а также другими способами, причем предпочтительны способы сварки с невысокой погонной энергией. Техника выбора режима такая же, как и для других коррозионн![CDATA[ // ]]остойких сталей. Благодаря высокому содержанию феррита швы обладают достаточной стойкостью против горячих трещин. При сварке плавлением используют электроды ЦЛ-11, ОЗЛ-7, ЦТ-15-1, НЖ-13, АНВ-36, проволоку Св 08Х21Н7ВТ, Св 03X21 Н10АГ5,( флюсы АН-26, АИК-45МУ. При сварке деталей с толщиной кромок 16...20 мм рекомендуется обрабатывать границы шва с основным материалом сварочной дугой, горящей в аргоне с неплавящегося электрода. Такой местный нагрев с малой погонной энергией обеспечивает мелкозернистую ферритную структуру с аустенитными прослойками по границам зерен. Это повышает пластичность и коррозионную стойкость.

Мартенситно-стареющими называют стали, увеличивающие прочность в результате структурных превращений (старения), происходящих во время выдержки этих сталей при температуре 300...400 °С. Они содержат 18...25 % никеля и 7... 10 % кобальта с добавками молибдена, титана и алюминия, например стали Н18К9М5Т, Н18К8М5ТЮ. Другая система легирования основана на сочетании никеля (5...10 %) с хромом (10... 13 %) с добавками молибдена, титана и алюминия или кобальта и вольфрама, что обеспечивает прочность после старения до 1570 МПа (160 кгс/мм2). Пример таких сталей: Х12Н10М2ТЮ, Х12Н9К4МВТ. Из-за относительно высокой стоимости мартенситно-стареющие

стали применяют в конструкциях, требующих повышения удельной прочности металла при низкой чувствительности к надрезам и трещи ноподобным дефектам. Это, например, корпуса двигателей, сосуды высокого давления, изделия криогенного назначения. Перспективно использование этих сталей для износостойкой наплавки.

Мартенситно-стареющие стали хорошо свариваются всеми способами сварки. Они мало чувствительны к образованию холодных и горячих трещин, обеспечивают высокие механические свойства сварных соединений. Технология сварки проста и надежна. Сваривать можно без подогрева и без последующего отпуска, обеспечивая нужные свойства операцией старения. Чаще всего применяют электронно-лучевую и дуговую сварку в аргоне с неплавящимся электродом и с присадочной проволокой близкого к основному металлу состава. Применяют импульсную дугу, колебания электрода поперек стыка деталей. Большие толщины сваривают в щелевую разделку (устанавливая между кромками деталей зазор, в который вводят электрод). Все это обеспечивает мелкозернистую структуру металла шва и близкие к основному металлу механические свойства.

Контрольные вопросы

1. Какие стали относятся к теплоустойчивым?

2. Где применяют теплоустойчивые стали?

3. Что осложняет сварку теплоустойчивых сталей?

4. Какое средство предотвращения холодных трещин в сварных соединениях из теплоустойчивых сталей наиболее надежно?

5. Зачем нужен предварительный или сопутствующий сварке подогрев теплоустойчивых сталей?

6. Зачем нужен отпуск сварных соединений из теплоустойчивых сталей?

7. Какие электроды используются для ручной дуговой сварки теплоустойчивых сталей?

8. Почему рекомендуется сваривать теплоустойчивые стали предельно короткой дугой?

9. Когда используется аргонодуговая сварка при изготовлении сварных конструкций из теплоустойчивых сталей?

10. Почему сварку под слоем флюса теплоустойчивых сталей рекомендуется проводить на повышенных скоростях?

11. Какие стали называют высоколегированными?

12. Где применяются высоколегированные стали?

13. Чем усложняется технология сварки мартенситных сталей?

14. Какие электроды применяют для ручной дуговой сварки мартенситных сталей?

15. Допускается ли разрыв во времени между сваркой мартенситных сталей и их последующей термообработкой?

16. Какие стали относятся к мартенситно-ферритным?

17. Почему с точки зрения свариваемости мартенситно-ферритные стали являются "неудобным" материалом?

18. Как производят сварку мартенситно-ферритных сталей?


 

ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Низкоуглеродистые стали, содержащие до 0,25 % углерода, хорошо свариваются нормальным пламенем. При сварке возможно выгорание углерода, марганца и кремния, что может уменьшить прочность шва. При сварке деталей большой толщины для выравнивания механических свойств можно производить термообработку сваренных деталей (нормализацию, низкотемпературный отжиг). Для повышения производительности можно применять окислительное пламя. При этом нужно использовать присадочный материал с повышенным содержанием раскислителей марганца и кремния, например Рис. 44. Выполнение горизонтальных проволоку Св 0,6Г2С, Св 12ГС. правым (а) и потолочных швов левым (б) и правым («) способами С повышением содержания углерода свариваемость сталей ухудшается, повышается вероятность образования холодных трещин. При сварке среднеуглеродистых сталей применяют только нормальное пламя, мощность его выбирают на 20...30 % меньше, чем для низкоуглеродистых сталей. При толщине металла более 3 мм рекомендуется общий подогрев изделия перед сваркой до 250...350 °С или местный подогрев зоны сварки горелкой до 650...700 °С и отпуск сварного соединения при 600...650 °С. Для повышения свойств металла шва можно применять присадочную проволоку, содержащую от 0,5 до 1,0 % хрома и 2...4 % никеля, например Св 06НЗ или Св 18ХГС. Высокоуглеродистые стали, содержащие 0,6...2 % углерода, сваривают в основном так же, как и среднеуглеродистые. Лучше в этом случае применять левый способ сварки нормальным или слегка науглераживающим пламенем и низкоуглеродистую присадочную проволоку. Можно пользоваться бурой в качестве флюса. Хорошее качество соединений можно получать при толщине кромок не более 5...6 мм. Низколегированные стали перлитного класса сваривают тоже нормальным пламенем. Флюсы не применяют. Чтобы легирующие элементы (хром, молибден, кремний) не выгорали, нужно стремиться не перегревать металл. Предварительный и сопутствующий подогрев зоны сварки или всего изделия до температуры 250...360 °С и замедление охлаждения сварного соединения путем подогрева охлаждающегося шва пламенем горелки позволяют избежать появления горячих трещин. Для высоколегированных сталей газопламенная сварка - самый плохой способ сварки, особенно это относится к коррозионно-стойким и кислотостойким сталям, содержащим хром. Большая зона нагрева ведет к потере коррозионной стойкости. Сварку таких сталей следует вести нормальным пламенем пониженной мощности (~ 70 л/ч ацетилена на 1 мм толщины кромок) на большой скорости, не допуская перерывов. Тонкие кромки сваривают левым способом, толстые только правым. После сварки хромистых сталей рекомендуется термообработка изделия по режиму для данной стали.

Сварка под слоем флюса

Подробности

ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ И АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ СВАРКА ПОД СЛОЕМ ФЛЮСА И ВИБРОДУГОВАЯ НАПЛАВКА. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ ПОД СЛОЕМ ФЛЮСА

 

Благодаря высокой производительности свар­ка под слоем флюса широко применяется во многих отраслях народно о хозяйства. Этот способ был разработан под руковод­ством академика АН УССР Е. О. Патона в 1940 г. Как уже отмечалось (см. параграф 8 гл. III), применение флюса обеспечивает надежную защиту расплавленного металла от окисления азотирования. Это позволяет получить металл шва с высокими механическими свойствами. При сварке под слоем флюса разбрызгивания металла, имею­щего место при сварке открытой дугой, не происходит. Расход электроэнергии при сварке под флюсом ниже, чем при ручной дуговой сварке. Последнее связано с меньшими потерями тепла в окружающую среду. Схема сварки под слоем флюса представ­лена на фиг. 70. При полуавтоматической сварке подача проволоки произво­дится механизмом, а перемещение держателя вручную. Флюс при полуавтоматической сварке подается в зону горения дуги или из бункера, закрепленного на держателе, или по шлангу от специального флюсового питателя. При автоматической сварке перемещение сварочной проволо­ки относительно изделия производится механизмом. Кроме того, уборка не сплавившейся части флюса при автоматической свар­ке производится специальным флюсовым отсасывающим механизмом. Процесс сварки под слоем флюса может вестись на перемен­ном токе, а также на постоянном токе при прямой и обратной полярности.

Поскольку при сварке под слоем флюса разбрызгивание электродного металла не происходит, ее можно вести при больших плотностях тока, чем ручную сварку. В связи с этим при сварке под слоем флюса значительно повышая скорость сварки и соответственно производительность труда. Следует также отметить, что при сварке под слоем флюса качество сварных соединений получается высоким. Обязательным усло­вием для получения вы­сокого качества сварных соединений является на­стройка оборудования, правильная подготовка кромок под сварку, а так­же правильная сборка сварных конструкций.

ПОДГОТОВКА КРОМОК И СБОРКА КОНСТРУКЦИЙ

В связи с примене­нием большой силы тока и хорошим использова­нием тепла электриче­ской дуги при сварке под флюсом образуется срав­нительно большая ванна жидкого металла. При скоростных методах свар­ки под слоем флюса дли­на этой ванны составляет 100- 150 мм и более. Кро­ме того, при сварке под слоем флюса образуется большое количество расплавленного шлака. В связи с этим при сварке под слоем флюса необходимо предусматривать специальные меры для борьбы с протеканием металла и расплавленного шлака через зазоры. Эти меры необходимы также для борьбы со стеканием металла и шлака в случае сварки цилиндрических изделий. Борьба с про­теканием жидкого металла и шлака может вестись путем умень­шения зазоров между соединяемыми кромками заготовок, а также путем специальных приспособлений в виде флюсовых подушек, медных или стальных подкладок.

Схема процесса сварки под слоем флюса. При сварке под слоем флюса необходимо также обеспечить постоянство размеров разделки, что оказывает большое влия­ние на равномерность сечения шва. Подготовка кромок при сварке под слоем флюса должна вестись механизированными способами. При относительно небольшой толщине металла (до 6-10 мм) подготовку кромок следует вести путем строжки. При большей толщине следует применять механизированную кисло­родную резку с помощью полуавтоматов и автоматов. Этот способ резки особенно выгодно применять в случае под­готовки со скосом кромок, когда невозможна строжка заготовок пакетом. Применение способов подготовки должно обеспечить требо­вания ГОСТ 8713-58 (см. параграф 2, гл. IV, табл. 44).

Примеры установки выводных планок при сварке стыковых и валиковых швов.

А стыковой шов без скоса кромок; двусто­ронним скосом; валиковый шов. Применение строжки позволяет вести сварку металла малой толщины под слоем флюса без каких-либо подушек и подкладок. В этом случае сборку производят с так называемыми «нулевыми зазорами», а сварку осуществляют с двух сторон с применением кантовки. Такой технологический процесс нашел широкое применение в судостроении. Существенное влияние на качество швов, выполняемых под слоем флюса, оказывают различного рода загрязнения: влага, ржавчина, окалина, смазка и др. Попадание этих загрязнений в зону дуги приводит к обиль­ному выделению газов. Это резко ухудшает условия формирова­ния шва и сл жит одной из причин возникновения в наплавлен­ном металле пор и раковин. В связи с этим перед сборкой кром­ки заготовок и прилегающую к ним зону следует тщательно зачищать. Ширина очищаемого участка должна быть более шири­ну шва на 10-20 мм. Следует отметить, что загрязнения с кромок могут перехо­дить во флюс, что также приводит к образованию пор. Очистка от ржавчины или окалины может производиться металлическими щетками, закрепляемыми на переносных пневматических или электрических машинках. При значительном загрязнении очистку следует производить наждаком. Кроме того, можно применять пламенную очистку с использованием газосварочных горелок, резаков или специальных горелок для очистки. Хорошие результаты дает химическая очистка с после­дующим фосфатированием. Следует отметить, что в ряде случаев вместо очистки кромок и однопроходной сварки под слоем флюса металла толщиной 3-6 мм применяют двухпроходную (двухслойную) сварку. При сварке в два слоя наложением второго слоя удается ликвидиро­вать неплотности сварного шва. Однако такая технология вызы­вает непроизводительные расходы сварочной проволоки, флю­сов, электроэнергии. Затраты труда на сварку второго слоя составляют примерно такую же величину, как и затраты труда на механизированную очистку. С целью ускорения процесса сборки, заготовки следует подвергать правке на прессах или правильных машинах. Приспо­собления дл сборки целесообразно оснащать быстродействую­щими прижимными устройствами, а также упорами и фиксато­рами. Взаимное расположение заготовок при сварке стыковых швов фиксируется концевыми планками и прихватками. Конце­вые планки необходимы и для начала сварки и вывода кратера. Длина планки для вывода кратера берется больше длины кратера на 30-40 мм. Ширина планки должна выбираться из условия нормального удержания на ней флюса. Примеры установки выводных планок при сварке под слоем флюса стыковых и угловых швов представлены на фиг. 71. Наложение прихват к для целей сборки следует производить качественными электродами, не более чем через 500 мм длины шва. В случае применения прижимов возможна сборка без при­хваток, а лишь с установкой концевых планок.

РЕЖИМЫ СВАРКИ

В понятие режим сварки под слоем флюса включают силу тока, напряжение на дуге и скорость сварки. Такие технологи­ческие факторы как диаметр электродной проволоки и скорость подачи проволоки, устанавливают исходя из условий получение нужной силы тока. Сила тока оказывает существенное влияние на глубину проплавления и незначительное влияние на ширину шва. С уве­личением силы то а почти пропорционально увеличивается глу­бина проплавления. По данным Б. И. Медовара, увеличение силы тока на 100 а приводит к увеличению глубины проплавле­ния в среднем на 1 мм в случае сварки стыковых швов без раз­делки. На глубину проплавления оказывает влияние также род тока. Так, при сварке на постоянном токе глубина проплавления при обратной полярности больше, чем при прямой.

Влияние напряжения на дуге на форму шва: 1С - 1000; vc =20 м/час; d3 = 4 мм.

На величину силы тока влияет диаметр электрода и скорость его подачи. В свою очередь диаметр электрода оказывает влияние на глубину проплавления. Так, при одной и той же силе тока глубина проплавления увеличивается с уменьшением диаметра электродной проволоки. Последнее связано с увеличением плот­ности тока. Напряжение на дуге оказывает существенное влияние на ширину шва и лишь незначительное на глубину проплавле­ния. С увеличением напряжения значительно увеличивается ши­рина шва при некотором уменьшении глубины проплавления. Влияние напряжения на размеры шва представлено. Как и в случае ручной дуговой сварки, более чувствителен к режимам сварки металл небольшой толщины. В связи с этим при сварке т кого металла следует применять постоянный ток, дающий более постоянное напряжение на дуге по сравнению с переменным током. Для хорошего формирования шва при сварке под слоем флюса необходимо выдерживать определенное соотношение между напряжением и си ой тока. Подобные соотношения приведены в табл. 60. Скорость сварки также оказывает влияние на глубину про­плавления и ширину шва (8-25 м/час). Увеличение скорости сварки в интервале от 8 до 25м/час приводит к увеличению глу­бины проплавления с одновременным уменьшением ширины шва. Дальнейшее увеличение скорости сварки в интервале 20-30 м/час приводит к уменьшению глубины проплавления с одно­временным уменьшением ширины шва. Наряду с рассмотренными факторами на формирование шва оказывают влияние состав флюса и его грануляция, вылет и наклон электрода Состав флюса и его гра­нуляция влияют на форму шва, глубину проплавления и ширину шва. Так, флюсы АН-348-А и ОСЦ-45, имеющие высокое содер­жание кремния, позволяют получить шов с более гладкой поверхностью, чем флюсы с пониженным содержа­нием кремния. Флюсы более мелкой грануляции обеспечивают увеличе­ние глубины проплавления при уменьшении ширины шва.

Вылет электрода оказывает влияние на глубину проплав­ления и форму шва лишь при диаметре электрода менее 3 мм. При этом с увеличением вылета уменьшается глубина проплава. Разделка кромок при двусторонней сварке стыковых швов. В случае сварки с большим вылетом возможно проплав наплывов по краям шва.

Направление сборки. Расположение элект­родной проволоки «углом впе­ред» при сварке на повышенных скоростях. Наклон эл к родной проволоки и пользуется для улучше­ния формирования шва при относительно высоких скоростях сварки. При этом процесс сварки производят «углом вперед», как показано. Сварка под слоем флюса при располо­жении электродной проволоки «углом вперед» позволяет полу­чить широкий шов с хорошим формированием и относительно небольшим проплавлением. Этот прием может быть также ис­пользован при полуавтоматической сварке для повышения. Представлена разделка кромок при двусторонней сварке стыковых швов. При полуавтоматической сварке для подбора режимов могут быть использованы данные табл. 61, 64, 65, относящиеся к электродной проволоке диамет­ром 2 мм и менее.


 

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ ПОД СЛОЕМ ФЛЮСА

Для сварки под слоем флюса применяют полуавтоматы и ав­томаты. Полуавтоматы С разработкой полуавтоматов увеличилось применение свар­ки под слоем флюса. В полуавтоматах удачно сочетаются вы­сокая производительность автоматической сварки с универсаль­ностью и маневренностью ручной дуговой сварки. Полуавтома­тами производят сварку труднодоступных соединений, а также сварку сплошными прерывистыми и криволинейными швами. В сварочном производстве широко применяют два основных типа шланговых полуавтоматов: а) полуавтоматы со ступенчатым регулированием скорости подачи электродной проволоки и бункером для подачи флюса, закрепленном на держателе (ПШ-5, П1П-5);170 Полуавтоматическая и автоматическая сварка б) полуавтоматы с плавным регулированием скорости и по­дачей флюса через шланг (ПДШМ-500). Тип полуавтомата выбирают исходя из конкретных условий сварки. Если в конструкции преобладают наружные и открытые швы, а размеры изделия сравнительно не велики, то следует при­менять ПШ-5, ПШ-54. При сварке труднодоступных швов и швов внутри сосудов, а также при сварке на высоте (с лестниц) более удобны полу­автоматы ПДШМ-500. При работе ими не требуются частые перерывы для за­полнения бункера флюсом и переноски подающего механизма. Так, при сварке крупногабаритных конструкций на заво­де Уралэлектроаппарат полуавтоматами ПДШМ-500 производилась сварка на вы­соте до 3,5 м и практически закупорок флюса в шлангах не наблюдалось. Полуавтомат ПШ-5 и ПШ-54. В комплект этих полуавтоматов входит: сва­рочная головка держатель с пусковой кнопкой, бункер для флюса и механизм подачи электродной, шкаф управления и источник питания. Полуавтомат предназначен для сварки переменным или по­стоянным током при толщине металла от 3 до 20 мм. Скорость подачи проволоки регулируется сменными шестернями в преде­лах от 1,0 до 10 м/мин. Подача проволоки в сварочную головку осуществляется подающим механизмом через гибкий токоведущий шланг длиной 3,5 м. Диаметр электродной проволоки 1,2- 2,0 мм. Сварочный ток от 80 до 650 а. Полуавтомат ПШ-54 отличается от ПШ-5 в основном токоведущем ступенчатой коробки скоростей механизма подачи прово­локи и несколько упрощенной конструкцией держателя. Внешний вид держателя полуавтомата ПШ-54 представлен на фиг. 75. Полуавтомат ПДШМ-500. В комплект полуавтомата входит шкаф управления, механизм подачи электродной проволоки, сварочная головка, флюсоподающий аппарат, шланга (один для подачи проволоки и подвода сварочного тока длиной 4,0 ж, второй для подачи флюса длиной 15 ж) и источник питания. Флюс через сито засыпается в флюсоподающий аппарат в коли­честве 35 кг, и под давлением воздуха в 1,5-2,5 атмосфер через рези­новый шланг подается в зону сварки.

Для сварки применяется проволока диаметром от 1,6 до 2,5 мм, ток постоянный или переменный до 500 а._ Электрическая схема полуавтомата обеспечивает парное регулирование ско­рости подачи проволоки, которое осуществляется с помощью потенциометра. Полуавтомат обеспечивает сварку стыковых, угловых и нахлесточных соединений при толщине металла от 3 до 20 мм. Портативность аппаратуры полуавтомата, удобство и про­стота выноса электрода на значительное расстояние от механиз­ма подачи делают возможным использовать его в автоматиче­ских установках различных назначений. На заводе Уралэлектро-аппарат работает пять автоматических установок с такими полуавтоматами. Изображена автоматическая установка для свар­ки под флюс Уралэлектрострой стороны продольного и трех коль­цевых швов корпуса вентиля ртутного выпрямителя. На этой установке использованы все основные узлы полуавтомата ПДШМ-500.

Технический проект установки был разработан при выполне­нии дипломного проекта Н. И. Лубяновым, рабочий проект был разработан конструктором завода С. Е. Беляковым. Автоматы для сварки под флюсом Сварочные автоматы осуществляют непрерывную подачу электродной проволоки в зону сварки. Подача и уборка флюса, а также перемещение проволоки относительно изделия осуществляются вспомогательными ме­ханизмами, которые конструктивно могут быт не связаны с самой головкой. Сварочные головки работают на переменном и постоянном токе. По характеру действия они делятся на две группы: с не­зависимой (или постоянной) скоростью подачи электродной проволоки и с автоматическим регулированием длины дуги. В настоящее время создано и практически применяется в сварочном производстве пять типов автоматов: 1) сварочные тракторы; 2) самоходные сварочные голов и; 3) подвесные сва­рочные головки; 4) шланговые автоматы; 5) специальные авто­маты (для приварки шпилек, для сварки электрозаклепка­ми и др.). Из этих автоматов наиболее широкое использование нашли сварочные тракторы и самоходные головки. Сварочные тракторы. Отличительной особенностью сварочных тракторов является то, что они перемещаются непосредственно по изделию или по легким переносны направляющим. Эти авто­маты сравнительно легки по весу и малы по габаритам. Универсальный сварочный трактор ТС-17М (фиг. 77) пере­носного типа применяется для дуговой сварки под флюсом пе­ременным или постоянным током. Им можно сваривать прямо­линейные и кольцевые швы стыковых соединений с разделкой и без разделки кромок, а также угловые и нахлесточные соеди­нения при толщине металла от 2 до 20 мм. При сварке внутрен­них кольцевых швов диаметр изделия должен быть не менее 1200 мм.

Сварочный трактор АДС-1000-2.

Трактор рассчитан на сварочный ток от 200 до 1000 а и элек­тродную проволоку диаметром от 1,6 до 5 мм. Скорость сварки трактором от 16 до 126 м/час при скорости подачи проволоки от 52 до 403 м/час. Скорость сварки и скорость подачи проволоки регулируется сменными шестернями. Трактор имеет корректирующий механизм для направления электрода по шву во время сварки и для поперечного наклона головки с мундштуком при сварке угловых швов. Вес трактора без проволоки 42 кг, вес электродной проволоки 8-10 кг, ем­кость флюсового бункера 4,5 дм3 (10 кг флюса). Сварочный трактор АДС-500 является самым лег­ким. Его вес всего 29 кг. Он предназначен для автоматической сварки под флюсом постоянным током стыковых и угловых со­единений при толщине металла от 3,0 до 30 мм. Сварка произво­дится электродной проволокой диаметром 1,6-2,5 мм со ско­ростью от 15 до 70 м/час. Скорость подачи проволоки не зависит от длины дуги и может изменяться в пределах от 1,8 до 7,0 м/мин. Регулировка скорости сварки и подачи производится плавно путем изменения оборотов электродвигателя. Сварочный трактор АД С-100 0-2 (фиг. 78) относит­ся к универсальным сварочным автоматам. Он имеет автома­тическое регулирование скорости подачи электрода в зависимо­сти от напряжения на дуге. Трактор АД С-100 0-2 поставляют с трансформатором ТСД-1000-3. Сила сварочного тока регулируется дистанционны­ми кнопками, расположенными на пульте управления трактора. Скорость сварки изменяется плавно путем изменения числа обо­ротов двигателя постоянного тока. Верхняя часть трактора поворотная. Это дает возможность вести сварку как внутри колеи колес, так и вне ее. Трактор предназначен для сварки валиковых и стыковых швов с разделкой и без разделки кромок при толщине металла от 6 до 30 мм. Сварка на этом тракторе производится электродной прово­локой диаметром от 3 до 6 мм со скоростью ее подачи от 0,5 до 2,0 м/мин, при сварочном токе 400- 200 а и скорости сварки от 15 до 70 м/час. Вес трактора 65 кг без электродной проволоки и флюса. Вес электродной проволоки 12 кг, вес флюса в бункере 12 кг. Самоходный сварочный автомат АБС Автоматическая подвесная головка типа АБС пред­назначена для сварки под флюсом или в защитных газах про­дольных и кольцевых швов, как стыковых, так и валиковых, при толщине металла от 2 до 30 мм. Применяя специальные пристав­ки, головкой АБС можно производить широкослойную наплавку ленточным электродом или гребенкой из трех электродов, а так* же сварку алюминия, меди и сварку расщепленным электродом. Замена мундштуков дает возможность выполнять сварку от­крытой дугой в защитном газе или сварку алюминия по слою флюса. Сварка производится переменным или постоянным током. Автомат АБС комплектуется из трех узлов: А, Б и С. Узел А простая подвесная автоматическая головка, которая осу­ществляет основную операцию - подачу электродной проволоки в зону дуги. Она имеет механизм подачи простая водящий мундштук с правильным устройством, пультом управления, систему подвески и корректирования. Узел Б - бункер с флюсоаппаратом, катушкой для электродной проволоки и механизмом вертикального перемещения. Узел С - самоходная тележка с электропроводом для переме­щения автомата по направляющим. Комбинируя эти узлы, можно собрать три типа автоматов различно о назначения, например ABC, АБ и А. Скорость подачи электродной проволоки и скорость сварки регулируется сменными шестернями. При использовании автома­та применяется проволока диа­метром т 2 до 6 мм, свароч­ный ток 300-1500 а, скорость сварки 14-110 м/час, скорость подачи электродной проволоки 0,48-3,66 м/мин. Вес головки А-50 кг, го­ловки АБ-120 кг, головки АБС-160 кг. Автоматы поставляются в комплекте со шкафом управле­ния и источником питания. Наряду с рассмотренными конструкциями выпускается большое количество других типов сварочных полуавтома­тов и автоматов. Большая часть их носит специализиро­ванное назначение. Их кон­струкции приведены в катало­гах и специальной литературе по сварке.


 

Основными видами швов, свариваемых под слоем флюса, яв­ляются стыковые и валиковые швы. Техника сварки этих швов различна, ввиду различных условий формирования металла шва. Стыковые швы могут быть выполнены путем сварки с од­ной или двух сторон. Сварка стыковых швов с одной стороны применяется в тех случаях, когда невозможно наложение шва с обратной стороны. Односторонняя сварка чаще всего приме­няется при соединении труб малых диаметров, при изготовлении конструкций, где по условиям работы допустимы непровары в корне шва. К таким конструкциям относятся баки небольшого объема, работающие при малых давлениях. Кроме того, одно­сторонняя сварка применяется для приварки настилов с карка­сами.

При односторонней сварке для обеспечения проплавления металла на всю его толщину зачастую используют специальные. Сварка валиковых швов: электродом в симметричную лодочку; то же в несимметричную лодочку; в нижнем положении наклонным электродом; г - вертикальным электродом с оплавлением кромки. Схемы сварки и области применения медных и флюсомедных подкладок даны в табл. 66. Двусторонние стыковые швы свариваются при точной обра­ботке и сборке кромок и относительно небольшой толщине без зазора (с нулевым зазором). При этом режим сварки должен обеспечить провар с каждой стороны на глубину более половины толщины листа. При толщинах свыше 10 мм широко применяется сварка без скоса кромок с обязательным зазором. В этом случае сварку шва с одной стороны производят на флюс вой подушке, а с про­тивоположной стороны без подушки (см. табл. 62). При двусторонней сварке без разделки используются медные и флюсомедные подкладки, а при сварке с разделкой применяют ручную подварку. Валиковые швы применяют в различных сварных соеди­нениях. Сварку под флюсом валиковых швов производить выгод­но вследствие высокой скорости сварки и возможности уменьше­ния размеров шва. Благодаря глубокому проплавлению можно 12 Заказ 323Сущность этого способа состоит в том, что деталь, вращаю­щаяся в центрах токарного станка, наплавляется с помощью специальной головки. Головка обеспечивает подачу на деталь и вибрацию электродной проволоки диаметром 1,0-3,0 мм. К де­тали и проволоке подводится напряжение от источника питания. Для уменьшения зоны термического влияния и коробления на­плавляемых деталей, а также увеличения твердости наплавлен­ного слоя в зону дуги и на деталь подается охлаждающая жид­кость - водный раствор кальцинированной соды. Охлаждаю­щая жидкость защищает также расплавленный металл от окис­ления и азотирования. Вибрация электрода осуществляется с помощью электромаг­нитного вибратора, включенного в цепь переменного тока с ча­стотой 50 пер/сек., или с помощью механического вибратора. Частота вибрации электрода при использовании электромагнит­ного вибратора составляет 100 гц. Механические вибраторы в зависимости от их конструкций могут обеспечивать различную частоту вибрации. В результате вибрации электрода в процессе наплавки про» исходит чередование периодов горения дуги и короткого замыка­ния. Основная часть тепла (98-99, %), идущая на расплавление электродной проволоки и детали, выделяется при горении дуги. Во время горения дуги на конце электрода образуются капли расплавленного металла, которые переходят на деталь преиму­щественно при коротких замыканиях. Таким образом, вибрация электрода способствует переносу электродного металла на де­таль в виде мелких порций, облегчающих формирование тон­ких наплавленных слоев. Кроме того, вибрация способствует стабилизации процесса путем частых возбуждений дуговых раз­рядов, происходящих в каждый момент размыкания цепи (от­рыва электрода от детали). Вибродуговая наплавка обладает существенными преиму­ществами по сравнению с другими способами восстановления изношенных деталей. К числу таких преимуществ относятся: не­значительные деформации наплавляемых деталей, малая глу­бина зоны термического влияния, получение наплавленных слоев повышенной твердости без дополнительной термической обра­ботки, возможность наплавки тонких слоев (от 0,5-0,7 мм до 2-3 мм). Эти преимущества обусловили широкое применение описываемого способа для восстановления изношенных деталей, в частности для восстановления автомобильных и тракторных деталей, деталей сельхозмашин, электродвигателей, различного промышленного и горнорудного оборудования, деталей судовых механизмов и машин.Вибродуговая наплавка показана принципиальная схема процесса вибро­дуговой наплавки, а общий вид вибродуговой голов­ки ВДГ-5, разработанной Челябинск м политехническим инсти­тутом и Челябинским автомеханическим заводом. Для питания дуги используются различные сварочные преоб­разователи, низковольтные генераторы типа НД 500/250, свароч­ные выпрямители типа ВС-200, выпрямители ВСГ-ЗМ и другие источники постоянного тока. Принципиальная схема вибродуго­вой наплавки: / - источник питания дуги; 2выпрямители - электродная проволока; постоянного ля по в да к де али и вибрации конца электродной проволоки; 6 - охлаждающая жидкость; 6 - деталь. Для наплавки в зависимости от тре­буемой твердости применяются свароч­ная проволока Св-08, Св-08А, Св-18ХГСА и других марок, а также проволока из конструкционных и инструментальных Фиг. 86. Общий вид вибро­дуговой головки ВДГ-5: / -ролики, направляющие про­волоку от отдельно установлен­ного мотка к головке; 2 - дви­гатель механизм подачи прово­локи; 3 - корпус головки со смонтированным внутри механиз­мом подачи; 4 - электродвига­тель вибратора; 5 - вибратор; 6 - наконечник для подвода к детали и вибрации конца элек­тродной проволоки; 7 опорный узел головки углеродистых сталей с содержанием углерода до 0,8%. В боль­шинстве случаев проволока берется диаметром 1,8-2,5 мм. Основные наплавки: ско­рость подачи электродной проволоки 60-75 м/час, размах виб­раций конца электрода 1,5-2 мм, среднее напряжение на дуге 15-23 в, расход охлаждающей жидкости 0,5-2,5 л/мин. Вибродуговой процесс иногда применяется для сварки метал­ла небольшой толщины. Вибродуговая наплавка и сварка может осуществляться не только в среде жидкости, но также в среде защитных газов и под слоем флюса.


 

Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом (рис. 2) осуществляется путем механизации основных движений, выполняемых сварщиком при ручной сварке - подачи электрода / вдоль его оси в зону дуги 2 и перемещения его вдоль свариваемых кромок изделия 6. При полуавтоматической сварке механизирована подача электрода вдоль оси в зону дуги, а перемещение электрода вдоль свариваемых кромок производит сварщик вручную. При автоматической сварке механизированы все операции, необходимые для процесса сварки. Жидкий металл 5 сварочной ванны защищается от воздействия кислорода и азота воздуха расплавленным шлаком 4, образованным от плавления флюса «3, подаваемого в зону дуги. Высокая производительность и хорошее качество швов обеспечили широкое применение автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом. Дуговая сварка в защитном газе (рис. 3) выполняется по такому же принципу. Она отличается тем, что вместо флюса защиту расплавленного металла от окисления и азотирования производят струей защитного газа /, оттесняющего атмосферный воздух из зоны дуги 2.? Электрошлаковая сварка (рис. 4) осуществляем плавление свариваемых кромок изделия 1 и электрода 2 теплотой, выделяемой током при прохождении через расплавленный шлак. Кроме того, шлак защищает расплавленный металл 4 от воздействия воздуха. Формирование сварного шва 5 осуществляется с помощью движущихся вдоль кромок медных ползунов 6 с водяным охлаждением 7. Газовая сварка (рис. 5) производится посредством теплоты, выделяемой пламенем / газовой горелки 2 при сгорании газокислородной смеси. Газовую сварку применяют для сварки тонколистового металла, цветных металлов, их сплавов и чугуна. Большое применение в промышленности и строительстве получила сварка давлением. Основные виды сварки давлением следующие. Контактная сварка производится с применением давления при помощи теплоты, выделяемой током при прохождении через находящиеся в контакте кромки соединяемых частей. При этом в месте соприкосновения кромок (контакт) выделяется наибольшее количество теплоты, разогревающей их до сварочного состояния. Газопрессовая сварка осуществляется с помощью газовой горелки, пламенем которой свариваемые кромки деталей доводят до пластического состояния, после чего производят сжатие свариваемых деталей. Такой способ применяют при сварке труб и стержней. Кроме указанных выше видов сварки в практике применяют раз личные новые виды сварки: электронно-лучевую, плазменно-лучевую диффузионную и др.

 

АВТОМАТИЧЕСКАЯ И ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ

Сущность и преимущества механизированной сварки Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом в настоящее время являются основными способами выполнения сварочных работ в промышленности и строительстве. Обладая рядом важных преимуществ, она существенно изменила технологию изготовления сварных изделий, таких, как стальные конструкции, трубы большого диаметра, котлы, корпуса судов. Вследствие изменения технологии изготовления произошли изменения и самих сварных конструкций. Стали широко применяться сварнолитые, сварнокованные и другие изделия, дающие, как правило, огромную экономию металла и труда. Однако многие сварочные операции по технологической необходимости выполняют ручной дуговой сваркой. При ручной дуговой сварке непрерывность процесса обеспечивает сварщик подачей электрода в зону дуги и перемещением дуги вдоль свариваемого шва. Процесс ручной сварки, обладая рядом преимуществ, имеет два важных недостатка: относительно малую производительность и неоднородность качества шва, зависящие от квалификации сварщика. Кроме того, производительность ручной сварки ограничивается максимально допустимой величиной сварочного тока для применяемых при ручной сварке диаметров электрода. При больших токах электрод длиной 350 ... 450 мм сильно перегревается, что затрудняет осуществление нормального процесса сварки. Механизация движений электрода позволила автоматизировать процесс сварки. Для получения высококачественных сварных швов взамен электродных покрытий применяют гранулированное вещество, называемое флюсом. Основные принципы автоматической сварки под флюсом были разработаны Н. Г. Славяновым в 1892 г. В 1927 г. Д. А. Дульчевский разработал способ дуговой сварки под слоем гранулированного флюса и создал первую автоматическую установку для сварки металлов. Дальнейшее развитие автоматической сварки и внедрение ее в промышленность и строительство осуществлялось Институтом электросварки им. Е. О. Патона, отделом сварки ЦНИИТмаш, ВНИИ электросварочного оборудования и другими организациями. Автоматическая сварка под флюсом производится с помощью автоматической установки (сварочная головка или сварочный трактор). Эта установка осуществляет подачу голой электродной проволоки и гранулированного флюса в зону сварки, перемещает дугу вдоль свариваемого шва и автоматически поддерживает стабильное ее горение. Принципиальная схема автоматической сварки под флюсом представлена на рис. 56. Электродная проволока 3 с помощью ведущего 5 и нажимного 4 роликов подается в зону сварки. Кромки свариваемого изделия 7? в зоне сварки покрываются слоем гранулированного флюса, подаваемого из бункера /. Толщина флюса составляет примерно 30 ... 50 мм. Сварочный ток подводится от источника тока к электроду через токоподводящий мундштук 6, находящийся на небольшом расстоянии (40 ... 60 мм) от конца электродной проволоки. Благодаря этому при автоматической сварке можно применять большие сварочные токи. Дуга 11 возбуждается между свариваемым изделием и электродной проволокой. При горении дуги образуется ванна расплавленного металла 10, закрытая сверху расплавленным шлаком 9 и оставшимся нерасплавленным флюсом. Не расплавившийся флюс отсасывается шлангом 2 обратно в бункер. Пары и газы, образующиеся в зоне дуги создают вокруг дуги замкну, тую газовую полость 12, закрытую сверху слоем расплавленного шлака. Некоторое избыточное давление, возникающее при термическом расширении газов, оттесняет жидкий металл в сторону, противоположную направлению сварки. У основания дуги (в кратере) сохраняется лишь тонкий слой металла. В таких условиях обеспечивается глубокий провар основного металла. Так как дуга горит в газовой! полости, закрытой расплавленным шлаком, то значительно уменьшаются потери металла на угар и разбрызгивание. По мере перемещения дуги вдоль разделки шва наплавленный металл остывает и образует сварной шов. Жидкий шлак, имея более низкую температуру плавления, чем металл, затвердевает несколько позже, замедляя охлаждение металла шва. Продолжительное пребывание металла шва в расплавленном состоянии и медленное остывание способствуют выходу на поверхность всех неметаллических включений и газов, получению чистого, плотного и однородного по химическому составу металла шва. Автоматическая сварка под флюсом дает следующие основные преимущества перед ручной сваркой: 1. Высокая производительность сварки, превышающая ручную сварку в 5 ... 10 раз. Она обеспечивается применением больших токов, более концентрированным и полным использованием теплоты в закрытой зоне дуги, снижением трудоемкости вследствие автоматизации процесса сварки. 2. Высокое качество сварного шва вследствие хорошей защиты металла сварочной ванны расплавленным шлаком от кислорода и азота воздуха, легирования металла шва, увеличения плотности металла при медленном охлаждении под слоем застывшего шлака. 3. Экономия электродного металла при значительном снижении потерь на угар, разбрызгивание металла и огарки. При ручной сварке эти потери достигают 20 ... 30%, а при автоматической сварке под флюсом они не превышают 2 ... 5%. 4.


 

Экономия электроэнергии достигается более полным использованием теплоты дуги по сравнению с ручной сваркой. Затраты электроэнергии при автоматической сварке уменьшаются на 30 ... 40%. Кроме этих преимуществ следует отметить, что при автоматической сварке условия труда значительно лучше, чем при ручной сварке. Дуга закрыта слоем шлака и флюса, выделение вредных газов и пыли значительно снижено, поэтому нет необходимости в защите зрения и лица сварщика от воздействия излучений дуги, а для вытяжки газов достаточно обычной естественной вытяжной вентиляции. Условия труда оператора автоматической сварочной установки значительно лучше, чем у сварщика при ручной сварке. Квалификация оператора-сварщика, как правило, невысокая. Однако автоматическая сварка имеет и недостатки: ограниченная маневренность сварочных автоматов, сварка выполняется главным образом в нижнем положении. Эти недостатки связаны с некоторым несовершенством автоматических установок и с развитием сварочной техники устранятся. Сварочные флюсы Флюсы служат для защиты наплавляемого металла от воздействий атмосферного воздуха и легирования металла шва необходимыми присадками. Взаимодействуя в процессе сварки с жидким металлом, расплавленный флюс в значительной степени определяет химический состав металла, а следовательно, и его механические свойства. Образуя затем над металлом шва корку шлака, флюс способствует медленному остыванию металла, выходу на поверхность газов и шлаковых включений и тем самым образованию плотного и высококачественного шва. При этом корка шлака легко отделяется от металла шва. Флюс также способствует устойчивому горению дуги и стабильному течению процесса сварки. По способу изготовления флюсы делятся на плавленые и неплавленые. Плавленые флюсы в настоящее время являются основными при автоматической сварке металла. Они изготовляются в соответствии с требованиями ГОСТ 9087-69 «Флюс сварочный плавленый». Флюсы АН-348-А, АН-348-АМ, ОСЦ-45, ОСЦ-45М, АН-60 и ФЦ-9 предназначены для механической сварки и мал лавки углеродистых и низколегированных сталей углеродистой и низколегированной сварочной проволокой. Флюс АН-8 применяют для электрошлаковой сварки углеродистых и низколегированных сталей углеродистой и низколегированной сварочной проволокой. Флюсы АН-20С, АН-20СМ и АН-20П служат для дуговой автоматической наплавки высоколегированных сталей и сварки легированных сталей соответствующей сварочной проволокой. Флюс АН-22 предназначен для электрошлаковой сварки и дуговой автоматической наплавки легированных сталей легированной сварочной проволокой. Флюсы АН-26С, АН-26СП и АН-26П применяют для автоматической и полуавтоматической сварки нержавеющих, коррозионно-стойких и жаропрочных сталей. В промышленности и строительстве широко применяют плавленые флюсы АН-348-А, АН-348-АМ, ОСЦ-45, ОСЦ-45М. Нормальные флюсы содержат зерна размером от 0,35 до 3 мм. Флюсы мелкой грануляции содержат зерна размером от 0,25 до 1,0 мм и в обозначении марки отличаются дополнительной конечной буквой М. Флюсы, маркируемые буквами АН, разработаны Институтом электросварки имени Е. О. Патона, а флюсы, маркируемые буквами ОСЦ и ФЦ, разработаны ЦНИИТмашем. Флюсы изготовляют следующим образом. Исходные материалы (марганцевая руда, кварцевый песок, доломит, мел, плавиковый шпат и др.) размалывают до необходимых размеров, перемешивают в определенных массовых соотношениях и помещают для плавки в особые пламенные печи (или в электропечи). Расплавленный флюс из печи выпускают в проточную воду, где он остывает и растрескивается на мелкие частицы. Затем флюс сушат в барабанах или в сушильных шкафах при температуре 300 ...350°С и просеивают на ситах. Составы (%) плавленых флюсов для автоматической и полуавтоматической сварки приведены в табл. 10. В состав указанных марок флюса в качестве основных компонентов входят марганец в виде закиси марганца и кремний в виде кремнезема. Марганец, обладая большим сродством с кислородом, восстанавливает содержащиеся в наплавляемом металле окислы железа Кроме этого, марганец, образуя с серой сульфид MnS, способствует удалению ее в шлак. Легирование марганцем металла шва при сварке низкоуглеродистой и низколегированной сталей производится применением марок высокомарганцовистых флюсов. Кремний способствует снижению пористости металла шва, так как подавляет процесс образования окиси углерода - одной из основных причин образования пор в наплавленном металле. Кремний также является хорошим раскислителем, но как легирующий элемент при сварке под флюсом имеет ограниченное применение. Неплавленые флюсы изготовляют следующим образом. Исходные материалы предварительно тонко размалывают и замешивают в строго определенных соотношениях в водном растворе жидкого стекла. Полученную тестообразную массу протирают через сито, обеспечивающее получение частиц необходимой грануляции. Затем сушат в сушильных печах в течение 15 ... 20 мин при температуре 150° С и прокаливают при температуре 300 ... 350° С. Неплаеленые керамические флюсы, предложенные академиком К. К. Хреновым, позволяют значительно проще производить легирование металла шва различными примесями. Для этого в состав флюса вводят необходимое количество легирующих примесей в виде металлического порошка, минеральных веществ или ферросплавов. Вторым важным преимуществом керамических флюсов является их относительно малая чувствительность к ржавчине, окалине и влаге на поверхности свариваемых кромок деталей по сравнению с плавлеными флюсами. Это особенно важно при сварочных работах на открытом воздухе в условиях монтажно-строительной площадки. Керамический флюс имеет в своем составе не только минеральные шлакообразующие вещества, но и ферросплавы, которые обеспечивают хорошее раскисление металла шва и необходимое его легирование. При изготовлении керамических флюсов ферросилиций и ферромарганец следует подвергнуть пассивированию. Составы керамических флюсов.


 

Магнитные флюсы относятся также к неплавленым флюсам. По технологии изготовления и применению они аналогичны керамическим флюсам. Кроме веществ, входящих в состав керамических флюсов, магнитный флюс содержит железный порошок, который не только придает ему магнитные свойства, но и Способствует повышению производительности процесса сварки. Подача флюса осуществляется через специальное сопло дозирующим устройством автомата (или полуавтомата). Под действием магнитного поля сварочного тока флюс притягивается к зоне сварки. При этом обеспечивается минимальный расход флюса и возможность качественной сварки вертикальных швов. Автоматы и полуавтоматы для сварки В практике нашли широкое применение два вида автоматического оборудования: подвесные (неподвижные или самоходные) головки и сварочные тракторы. Автомат производит следующие операции: возбуждение дуги, непрерывную подачу в зону дуги электродной проволоки и флюса в процессе сварки, перемещение сварочной дуги вдоль свариваемого шва, гашение дуги в конце сварки. Важным условием, обеспечивающим нормальный устойчивый процесс автоматической сварки, является равенство скорости подачи электродной проволоки и скорости ее плавления. Это условие в процессе сварки нарушается различными факторами: изменениями напряжения в сети, нечеткой работой подающего механизма, неровностями поверхностей свариваемых кромок, при которых изменяется дуговой промежуток, и др. Для того чтобы процесс сварки протекал устойчиво, а нормальная длина дуги сохранялась постоянной, применяют автоматы, сконструированные по двум основным принципам: с постоянной и переменной скоростью подачи электродной проволоки, зависящей от изменения величины дугового промежутка. Автоматы с переменной скоростью подачи электродной проволоки имеют относительно сложную электрическую схему и поэтому получили ограниченное применение (при низких напряжениях и малых сварочных токах). Автоматы с постоянной скоростью подачи электродной проволоки работают по схеме, предложенной в 1942 г. В. И. Дятловым (Институт электросварки им. Е. О. Патона). Электродвигатель, обеспечивающий через редуктор и подающие ролики подачу электродной проволоки, питается непосредственно от сети. Поэтому скорость вращения электродвигателя будет постоянна независимо от длины (а следовательно, и напряжения) дуги. Саморегулирование осуществляется следующим образом. Если в процессе сварки длина дуги уменьшится (например, из-за неровностей на поверхности свариваемых кромок), то напряжение дуги понизится. Так как внешняя характеристика источника питания дуги падающая, то уменьшение напряжения приведет к возрастанию сварочного тока и тем самым к увеличению скорости плавления электродной проволоки (скорость плавления проволоки почти пропорциональна величине сварочного тока). Повышение скорости плавления проволоки при постоянной скорости ее подачи приведет к удлинению дуги, т. е. к восстановлению нормально установленного режима сварки. Если же длина дуги увеличится, то напряжение тока возрастет, и в соответствии с внешней характеристикой источника тока величина сварочного тока понизится. Следовательно, скорость плавления электродной проволоки уменьшится, что при постоянной скорости ее подачи приведет к сокращению дугового промежутка. Процесс саморегулирования осуществляется нормально при питании дуги постоянным током. При переменном токе для устойчивой работы автомата колебания напряжения в сети не должны превышать 6 ... 8%. Большинство применяемых в сварочном производстве автоматов работает по принципу постоянства скорости подачи электродной проволоки. Автоматические подвесные головки неподвижные и самоходные разработаны Институтом электросварки им. Е. О. Патона, ЦНИИТмашем и заводом «Электрик». Большое применение получили автоматические головки АБС конструкции Института электросварки им. Е. О. Патона, которые комплектуются из трех отдельных узлов (рис. 57). Узел А - собственно сварочная головка - состоит из электродвигателя 5, механизма подачи проволоки 6 с правильным механизмом 7, токоподводящего мундштука 5, корректировочного механизма 9 для направления головки по шву и трехкнопочного пульта управления 4. Набор сменных шестерен механизма подачи позволяет изменять скорость подачи электродной проволоки от 28,5 до 225 м/ч. Узел Б - подвесной механизм - состоит из подъемного механизма 13 для подвески и вертикального подъема сварочной головки, флюсоаппарата 2 для подачи флюса в зону дуги и отсасывания неиспользованного флюса обратно в бункер (отсос 10) и кассеты 1 с электродной проволокой. Узел С представляет собой самоходную тележку 11, состоящую из электродвигателя /2, от которого движение (через фрикционное устройство червячные передачи и одну сменную пару шестерен) передается ведущим бегунам тележки. Сменные шестерни позволяют наменять скорость перемещения тележки, т. е. скорость сварки от до 112 м/ч. Головка АБС предназначена для сварки стыковых, угловых и нахлесточных швов. При этом узлы А и АБ, входящие в головку, позволяют использовать ее как подвесную неподвижную, а узел АБС - как самоходную. Краткая техническая характеристика сварочной головки АБС. Сварочные тракторы являются более эффективными и более маневренными сварочными аппаратами. Они получили большое распространение в промышленности и строительстве при изготовлении различных металлических конструкций, крупногабаритных резервуаров, емкостей и других строительно-монтажных стальных изделий. Сварочный трактор представляет собой автоматическую головку, установленную на самоходной тележке, которая перемещается с помощью электродвигателя по свариваемому изделию или по направляющему рельсовому пути, вдоль сварного шва. В настоящее время в промышленности и строительстве применяют сварочные тракторы типа ТС конструкции Института электросварки им Е. О. Патона, типа АДС конструкции завода «Электрик» и типа УТ конструкции ЦНИИТмаша. Трактор ТС-17М (рис. 58) применяется при изготовлении и монтаже различных строительных конструкций (ферм, мачт, балок), при сварке под флюсом наружных и внутренних кольцевых швов, а также при сварке труб и резервуаров диаметром более 800 мм. Им можно производить сварку всех видов швов в нижнем положении. Трактор имеет один электродвигатель трехфазного тока, который приводит в движение механизм подачи электродной проволоки и механизм передвижения трактора вдоль свариваемого шва. Подающий механизм состоит из редуктора, понижающего скорость вращения электродвигателя, и двух роликов (ведущего и прижимного), между которыми протаскивается электродная проволока. Механизм передвижения трактора состоит из редуктора и двух ведущих бегунов, вал которых соединен с редуктором фрикционной муфтой.


 

Наличие сменных шестерен позволяет в широких пределах изменять скорость подачи электродной проволоки и скорость передвижения трактора в соответствии с режимом сварки. В комплекте трактора имеется два токоподводящих мундштука. Для электродной проволоки диаметром 1,6...2,0 мм применяют трубчатый мундштук с бронзовым наконечником, смещенным к оси трубки, который обеспечивает хороший электрический контакт с электродной проволокой. Для электродной проволоки большого диаметра применяют мундштук с двумя бронзовыми контактами, между которыми перемещается проволока. Правка электродной проволоки осуществляется специальным правильным механизмом, состоящим из трех роликов. Трактор снабжен двумя бункерами для флюса: один бункер применяют при сварке вертикальным электродом, второй - при сварке наклонным электродом. Толщина насыпаемого слоя флюса устанавливается вертикальным перемещением патрубка, по которому подается флюс в разделку шва. Движение трактора осуществляется вручную или с помощью специальных устройств. Если сваривают стыковой шов без разделки кромок, то трактор направляют вручную. Если производят сварку швов с разделкой кромок, то на одну из штанг подвески устанавливают копир, состоящий из двух последовательно расположенных роликов, которые при сварке катятся по разделке шва и тем самым направляют трактор вдоль сварного шва. При сварке угловых швов «в лодочку» копировальным элементом служит ролик, закрепленный на специальной штанге и катящийся по углу свариваемого шва. Трактор имеет трехкнопочный пульт управления. Кроме того, есть дополнительный пульт управления, используемый при сварке кольцевых швов на цилиндрических изделиях (котлы, цистерны, резервуары), для управления электродвигателем стенда, на котором вращается свариваемое изделие. Трактор АДС-1000-2 (рис. 59) состоит из самоходной каретки 7, на которой закреплена вертикальная колонка 5 с подъемным механизмом 6. Эта колонка удерживает на себе коромысло 4. На одной стороне коромысла установлена автоматическая головка 10 с подающим механизмом 8 и бункер 11 Для флюса, а на другой стороне-кассета с электродной проволокой 2 и приборы пульта управления. Конструкция узла поворота позволяет поворачивать автоматическую головку вокруг оси коромысла на 45° в обе стороны, а вертикальная стойка может поворачиваться вокруг своей оси на 180°. Вертикальное перемещение головки осуществляется с помощью червячной пары и колонки. Трактор АДС-1000-2 в отличие от сварочных тракторов типа ТС и УТ имеет регулировку скорости подачи электродной проволоки в зависимости от напряжения сварочной дуги. Трактор снабжен электродвигателем постоянного тока 9 для механизма подачи электродной проволоки и электродвигателем постоянного тока 3 для перемещения каретки трактора. Эти двигатели питаются от отдельных генераторов постоянного тока, которые приводит во вращение специальный электродвигатель переменного тока. У генератора, питающего электродвигатель механизма подачи электродной проволоки, имеется дополнительная обмотка возбуждения; эта обмотка питается от сварочной цепи через селеновые выпрямители. Благодаря этому удается осуществить автоматическое регулирование скорости подачи электродной проволоки в зависимости от напряжения дуги. При увеличении напряжения дуги повышаются скорость вращения электродвигателя, скорость подачи проволоки и тем самым уменьшается дуговой промежуток, а следовательно, и напряжение дуги. При уменьшении дугового промежутка напряжение дуги падает, скорость вращения электродвигателя снижается. Подача электродной проволоки замедляется и автоматически восстанавливается принятый режим сварки. Для плавного изменения скорости вращения электродвигателей постоянного тока в обмотку возбуждения генераторов, питающих эти двигатели током, включают потенциометры. Питание сварочным током трактора производится от сварочного аппарата переменного тока ТСД-1000-3. Пульт управления трактора состоит из контрольных приборов, показывающих напряжение и величину сварочного тока, ручек потенциометров, служащих для установления режима сварки, кнопок пуска и включения автомата, подъема и опускания электродной проволоки и дистанционного управления сварочным трансформатором ТСД-1000-3 при установлении величины сварочного тока. Шланговый полуавтомат сочетает универсальность и маневренность ручной сварки с преимуществами автоматической сварки под флюсом. Полуавтоматическая установка производит только подачу электродной проволоки в зону дуги, а перемещение дуги вдоль сварного шва осуществляет сварщик с помощью специального электрододержателя. Сварка производится при повышенных плотностях тока до 200 А/мм2, что позволяет применять электродную проволоку диаметром от 1,2 до 2,5 мм. Высокие плотности тока повышают температурный режим сварки, коэффициент плавления и глубину провара шва. Вследствие этого допускается некоторое уменьшение разделки кромок, уменьшается необходимый расход электродной проволоки на единицу длины разделки кромок. При этом не только повышается производительность процесса сварки, но и значительно сокращается расход электроэнергии. В сварочном производстве получили большое распространение шланговые полуавтоматы ПШ-5, ПШ-54, разработанные Институтом электросварки им Е. О. Патона, и ПДШ-500 завода «Электрик». На рис. 60 представлена схема шлангового полуавтомата ПШ-54. Он состоит из источника тока /, шкафа управления 2, кассеты с электродной проволокой 3, механизма подачи проволоки 4, гибкого шланга 5, который заканчивается держателем 6. Бухта электродной проволоки заправляется в кассету после тщательной очистки от грязи, масла и ржавчины. Подача электродной проволоки осуществляется G помощью электродвигателя трехфазного тока мощностью 100 Вт, который через редуктор вращает ведущий ролик механизма подачи. Между ведущим и поджимным роликами протаскивается электродная проволока. Изменение скорости подачи электродной проволоки в пределах 78... 600 м/ч производится переключением шестерен коробки скоростей.


 

Шланговый провод длиной 3,5 м и диаметром 27 мм служит для подачи электродной проволоки 1 по центральному каналу в зону дуги. В шланг вмонтированы провод для подвода сварочного тока 4 и провода управления 3 для пуска и выключения электродвигателя механизма подачи, включения и выключения сварочного тока (2 - стальная спираль, 5 - изоляция). Держатель (рис. 62) представляет собой трубчатый мундштук, с ручкой и специальной воронкой для флюса. Воронка вмещает 1,5 кг флюса и снабжена пластинчатой заслонкой. Шкаф управления содержит контрольные при-Я боры (амперметр и вольтметр) и устройства для включения и выключения системы управления. Включение электродвигателя для подачи электродной проволоки и тока сварочной цепи у полуавтомата ПШ-54 производится замыканием сварочной проволоки на изделие, а прекращение процесса сварки достигается удалением держателя от поверхности свариваемого изделия, т. е. обрывом сварочной дуги. В полуавтоматах ПШ-5 включение и выключение электродвигателя механизма подачи электродной проволоки и тока сварочной цепи производится посредством пусковой кнопки на рукоятке. Шланговый полуавтомат ПДШ-500, разработанный заводом «Электрик», имеет по сравнению с полуавтоматами ПШ две существенные особенности. Полуавтомат работает по принципу зависимости скорости подачи электродной проволоки от напряжения дуги, и поэтому электрическая схема саморегулирования режима сварки сходна со схемой автоматической головки АДС-1000. Второй особенностью является принудительная подача флюса сжатым воздухом по шлангу через держатель в зону сварки. Подающий механизм, смонтированный на подвижной тележке, работает от электродвигателя постоянного тока через понижающий редуктор. Ведущий и нажимной ролики подают электродную проволоку из кассеты по шлангу в зону сварки. Скорость подачи электродной проволоки устанавливают реостатом, включенным в цепь обмотки электродвигателя. На тележке укреплен бункер с устройством для пневматической подачи флюса в зону сварки. Воздух используется от заводской воздушной сети или от компрессора. На специальной панели тележки установлены измерительные приборы и устройства управления. Шланговые автоматы отличаются от полуавтоматов тем, что вместо держателя для ручного перемещения сварочной дуги применяется самоходная сварочная головка легкого типа с электродвигателем и устройством для перемещения ее по свариваемому изделию вдоль шва. Шланговый автомат АДШ-500 конструкции завода «Электрик» имеет два типа самоходных головок: ГСА-1-2 и ГСА-2-2. Головка ГСА-1-2 предназначена для приварки к горизонтальной плоскости различных полос, ребер или других профильных элементов высотой 50.J 160 мм. Головку ГСА-2-2 применяют для тех же работ, но при высоте привариваемых элементов более 160 мм. Головка прижимается к свариваемому изделию электромагнитами, полюсами которых служат катки тележки. Сварочный ток устанавливается в пределах 150...600 А. Для включения и выключения сварочного тока автомат оборудован дистанционным кнопочным устройством. Автомат позволяет производить сварку со скоростью от 10 до 65 м/ч. Флюс подается в зону сварки пневматически сжатым воздухом. Тележка с механизмом подачи и бункером для флюса перемещается вслед за самоходной головкой благодаря натяжению гибкого шланга, по которому подается сварочная проволока. Шланг диаметром 36 мм имеет длину 2,5...3,5 м. Контрольные приборы-амперметр и вольтметр, - а также маховичок потенциометра для плавного регулирования скорости сварки смонтированы на корпусе механизма подачи электродной проволоки. Масса самоходной головки составляет 10... 12 кг. Для повышения производительности процесса сварки при малых диаметрах электродной проволоки Институтом электросварки им. Е. О. Патона разработан способ шланговой многоэлектродной сварки. Одновременно трех электродных проволок диаметром 1,6... 2,0 мм. Это позволяет применять сварочные токи до 800...1000 А и тем самым значительн; google_ad_width = 336; google_ad_height = 280; // ]]о повысить производительность сварки. Важным преимуществом этого способа является также возможность легирования металла сварного шва. Для этой цели применяется легированная сварочная проволока. Установки и приспособления для сварки Установки и приспособления для автоматической сварки под флюсом могут быть разбиты на две основные группы: универсальные и специализированные. Универсальные установки и приспособления применяют при разнообразных сварочных работах. К ним относятся устройства и приспособления общего назначения: стенды и кантователи различной конструкции, струбцины, винтовые стяжки, правильные скобы, хомуты, домкраты и др. Специализированные установки и приспособления разрабатывают и применяют при серийном и массовом производствах. Они представляют собой стенды и установки с неподвижными и подвижными фиксаторами, имеющими зажимные устройства с механическим, пневматическим, гидравлическим или электрическим приводами. Такие устройства позволяют быстро и с достаточной точностью фиксировать взаимное расположение элементов сварной конструкции, значительно сокращая объем работ по разметке и проверке сборки сварного изделия. Все устройства и приспособления разрабатывают по мере необходимости заводами, производящими строительно-монтажные конструкции. Некоторые приспособления показаны на рис. 63. Установки для сварки прямолинейных швов в нижнем положении при изготовлении сварных балок, колонн и других изделий применяются в различных конструкциях. На рис. 63, а показана схема установки о Экономия электроэнергии class=несамоходной сварочной головкой, а на рис. 63, б - установка с самоходной сварочной головкой. В первой схеме сварочная головка установлена на тележке, которая, перемещаясь по рельсовому пути, обеспечивает движение дуги вдоль сварного шва. При такой схеме установка имеет специальный электродвигатель, осуществляющий перемещение тележки установки. Сварочный ток от источника питания дуги подводится по проводам, которые подвешены на передвижных подвесках, перемещающихся по направляющим путям. Скорость перемещения тележки устанавливается переключением шестерен редуктора в пределах 15...65 м/ч. По второй схеме самоходная головка перемещается вдоль сварного шва по специальным направляющим путям. При этом допускается сварка балок и колонн длиной не более 10 м и высотой не более 800... 1000 мм. Установка для сварки кольцевых швов представлена на рис. 63, е. Сварочная головка закреплена неподвижно, а изготавливаемое изделие гениальных вращателях или на роликовом стенде. Схема установки, позволяющей выполнять как прямолинейные, так и круговые швы, представлена. Автоматическая головка может перемещаться вдоль сварного соединения. Кроме того, в фиксированном положении она может выполнять кольцевой шов. Для этого изделие приводится во вращение механическим или электрическим приводом. Такая установка позволяет производить сварку продольных и кольцевых швов только G наружной стороны. В настоящее время успешно применяют сварку продольных и кольцевых швов снаружи и изнутри сварочным трактором. При сварке продольных швов сварочный трактор двигается по самому изделию вдоль шва. При сварке кольцевых швов трактор перемещается по обечайке со скоростью, равной скорости ее вращения, но в противоположную сторону. Таким образом сварочный трактор остается на месте, а сварной шов подается под трактор. Технология сварки Конструктивные элементы основных типов швов сварных соединений из углеродистых или низколегированных сталей, свариваемых автоматической или полуавтоматической сваркой под флюсом, установлены ГОСТ 8713-70 «Швы сварных соединений. Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом.


 

Основные типы и конструктивные элементы». ГОСТ предусматривает 57 сварных соединений: 34 стыковых (с С1 поС34), 4 угловых (с У1 по У4), 13 тавровых (с Т1 по Т13) и 6 нахлесточных (с HI по Н6). В зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки ГОСТ устанавливает основные параметры формы разделки кромок для каждого вида соединения. Подготовка кромок и сборка изделия под сварку производится более аккуратно, чем при ручной сварке. Это требование вытекает из условий автоматической сварки. Настроенный под определенный режим автомат точно выполняет установленный процесс сварки и не может учесть и выправить отклонения в качестве разделки кромок и в точности сборки изделия. Разделку кромок под автоматическую сварку производят машинной кислородной или плазменно-дуговой резкой, а также на металлорежущих станках. Свариваемые кромки перед сборкой должны быть тщательно очищены от ржавчины, грязи, масла, влаги и шлаков. Это особенно важно при больших скоростях сварки, когда различные загрязнения, попадая в зону дуги, приводят к образованию пор, раковин и неметаллических включений. Очистку кромок производят пескоструйной обработкой или протравливанием и пассивированием. Очистке подвергается поверхность кромок шириной 50...60 мм по обе стороны от шва. Перед автоматической сваркой детали закрепляют на стендах или иных устройствах с помощью различных приспособлений или прихватывают ручной сваркой электродами с качественным покрытием. Прихватки длиной 50...70 мм располагают на расстоянии не более 400 мм друг от друга, а крайние прихватки - на расстоянии не менее 200 мм от края шва. Прихватки должны быть тщательно очищены от шлака, брызг металла. При сварке продольных швов для ввода электрода в шов и вывода его из шва за пределы изделия по окончании сварки к кромкам приваривают вводные и выводные планки. Форма разделки планок должна соответствовать разделке кромок основного шва. Режим автоматической сварки включает следующие основные элементы: величину сварочного тока, напряжение дуги, диаметр, угол наклона и скорость подачи электродной проволоки, скорость сварки и основные размеры разделки кромок шва. Выбор режима сварки производят в зависимости от толщины свариваемых кромок, формы разделки кромок шва и свариваемого металла. Сварку стыковых швов при изготовлении и монтаже металлоконструкций в зависимости от изделия можно производить с разделкой и без разделки кромок шва. При этом шов может быть односторонним, двустороннем, однослойным и многослойном. Односторонняя стыковая сварка применяется при малоответственных сварных швах или в случаях, когда конструкция изделия не позволяет производить двустороннюю сварку шва. Значительный объем расплавленного металла, большая глубина проплавления и некоторый перегрев ванны могут привести к вытеканию металла в зазоры и нарушению процесса формирования шва. Чтобы избежать этого, следует закрыть обратную сторону шва стальной или медной подкладкой, флюсовой подушкой или проварить шов с обратной стороны. В практике применяется четыре основных способа выполнения односторонней сварки стыковых швов, обеспечивающих получение качественного сварного шва. Сварка на флюсовой подушке (рис. 64) заключается в том, что под свариваемые кромки изделия 1 вводят флюсовую подушку 2 - слой флюса толщиной 30... 70 мм. Флюсовая подушка прижимается к свариваемым кромкам под действием собственной массы изделия или с помощью резинового шланга 3, наполненного воздухом. Давление воздуха в зависимости от толщины свариваемых кромок изделия составляет 0,05...0,06 МПа (0,5...0,6 кгс/см2) для тонких кромок и 0,2...0,25МПа (2,0...2,5 кгс/см2) для толстых кромок. Флюсовая подушка не допускает подтекания расплавленного металла и способствует хорошему формированию металла шва. Примерные режимы автоматической односторонней стыковой сварки на флюсовой подушке приведены в табл. 11. Сварка на медной подкладке применяется для большего теплоотвода в целях предупреждения пережога металла кромок. Вместе с тем подкладка, установленная с нижней стороны шва, предупреждает протекание жидкого металла сварочной ванны. Подкладка прижимается к шву с помощью механических или пневматических приспособлений. После сварки подкладка легко отделяется от стальных листов. При зазоре между свариваемыми кромками более 1...2 мм медную подкладку делают с желобком, куда насыпают флюс. В этом случае на обратной стороне шва образуется сварной валик. Ширина медной подкладки составляет 40...60 мм, а толщину подкладки выбирают в зависимости от толщины свариваемых кромок от 5 до 30 мм. Институтом электросварки им. Е. О. Патона разработан метод сварки, при котором по обратной стороне шва перемещается медный башмак, охлаждаемый водой (рис. 65). При этом свариваемые листы собирают с зазором в 2....3 мм и через каждые 1,2... 1,5 м скрепляют сборочными планками путем прихватки короткими сварными швами. Сварочный трактор 2 имеет нож 5, устанавливаемый в зазор стыка и прижимающий пружиной 1 тягу 4 с роликами 6 и медным башмаком 3 к нижней стороне свариваемых кромок. Нож направляет трактор вдоль сварного шва. Башмак, перемещаясь вместе с трактором, все время находится под сварочной дугой, предупреждая протекание жидкого металла и формируя нижнюю сторону шва. По мере приближения трактора к сборочным планкам, их удаляют ударами молотка. Сварка на стальной подкладке производится в тех случаях, когда конструкция изделия допускает приварку подкладки с обратной стороны шва. Стальную подкладку плотно подгоняют к плоскости свариваемых кромок и прикрепляют короткими швами ручной дуговой сваркой. Затем автоматической сваркой выполняют основной шов, проваривая одновременно основной металл и металл подкладки. Размеры подкладки зависят от толщины свариваемых кромок. Обычно подкладку изготовляют из стальной полосы шириной 20...60 мм и толщиной 4...6 мм. Сварка после предварительного наложения подварочного шва вручную применяется для упрощения процесса сборки изделия. Однако такой способ автоматической сварки значительно увеличивает затраты труда и материалов и поэтому его следует применять реже. Режимы автоматической сварки стыковых швов тонколистовых . а изделий даны в табл. 12. Двусторонняя стыковая сварка дает более высококачественный шов, обеспечивая хороший провар шва даже при некотором смещении свариваемых кромок. При изготовлении ответственных строительных и монтажно-строительных конструкций двусторонний способ является основным способом сварки. Стыковое соединение сваривают автоматом сначала с одной стороны так, чтобы глубина проплавления составляла 60...70% толщины металла шва. Зазор между кромками должен быть минимальным, не более 1 мм. При этом сварку шва выполняют на весу без подкладок и уплотнений с обратной стороны стыка. При невозможности выдержать зазор между кромками менее 1 мм принимают меры по предупреждению подтекания жидкого металла, так же как это делают при односторонней сварке, т. е. производят сварку на флюсовой подушке, медной подкладке, стальной подкладке или применяют прихватку ручной дуговой сваркой.


 

Примерные режимы двусторонней автоматической сварки стыковых соединений без разделки кромок на флюсовой подушке электродной проволокой диаметром 5...6 мм даны в табл. 13. Сварку тавровых и нахлесточных соединений в различных строительных металлоконструкциях производят вертикальным электродом при положении шва «в лодочку» (рис. 66, а) или наклонным электродом, если один из листов занимает горизонтальное положение (рис. 66, б). При этом в зависимости от толщины свариваемых кромок и назначения соединения сварка может быть выполнена без разделки кромок, с односторонней или с двусторонней разделкой кромок (рис. 67, а, б, в). При зазоре между кромками менее 1 мм сварку «в лодочку» выполняют без подкладки и флюсовой подушки (на весу). При больших зазорах сварку производят на флюсовой подушке или на подкладках. Допускается заделка зазора асбестовым уплотнением или подварка шва с обратной стороны. Сварка «в лодочку» обеспечивает равномерное проплавление свариваемых кромок и получение качественного шва большого сечения за один проход. Но в большинстве случаев для выполнения сварного соединения необходимо изделие установить на специальные кантователи. Сварка тавровых и нахлесточиых соединений стальных строительных конструкций при горизонтальной или вертикальной полке производится наклонным электродом с углом наклона к горизонтальной полке 20...30°. Недостатком такого способа сварки является невозможность получить шов с катетом более 16 мм, что иногда приводит к необходимости многослойной сварки. Примерные режимы автоматической сварки швов тавровых и нахлесточиых соединений, выполняемых «в лодочку» электродной проволокой диаметром 5 мм, даны в табл. 14. При полуавтоматической сварке перемещение дуги вдоль свариваемого шва производится сварщиком либо на себя, либо справа на лево. Держатель опирают на кромки свариваемого изделия и тем самым поддерживают постоянство вылета электродной проволоки в пределах 15...25 мм. Благодаря повышенной плотности тока и более сосредоточенному вводу теплоты глубина провара при шланговой сварке возрастает на 30...40%. Устойчивость горения дуги также значительно повышается, что позволяет производить сварку металла малых толщин (0,8...1,0 мм) и сварку угловых швов с катетом до 2 мм при сварочных токах 80... 100 А. При стыковых швах с зазором более 1,0...1,5 мм сварку производят на флюсовой подушке или на подкладках. При этом держателю придают поперечные колебательные движения. Тавровые и нахлесточные соединения рекомендуется выполнять электродной проволокой диаметром 1,6...2,0 мм на постоянном токе при обратной полярности. Зазор между свариваемыми кромками не должен превышать 0,8... 1,0 мм. Примерные режимы шланговой сварки электродной проволоки диаметром 2 мм под флюсом АН-348-А стыковых швов даны в табл. 15. Примерные режимы сварки угловых швов тавровых соединений приведены в табл. 16. Качественный шов за один проход шланговой сваркой можно получить при катете шва не более 8 мм. При катетах более 8 мм производят многослойную сварку шва. Электрошлаковая сварка Электрошлаковая сварка, разработанная Институтом электросварки им Е. О. Патона, является самым высокопроизводительным способом автоматической сварки металла значительной толщины. Сущность процесса электрошлаковой сварки заключается в том, что плавление свариваемых кромок и электродной проволоки происходит за счет теплоты, выделяющейся в расплавленном шлаке при прохождении через него сварочного тока. Схема электрошлаковой сварки представлена на рис. 68. В пространство между свариваемыми кромками 1 изделия и шлакоудерживающими приспособлениями ( медными ползунами 2, начальными планками 3) вводится флюс и электродная проволока. Процесс сварки начинается с возбуждения дуги между электродной проволокой и начальной планкой. Теплотой дуги расплавляется флюс и электродная проволока. Образуется ванна расплавленного металла 4У покрытая слоем жидкого шлака 5. Сварочный ток, проходя через расплавленный шлак, нагревает его до температуры 1600... 1700° С. Электродная проволока, находясь в ванне нагретого шлака, плавится и дуга гаснет. Дальнейший бездуговой процесс плавки происходит за счет теплоты, выделяемой в шлаке сварочным током. По мере заполнения шва металлом медные ползуны охлаждаемые проточной водой, перемещаются снизу вверх и формируют сварной шов. Применяя электрошлаковую сварку несколькими электродными проволоками или электродами в виде ленты, можно сваривать кромки изделия практически любой толщины. Таким образом разрешена проблема однопроходной сварки толстого металла вертикальным швом. Важным преимуществом электрошлаковой сварки является возможность сварки швов сложной конфигурации (рис. 69); при этом электродная проволока 3 вводится в шов 1 через специальный плавящийся мундштук 2, форма которого соответствует форме шва. Мундштук плавится вместе с электродной проволокой, заполняя сварной шов металлом. Качество металла ища получается значительно выше, чем при автоматической сварке под флюсом. Это объясняется постоянным наличием над металлом шва жидкой фазы металла и нагретого шлака, что способствует более полному удалению газов и неметаллических включений. Резко снижается влияние на качество шва влажности флюса, ржавчины и различных загрязнений свариваемых кромок изделия. Трудоемкость операций по подготовке изделия под сварку снижается за счет исключения работ по разделке и подготовке кромок к сварке. Кромки обрезаются газокислородной резкой под прямым углом к поверхности свариваемого листа. Удельный расход электроэнергии, флюса и электродной проволоки сокращается, так как процесс протекает в замкнутой системе при небольшом количестве флюса и полном использовании электродного металла. Увеличенный вылет электродной проволоки и значительные плотности тока обеспечивают высокий коэффициент наплавки, достигающий до 27 кг/ч, в то время как при автоматической сварке под флюсом он составляет 12 кг/ч, а при ручной только 2 кг/ч. Расход электроэнергии на 1 кг наплавленного металла уменьшается вдвое, а расход флюса-в 20...30 раз по сравнению с автоматической сваркой под флюсом. Производительность электрошлаковой сварки превышает производительность автоматической сварки под флюсом в 7... 10 раз, а при большой толщине свариваемых кромок она в 15...20 раз выше производительности многослойной автоматической сварки. Постепенный подогрев свариваемых кромок и замедленный нагрев околошовной зоны уменьшают возможность образования закалочных структур в околошовной зоне. Поэтому при электрошлаковой сварке самозакаливающихся сталей образование закалочных трещин менее вероятно. Освоение электрошлаковой сварки позволило заменить громоздкие и тяжелые цельнолитые и цельнокованые станины и корпуса более легкими и компактными сварнолитыми и сварноковаными деталями. Для производства электрошлаковой сварки разработаны три типа аппаратов: 1) рельсовые аппараты, перемещающиеся по вертикальным рельсам или специальным направляющим вдоль сварного шва. К ним относятся аппараты А-372М, А-433М и А-681; 2) безрельсовые аппараты, движущиеся по свариваемому изделию и связанные с ним механическим креплением (аппараты А-306 и А-340); 3) шагающие магнитные аппараты, перемещающиеся по свариваемому изделию с помощью системы шагающих электромагнитов. Источниками питания многоэлектродных аппаратов для электрошлаковой сварки являются трехфазные сварочные трансформаторы ТШС-1000-3 и ТШС-3000-3 конструкции Института электросварки им. Е. О. Патона. Они обеспечивают в каждой фазе сварочный ток соответственно в 1000 и 3000 А. Первичная и вторичная обмотки трансформаторов состоят из секций с отводами; это позволяет изменять вторичное напряжение от 38 до 54 В. Трансформаторы работают с принудительным охлаждением (ТШС-1000-3-воздушное, а ТШС-3000-3 - водяное). При отсутствии этих трансформаторов можно применять однофазные трансформаторы ТСД-500, ТСД-1000-3, ТСД-2000, СТЭ-34, СТН-750, СТН-500 и др. Состав флюсов для электрошлаковой сварки марок АН-8 и АН-22 приведен ранее (стр. 82... 83). Электрошлаковой сваркой можно выполнять не только стыковые, но и тавровые, угловые и кольцевые соединения. Например, при сварке кольцевых стыков котельных барабанов применяют одноэлектродный аппарат А-356 или трехэлектродные аппараты А-385 и А-401. При толщине стенок кольцевого стыка 90 мм и внутреннем диаметре 1300 мм аппаратом А-385 шов заваривается за один проход примерно за 1,9 ч. Многослойная автоматическая сварка под флюсом потребовала бы 10... 12 ч. Для сварки прямолинейных швов применяют двухэлектродный аппарат А-372М, работающий на сварочных токах 450....500 А при напряжении 48...50 В и скорости подачи электродной проволоки 196 м/ч. Большое применение получила электрошлаковая сварка при изготовлении и монтаже различных металлоконструкций. Сварка производится автоматом А-681, предназначенным для изделий толщиной до 150 мм. Электродная проволока применяется из стали марки Св-10Г2 или Св-ЮГА, диаметром 2...3 мм. Аппарат имеет подающий механизм типа ПШ-54. Масса аппарата составляет 8 кг. Малая масса, простота установки, настройки и эксплуатации позволяют широко применять аппарат А-681 на строительно-монтажных работах.


 

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ

 

 

СУЩНОСТЬ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ

Многие сварные конструкции имеют прямолинейные или кольцевые (круговые) сварные швы большой длины. Выполнение таких швов не требует от сварщика особенных навыков кроме стабильного ведения процесса. В этих случаях возникает необходимость и возможность механизации процесса сварки. При ручной дуговой сварке сварщик совершает одновременно два движения: перемещает электрод вдоль стыка и подает его вниз с заданной скоростью для поддержания постоянной длины дуги. Эти две операции легко механизировать с помощью двух электромеханических приводов, содержащих электродвигатель с элементами управления, редуктор и подающие устройства (колеса, ролики). Первый привод движет сварочный электрод вниз с требуемой скоростью, второй перемещает электрод с механизмом его подачи вдоль стыка. За сварщиком остаются функции оператора, он должен только управлять процессом. При таком способе сварки использование штучного электрода конечной длины нерационально, удобнее в виде электрода использовать непрерывную проволоку требуемого диаметра и состава. Однако использование такого электрода кроме очевидных преимуществ (отсутствие огарков, не нужно тратить время на смену электрода, удобно транспортировать с помощью механизма подачи) имеет недостаток. Нанести на такой электрод какое-либо защитное покрытие очень сложно, так как электрод из такой проволоки должен находиться в плотно скрученной бобине. Создать шлаковую защиту для плавящегося теплотой дуги электродного металла можно, насыпая вокруг электрода в месте сварки специальное гранулированное вещество сварочный флюс. Этот способ назвали автоматической дуговой сваркой под слоем флюса, хотя правильнее было бы назвать его механизированной сваркой, так как полной автоматизации процесса он не обеспечивает, участие сварщика необходимо. Идея сварки под слоем флюса принадлежит родоначальнику дуговой сварки плавящимся электродом Н.Г. Славянову. Промышленная технология была разработана в СССР в 1930-1940 гг. в Институте электросварки им. Е. О. Патона. При сварке под флюсом (рис. 75) дугу 1 зажигают между свариваемыми деталями 2 и плавящимся электродом (электродной проволокой) 3. Перед дугой из бункера 4 насыпают слой флюса 5. Под ним об разуется сварочная ванна 6 и формируется шов 7. От теплоты дуги часть флюса расплавляется, слой жидкого шлака 8 оттесняется давлением разогретых газов и паров металла и в виде пузырей закрывает зону сварки. Образуется плавильное пространство 9. Электродная проволока 3 из бобины 10 подающим механизмом 11 через снабженный токоподводом мундштук 12 непрерывно подается в плавильное пространство 9. Все устройства смонтированы на тележке 13, перемещающейся по направляющим вдоль свариваемого стыка. При сварке кольцевых или круговых стыков тележка может быть неподвижной, вращается изделие. После затвердевания шва 7 на его поверхности образуется шлаковая корка 14, которая легко удаляется. Нерасплавившийся флюс может во время сварки удаляться флюсоотсосом 15 и использоваться повторно. Слой флюса и шлак защищают зону сварки и остывающий шов от воздуха. Газы и неметаллические загрязнения легко переходят в шлак, металл становится более чистым. Шлак плотно облегает плавильное пространство, в нем повышается давление, дуга обжимается, повышаются ее эффективный КПД и проплавляющая способность. Разбрызгивания электродного металла нет. Это позволяет применять силу тока большую, чем при ручной сварке. Потери электродного металла не превышают 2...4 %. Дуга в процессе сварки не видна, сварщику не требуется защитная маска и тяжелая защитная одежда. Выделяется лишь немного газа и паров флюса, процесс чистый. Производительность возрастает в 5... 10 раз. Применение автоматической дуговой сварки произвело подлинную революцию в ряде отраслей производства, например при изготовлении резервуаров, тонкостенных труб для газо-и нефтепроводов. Сварка под флюсом не лишена недостатков. Ее трудно производить в пространственных положениях шва, кроме нижнего: трудно удерживать флюс. Трудно контролировать процесс горения дуги и формирования шва: все закрыто флюсом. Флюсовая пыль и пары флюса опасны для здоровья сварщиков. Для сварки требуется сложное оборудование.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ

Для сварки под флюсом используют источники питания дуги переменного и постоянного тока, обеспечивающие силу тока от 50 до 2000 А с падающей вольтамперной характеристикой и продолжительностью включения 100 %. Механизмы подачи электродной проволоки не имеют существенных отличий от аналогичных устройств для других способов сварки. Состоят они из двигателя постоянного тока с редуктором и содержат одну или более пар подающих и правящих роликов в зависимости от диаметра подаваемой проволоки. Для подачи одновременно двух проволок используют двойные механизмы. Проволоки в этом случае могут располагаться поперек стыка деталей или вдоль его друг за другом. Скорость подачи проволоки может изменяться специальными устройствами в зависимости от напряжения на дуге автоматически или независимо вручную. Горелки для сварки под флюсом имеют небольшие габариты, так как они меньше нагреваются сварочной дугой, закрытой слоем флюса. Это позволяет использовать воздушное охлаждение горелок. Состоят горелки из двух скрепляемых винтами половин, между которыми устанавливается медный мундштук с отверстием для электродной проволоки. Для прокалки флюса перед сваркой применяют переносные или стационарные электропечи. К флюсовой аппаратуре относится бункер с гибким шлангом, снабженным на конце оправкой, крепящейся к сварочной горелке. Размеры и положение этой оправки определяют количество флюса, подаваемого в зону сварки и толщину его слоя. Бункер комплектуется ситом для очистки флюса от шлаковых корок. Для уборки флюса после сварки используют вакуумные флюсоотсосы, работающие аналогично пылесосам. Сварочная горелка, механизм подачи проволоки с бобиной, флюсовая аппаратура, пульт управления и электрические устройства для поддержания стабильного горения дуги вместе составляют сварочный автомат. Если он устанавливается на подвижной или неподвижной части сварочной установки, то его называют сварочной головкой. Она может быть подвесной или самоходной, если имеет свой привод перемещения относительно изделия по направляющим сварочной установки. Автомат, имеющий свой привод перемещения и четырехколесную тележку, позволяющую ему передвигаться непосредственно по свариваемому изделию, называют сварочным трактором. Тракторами можно сваривать прямолинейные и кольцевые швы. Например, трактор ТС17М-1 сваривает кольцевые швы диаметром от 1200 мм и более внутри вращающегося изделия. Чтобы настроить сварочную горелку на свариваемый стык, сварочные автоматы снабжают винтовыми механизмами с рукоятками для вертикальных и горизонтальных перемещений горелки, а тракторы, кроме того, - механизмами поворота горелки вместе с подающим механизмом и бункером вокруг горизонтальной и вертикальной осей. Обозначения типов автоматов стандартизированы: АД - автомат, П - полуавтомат для дуговой сварки, Ф - под флюсом, Г - в защитном газе, ФГ-универсальный (под флюсом и в газе), Ш - шланговый. Отечественные сварочные автоматы по своим техническим данным (табл. 13) и назначению полностью удовлетворяют основные потребности промышленности. Кроме сварочных тракторов общего назначения существуют специализированные. Например, тракторы типа ТС-32 предназначены для однодуговой сварки стыковых соединений на скользящей водоохлаждаемой медной подкладке для формирования обратной стороны шва. Медная подкладка связана с корпусом трактора сцепкой через зазор между листами в стыке. Трактор ДТС-38 предназначен для двухдуговой сварки стыковых и угловых швов с углом наклона электродов от вертикали 35°. У некоторых автоматов, например АДС-1000-4, АДФ-1003, скорость подачи проволоки автоматически устанавливается и регулируется при сварке в зависимости от длины сварочной дуги. Сварщик задает на пульте управления величину напряжения дуги, электрическая схема сравнивает фактическое напряжение в данный момент с заданным и, меняя скорость подачи проволоки, поддерживает длину дуги постоянной. В других автоматах, например ТС-17М, АДФ-500, скорость подачи в процессе сварки не изменяется. Она равна скорости плавления электрода. При случайном уменьшении или увеличении длины дуги соответственно увеличивается или уменьшается сила сварочного тока, проволока плавится быстрее или медленнее, длина дуги восстанавливается под флюсом применяют также полуавтоматические установки, у которых имеются только механизм подачи электродной проволоки и аппаратура управления. Проволока подается по шлангу в сварочную головку, которую сварщик держит в руках. На головке смонтирован небольшой бункер - воронка для флюса. Хорошо зарекомендовали себя полуавтоматы ПШ-5-1, ПШ-54, ПДШМ-500, А-1197Ф. Они рассчитаны на номинальную силу сварочного тока 500...600 А, проволоку диаметром 1,6...2,5 мм со скоростью ее подачи от 80 до 720 м/ч.


 

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ

Для дуговой сварки под флюсом применяют электродную проволоку и флюс. В качестве электродной применяют такую же проволоку, что и при других способах сварки плавлением. Может применяться также проволока, отформованная из ленты в трубку, внутрь которой запрессован флюс. Такую проволоку называют порошковой. В последнее время разработаны композитные проволоки, оболочка которых пластмассовая, а сердцевина - смесь флюса и железного порошка. Достоинство такой проволоки - полная невосприимчивость к влаге. , Сварочный флюс должен хорошо защищать капли электродного металла и жидкий металл сварочной ванны от воздействия воздуха. Наряду с этим флюс обеспечивает устойчивое горение дуги, хорошее формирование шва и образует шлаковую корку, легко отделимую от поверхности шва после затвердевания; из флюса при плавлении не должно выделяться большого количества газов, пыли. Флюс должен обеспечивать заданные химический состав и механические свойства металла шва. Флюсы классифицируются по назначению, химическому составу и способу изготовления. По назначению выделяют три группы флюсов: для сварки углеродистых и легированных сталей, для сварки высоколегированных сталей, для сварки цветных металлов и сплавов. Внутри этих групп флюсы могут различаться по размеру зерна в зависимости от диаметра электродной проволоки: чем больше диаметр проволоки, тем крупнее част300ицы флюса. По химическому составу различают кислые и основные флюсы в зависимости от соотношения соответствующих окислов в составе. По способу изготовления флюсы разделяют наплавленные и неплавленные. Неплав ленные флюсы изготавливают без плавления компонентов шихты. К ним относят флюсы керамические и изготовленные путем измельчения природных минералов. Керамические флюсы изготавливают из тех же компонентов, что и электродные покрытия, их замешивают на жидком стекле, а затем спекают и дробят. Недостаток таких флюсов - низкая прочность их зерен (много отходов, мелких фракций) и возможная неоднородность состава из-за разделения веществ с разным удельным весом при их перемешивании. Плавленные флюсы применяются чаще. Среди них больше используют высококремнистые и марганцевые флюсы АН-348А и ОСЦ-45. Эти флюсы изготавливают плавлением песка (до 97 % Si02), марганцевой руды (МпО), плавикового шпата (75 % CaF2), магнезита (87 % MgO). Жидкий расплав флюса выливают в изложницу или воду, обеспечивая грануляцию флюса. Для сварки низколегированных низкоуглеродистых сталей используют улучшающие легирующие флюсы. Для сварки высоколегированных сталей - более нейтральные флюсы, состоящие из бескислородных соединений типа фтористого кальция. Однако формирование швов под такими флюсами несколько хуже, чем под флюсами с активными компонентами. Плавленные флюсы бывают стекловидными и пемзовидными, отличаются формой частиц и степенью раскисления. Стекловидный флюс лучше защищает зону сварки, однако формирование шва лучше под пемзовидным флюсом. Химический состав металла шва зависит от химической активности флюса и от состава электродной проволоки. Поэтому для сварки конкретной стали флюс надо выбирать одновременно с проволокой, т.е. выбирать систему флюс - проволока. При этом надо стремиться, чтобы металл шва содержал 0,2...0,4 % кремния и марганца. Можно использовать, например, при сварке углеродистых и низколегированных сталей три основные системы. По первой из них берут низкоуглеродистую проволоку (Св-08, Св-08А) и высокомарганцовистый, высококремнистый флюс (35...40 % МпО и 40...45 % Si02). Легирование кремнием и марганцем будет прои table border=сходит// src=ь за счет флюса. По второй системе можно взять низкоуглеродистую проволоку, содержащую до 2 % Мп (например, Св-20Г2) и высококремнистый, с небольшим содержанием марганца флюс (40...42 % Si02 и не более 15 % МпО). Легирование шва марганцем будет происходить за счет проволоки, а кремнием - за счет флюса. По третьей системе выбирают среднемарганцовистую электродную проволоку (около 30 % МпО) и среднемарганцовистый, высококремнистый флюс (около 30 % МпО и 40...45 % Si02). Марганец в шов будет переходить из проволоки и флюса, кремний - из флюса. Количество переходящих в шов легирующих элементов зависит и от параметров режима сварки. Чем больше будет вокруг сварочной ванны расплавившегося флюса, тем больше легирующих элементов перейдет из него в шов.


 

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ

 

Основные параметры режима дуговой сварки под флюсом - это сила сварочного тока, его род и полярность, напряжение дуги, скорость сварки, диаметр и скорость подачи электродной проволоки. Дополнительные параметры - вылет электрода (расстояние от его торца до мундштука), наклон электрода или изделия, марка флюса, подготовка кромок и вид сварного соединения. С увеличением силы сварочного тока возрастает давление дуги, вследствие чего жидкий металл сварочной ванны более интенсивно вытесняется из-под электрода и дуга погружается в глубь основного металла. Глубина проплавления основного металла при этом увеличивается, дуга укорачивается и становится менее подвижной. Вследствие этого ширина шва при увеличении силы тока остается неизменной, несмотря на увеличение объема сварочной ванны. Швы становятся глубокими, но не широкими (рис. 76). Величина усиления такого шва велика, так как растет количество электродного металла, расплавленного в единицу времени. Такие швы менее стойки к образованию трещин и плохо работают при вибрационных нагрузках. Следует отметить, что с ростом силы тока при неизменных остальных условиях уменьшается количество расплавляемого флюса. С увеличением диаметра проволоки при неизменном сварочном токе усиливается блуждание дуги по торцу ~ ^ электрода и по поверхности сварочной ванны, из-за это-рис. 76. Влияние силы тока на форму шва: го ширина сварочной ванн а - нормальная; б - завышенная сила тока возрастает, а глубина проплавления уменьшается. Уменьшение диаметра проволоки при неизменном токе, напротив, способствует увеличению глубины проплавления и уменьшению ширины шва. С повышением напряжения на дуге при неизменном токе сварки увеличивается длина и подвижность дуги, в результате чего значительно возрастает ширина шва и уменьшается высота усиления. Глубина проплавления уменьшается незначительно. Таким образом, сила сварочного тока и напряжение дуги оказывают противоположное действие на форму шва. Поэтому для получения шва оптимальной формы увеличение силы сварочного тока при увеличении толщины свариваемого изделия должно обязательно сопровождаться соответствующим повышением напряжения дуги. С увеличением скорости сварки столб дуги отклоняется в сторону, противоположную направлению сварки, из-под дуги вытесняется больше жидкого металла и толщина его слоя уменьшается. Жидкий металл под дугой имеет высокое термическое сопротивление и препятствует поступлению теплоты от дуги к нерасплавленному металлу. Поэтому при возрастании скорости сварки вначале наблюдается увеличение глубины проплавления, затем при дальнейшем увеличении скорости сварки влияние уменьшения погонной энергии (количество энергии на единицу длины шва) становится преобладающим, в результате глубина провара и площадь сечения шва уменьшаются. С увеличением скорости сварки VCB уменьшаются остальные размеры шва, включая его ширину (рис. 77). Уменьшается также расстояние / от электрода до фронта плавления. При наклоне электрода углом вперед жидкий металл вытесняется из-под дуги, глубина проплавления увеличивается, при наклоне углом назад, напротив, уменьшается. Если электрод вертикален, а изделие наклонено и сварка ведется снизу вверх, "в горку", то глубина проплавления увеличивается. Наоборот, при сварке "под горку" глубина проплава уменьшается, но шов становится шире. Толщина кромки свариваемой детали й ее начальная температура также влияют на формирование шва. При сварке на морозе - значительно уже и выше. При сварке толстого металла швы уже и выше, чем при сварке тонкого металла. Если глубина проплавления составляет приблизительно три четверти толщины свариваемого металла, то даже относительно небольшое местное уменьшение его толщины (например, лыска или выточка) уже может привести к скачкообразному увеличению глубины провара и прожогам. Стыковые швы обычно стремятся выполнять за один проход, но , при сварке, например, закаленных или некоторых высоколегированных сталей требуется вести сварку в несколько проходов с целью ограничения количества тепла, поступающего в изделие. Кроме того, большие толщины сварить за один проход часто не удается. Если сталь не чувствительна к перегреву, то стыковые соединения толщиной до 20 мм можно сваривать за один проход, односторонним швом без разделки кромок. Для обеспечения полного провара сварка ведется по зазору в стыке деталей шириной 5...6 мм. При отсутствии зазора одностороннюю сварку без разделки кромок можно проводить на металле толщиной до 14 мм. Для предотвращения прожогов односторонние соединения сваривают в замок (рис. 78, а), на остающейся стальной подкладке » (рис. 78, б), на флюсо медной подкладке или на флюсовой подушке. В замок ведут сварку кольцевых соединений толстостенных цилиндрических сосудов и труб небольшого диаметра. На остающейся подкладке сваривают стыковые соединения толщиной до 10 мм при невозможности вести двухстороннюю сварку. При сварке подкладка частично оплавляется и приваривается к нижней части кромок. Остающаяся подкладка обычно делается из материала свариваемой детали. Используют также подкладки из асбеста, меди, которые после сварки убирают. Стыки с обратной стороны иногда заделывают огнеупорным материалом. При сварке на флюсовой подушке к обратной стороне стыка поджимают слой флюса, препятствующий вытеканию расплавленного металла. Форма и сечение шва по длине стыка определяются равномерностью зазора в стыке и поджатием флюсовой подушки (рис. 79). При слабом поджатии подушки шов получается ослабленным с выпуклым обратным валиком. При чрезмерном поджатии возможна вогнутость шва с обратной стороны. При сварке тонких листов толщиной до 10 мм флюс подушки г поджимается с помощью резиновых шлангов, в которые подают воздух. Прижимы могут быть механические, электромагнитные. При сварке массивных основного прохода. Это делают, когда нельзя использовать подкладку или когда сварку приходится вести по неравномерному зазору. Сварку одним электродом можно производить со скоростью не более 45 м/ч. В некоторых случаях нужны более высокие скорости, например при производстве сварных труб большого диаметра. Увеличение скорости можно получить при увеличении мощности дуги, однако при силе тока более 1300... 1500 А получить хорошее формирование шва без подрезов и в то же время с достаточной глубиной проплавления нельзя. Увеличение скорости сварки возможно только при двухдуговой сварке. Проволоки располагают только вдоль оси шва, первый электрод - вертикально, обеспечивая необходимую глубину провара, а второй наклоняют назад от направления движения, обеспечивая достаточную ширину шва и плавный переход от металла шва к основному металлу. Обе дуги питаются от независимых источников постоянного тока обратной полярности. Так можно получать скорость до 120 м/ч (табл. 15). Двумя дугами можно сваривать стыковые соединения из металла толщиной до 14 мм в один проход, причем в стыке должен быть зазор. Сварку необходимо вести на флюсовой или флюсомедной подкладке. Для увеличения скорости сварки более 140 м/ч применяют одновременно три дуги. Зажигание дуги под флюсом производится обычно путем включения сварочного тока при электроде, предварительно замкнутом на свариваемое изделие. Если применен автомат с регулированием скорости подачи проволоки по напряжению на дуге, то при включении тока электродная проволока короткое время двигается вверх, способствуя зажиганию дуги, после чего реверсируется и подается в дугу с требуемой скоростью. Если скорость подачи постоянна, то дуговой промежуток образуется в результате взрыва перемычки на торце электрода, замкнутого на изделие, мгновенно разогреваемой током короткого замыкания. В образовавшемся нагретом промежутке возбуждается дуга, длина которой устанавливается и поддерживается в результате саморегулирования. В процессе сварки необходимо следить за точным направлением электрода по оси стыка или по заданному направлению. Так как дуга при сварке под флюсом не видна, то заданное направление электрода определяют по указателям в виде штифта или светового пятна, движущимся на одной линии с электродом впереди него по копирному ролику, движущемуся по разделке. Применяют также устройства с фотоэлементами. Техника заварки кратера при окончании шва зависит от конструкции автомата. Если сварка производится на установках с неподвижным автоматом и перемещающимся изделием, то при подходе дуги к концу шва останавливают изделие и, не выключая тока, прекращают подачу электродной проволоки до естественного обрыва дуги. На сварочных тракторах при подходе дуги к концу шва останавливают трактор и непродолжительное время продолжают сварку на месте, затем, не выключая тока, останавливают подачу проволоки, дуга растягивается до естественного обрыва. В отдельных случаях используется автоматическая однопроходная сварка металла толщиной более 40 мм. В этом случае объем и глубина сварочной ванны велики, выделение газов затрудняется, увеличивает ся вероятность порообразования. Поэтому при однопроходной сварке толстого металла мощными дугами применяют флюсы с повышенной газопроницаемостью и толстую электродную проволоку диаметром до 8...12 мм. Сварку ведут на повышенном напряжении дуги, чтобы обеспечить получение швов нормальной чашеобразной формы, не склонных к образованию горячих трещин. В зависимости от типа свариваемого изделия вместе со сварочным оборудованием может использоваться разнообразное механическое оборудование. Наиболее распространенным видом такого оборудования являются вращатели. Эти устройства предназначены для вращения свариваемого изделия с заданной стабилизированной и регулируемой скоростью и отличаются от аналогичных по компоновке устройств - кантователей тем, что скорость вращения регулируется плавно в широком диапазоне. Вращатели используют двух видов: с центральной осью и внецентровые. Вращатели с центральной осью предназначены для перемещения относительно малых изделий, иногда имеющих небольшую жесткость, но требующих высокой точности позиционирования. Внецентровые вращатели представляют из себя роликовый стенд, содержащий размещенные на станине 4 два ряда роликов 5 и 6, часть которых соединена с приводом 7. Как правило, на таких роликовых стендах сваривают обечайки большого диаметра, имеющие высокую жесткость. При недостаточной жесткости внутрь обечаек могут устанавливаться распорные устройства (штанги, кольца, центраторы). Сварочные стенды весьма разнообразны по конструкции. Как правило, они предназначены для сварки плоских изделий из листового материала. Стенд состоит обычно из плоской рамы с размещенными на ней универсальными приспособлениями, включающими в себя опоры, упоры, прижимы, подкладные устройства, разнообразные по типоразмеру и конструкции. Сварочное оборудование (трактор) может передвигаться либо по изделию (направление задается специально устанавливаемым рельсом-направляющей), либо по специальным передвижным порталам, балкам.


 

ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ СТАЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ ЛЕГИРОВАНИЯ

Равнопрочность соединений изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей достигается подбором флюсов и сварочных проволок, а также выбором режимов сварки. В большинстве случаев используют флюсы АН-348 и ОСЦ-45 и низкоуглеродистые проволоки Св 08 и Св 08Д. При сварке ответственных конструкций рекомендуется использовать электродную проволоку Св 08ГА. Использование этих сварочных материалов позволяет получить металл шва с механическими свойствами, равными или превышающими механические свойства основного металла. Иногда при сварке низколегированных сталей с повышенным содержанием марганца необходимо использование электродных проволок Св ЮГА и Св 10Г2А. Они позволяют получать швы, практически свободные от пор. Однако при сварке без разделки можно получить некоторое снижение пластических свойств металла шва. Для обеспечения пластических свойств металла шва и около шовной зоны на уровне свойств основного металла следует выбирать режимы, обеспечивающие получение швов повышенного сечения, применять двухдуговую сварку или производить предварительный подогрев металла до температуры 150...200 °С. Среднеуглеродистые и среднелегированные стали рекомендуется сваривать под флюсом при толщине свариваемого металла не менее 4 мм. Сварку можно вести как на переменном, так и на постоянном токе. Диаметр электродной проволоки выбирают 2...5 мм. При сварке с одной стороны не допускается использование медных и медно-флюсовых подкладок из-за возможности попадания в шов меди и образования вследствие этого горячих трещин. Для увеличения сопротивляемости сварных швов горячим трещинам, а также повышения пластичности и ударной вязкости металла шва используют основные флюсы, такие как АН-26, АН-20, 48-ОФ-Ю, уменьшающие содержание серы и окисных включений в металле шва. Во избежание пористости и наводораживания швов флюсы перед сваркой необходимо прокаливать при температуре 300...350 °С в течение 2...3 ч, чтобы их влажность не превышала 0,1 %. Конструкционные среднеуглеродистые и среднелегиро ванные стали под флюсом сваривают, как правило, без подогрева. Только в случае сварки жестких узлов и узлов из сталей 30ХГСА и 30ХГСНА при большой толщине изделий применяют подогрев до температуры 250...300 °С. После сварки во всех случаях необходим общий отпуск при температуре 600 °С или местный послесварочный отпуск при температуре 300 ° С для предупреждения образования холодных трещин. Для сварки сталей типа ЗОХГСА можно использовать высоколегированную короззионно-стойкую электродную проволоку 10Х16Н25АМ6. Прочность таких швов меньше, чем основного металла, однако высокая пластичность придает соединению хорошую работоспособность. Сварка под флюсом применяется в соединении изделий из высоколегированных коррозионностойких сталей толщиной 3...50 мм при производстве химической и нефтехимической аппаратуры. Для предупреждения перегрева металла и появления трещин рекомендуется выполнять сварку швами небольшого сечения, проволокой диаметром 2...3 мм. Вылет электрода надо уменьшать в 1,5...2 раза по сравнению с проволокой из углеродистых сталей, так как высоколегированные стали имеют высокое электрическое сопротивление и при большом вылете электрод будет перегреваться - это ухудшит формирование шва. Высоколегированная хромом и никелем проволока в процессе изготовления сильно наклёпывается (увеличивается твердость ее поверхностного слоя) и становится жесткой, что затрудняет работу правильных, подающих и токоподводящих узлов сварочных установок, снижая срок их службы. Шов легируют через флюс или проволоку. Последний способ более предпочтителен, так как обеспечивает повышенную стабильность состава металла шва. Для сварки используют электродные проволоки, выпускаемые по ГОСТ 2246 - 70 и низкокремнистые фторидные и бесфторидные флюсы, создающие в зоне сварки безокислительную или малоокислительную среды, не окисляющие легирующие элементы. Это флюсы АН-26, АНФ-14, 48-ОФ-Ю. Сварку жаростойких сталей проволоками типа Св 08Х25Н13БТЮ выполняют под теми же флюсами. При сварке проволоками, содержащими легкоокисляющиеся элементы (алюминий, титан, бор и др.), применяют либо те же флюсы, либо фторидный флюс АНФ-22, обеспечивающий стойкость против горячих трещин. Сварку под фторидными флюсами производят на постоянном токе обратной полярности. При этом для получения той же глубины проплавления, что и на аналогичных режимах для углеродистой стали, необходимо снизить силу сварочного тока на 10...30 %. Остатки шлака и флюса с поверхности швов необходимо тщательно удалять.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит сущность процесса дуговой сварки под слоем флюса?

2. Какими преимуществами обладает сварка под флюсом по сравнения со сваркой открытой дугой?

3. Что называют сварочным автоматом?

4. Что называют сварочным полуавтоматом?

5. Что такое сварочный трактор? , 6. Что означает обозначение АДФ-500?

7. Для чего служит флюс?

8. Как разделяют флюсы по назначению и способу изготовления?

9. Как выбрать сварочный флюс и электродную проволоку для получения металла шва нужного состава?

10. Какие бывают параметры режима дуговой сварки под флюсом?

11. Как влияют сила тока, напряжение дуги и скорость сварки на форму шва?

12. Как обеспечить формирование проплава при сварке стыковых соединений?

13. Зачем нужна многодуговая сварка под флюсом?

14. Как зажигают дугу при сварке под флюсом?

15. Какие приемы при сварке под флюсом применяют для заварки кратера?

16. Какие марки флюсов применяют для сварки углеродистых и высоколегированных сталей?


 

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НЕЕ

 

Сущность сварки под флюсом Сварка под флюсом — дуговая сварка, при которой дуга горит под слоем сварочного флюса, обеспечивающего защиту сварочной ванны от воздуха. Наряду с защитой флюс стабилизирует дугу, обеспечивает раскисление, легирование и рафинирование расплавленного металла сварочной ванны. По степени механизации процесса различают автоматическую и механизированную сварку под флюсом. В большинстве случаев используется автоматический процесс. Механизированная сварка под флюсом применяется в значительно меньшем объеме, чем автоматическая. ж Ж М Рис. 46. Схема процесса автоматической сварки под флюсом Схема процесса автоматической сварки под флюсом ведена на рис. 46. Электродная проволока автомата подается в зону сварки. Дуга горит между концом электрода 4 и изделием 2 под слоем сварочного флюса 6, подаваемого на изделие из бункера 3. Под действием теплоты, выделяемой сварочной дугой, плавятся электродная проволока и основной металл, а также часть флюса, находящегося в зоне дуги. В области горения дуги образуется полость ограниченная в верхней части оболочкой расплавленного флюса . Эта полость заполнена парами металла, флюса и газами, их давление поддерживает флюсовый свод, образуются над сварочной ванной. Дуга 5 горит в непосредственной близости от переднего края ванны, несколько от вертикального положения в сторону, обратную  дугу сварки. Под влиянием давления дуги жидкий металл также оттесняется в сторону, противоположную направлению сварки, образуя сварочную ванну <5. Под электродом создается кратер с тонким слоем расплавленного металла, а основная масса расплавленного металла занимает пространство от кратера до поверхности шва .12. Расплавленный флюс 7 вследствие значительно меньшей плотности всплывает на поверхность расплавленного металла шва и покрывает его плотным слоем.

Флюс защищает дугу и сварочную ванну от вредного воздействия окружающей среды, оказывает металлургическое воздействие на металл сварочной ванны и, кроме того, препятствует разбрызгиванию жидкого металла. Расплавленный флюс, обладая низкой теплопроводностью, замедляет процесс охлаждения шва, что облегчает шлаковым включениям и растворенным в металле газам 9 подняться на поверхность ванны, способствуя очищению металла шва от загрязнений. Нерасплавленный в процессе сварки избыточный флюс пневматическим устройством 10 отсасывают со шва и используют в дальнейшем при последующей сварке. Заплавленная и затвердевшая часть флюса образует на шве толстую шлаковую корку 11. После прекращения сварки и охлаждения металла шлаковая корка легко отделяется от металла шва 12. Сварку обычно проводят на подкладке 1 или флюсовой подушке. Преимуществами сварки под флюсом являются: высокая производительность благодаря применению больших токов, большой глубины проплавления, а также почти полного отсутствия потерь металла на угар и раз-, брызгивание; механизация процесса сварки; высокое качество сварных швов за счет хорошей защиты флюсом сварочной ванны от воздуха; улучшение условий труда сварщиков. Недостатками сварки под флюсом являются возможность сварки только в нижнем положении (наклон до 15°), трудности применения в монтажных условиях, на коротких швах. При сварке под флюсом производительность процесса по машинному времени повышается в 6—12 раз по сравнению с ручной дуговой сваркой. При сварке на специальных, так называемых форсированных режимах, применяемых при изготовлении труб большого диаметра и широкополых двутавровых балок, производительность повышается в 15— 20 раз. Повышение производительности при автоматической сварке под флюсом достигается за счет использования больших токов и повышения плотности тока в электроде (табл.

9). Резкое повышение абсолютной величины тока и его плотности в электроде возможно благодаря наличию плотного слоя флюса вокруг зоны сварки; это предотвращает выдувание жидкого металла шва из сварочной ванны и сводит потери на угар и разбрызгивание до 1—3%. Увеличение тока позволяет сваривать металл значительной толщины без разделки кромок с одной или двух сторон и увеличив го количество металла, наплавляемого в единицу времени Коэффициент наплавки при сварке под флюсом составляя; 14—18г/(А«ч) и более против 8—12 г/(А при сварке m крытыми электродами. При сварке под флюсом обеспечивается высокое и стабильное качество сварных швов. Это достигается за счет надежной защиты металла шва от воздействия кислорода и азота воздуха, однородности металла шва по химическому составу, улучшения формы шва и сохранения постоянства его размеров. Одновременно обеспечивается меньшая вероятность образования непроваров, подрезов и других дефектов формирования шва и отсутствие перерывов в процессе сварки, вызываемых сменой электродов. Автоматическую и механизированную сварку под флюсом применяют в заводских и монтажных условиях для сварки в нижнем положении металла толщиной 2—100 мм. Сваривают стали различного состава, медь, титан, алюминий и сплавы на их основе. При сварке алюминия применяют сварку по флюсу в связи с тем, что флюсы для алюминия обладают большой электропроводностью. В настоящее время разработаны способы сварки алюминия и под флюсом. Сварка по флюсу — автоматическая дуговая сварка, при которой на свариваемые кромки наносится слой флюса, толщина которого меньше дугового промежутка. Это сварка полуоткрытой дугой, отличающаяся такой дозировкой флюса, что получаемый его слой, не закрывая полностью дугу, создает достаточную защиту и высокую устойчивость дугового процесса. Основным видом сварки под флюсом является сварка дугой. Для повышения производительности процесса качества сварных соединений используют свар флюсом с дополнительной дозированной присадкой де гранулированного порошка, окатышей, рубленой проволоки, которые подают в зону сварки путем предварительно.* засыпки в зазор, подачи в хвостовую часть ванны, непосредственно вместе с электродом в плавильное пространство (рис. 47). Для повышения скорости расплавления электрода можно применять сварку под флюсом с увеличенным вылетом электрода. При этом достигается предварительный нагрев электрода сварочным током на участке вылета и более быстрое плавление его. Повысить производительность процесса и качество сварного соединения можно многодуговой автоматической сваркой под флюсом двумя и более электродами. Этот метод применяется в основном в массовом производстве однотипных деталей (трубы, балки, резервуары). Различают многоэлектродную и многодуговую сварку. При многоэлектродной сварке все электроды присоединены к одному полюсу источника питания. При многодуговой сварке каждый из электродов подсоединен к отдельному источнику питания и они электрически изолированы друг от друга. Существуют две разновидности многодуговой сварки: сварка в общую ванну, когда расплавляемый всеми дугами металл образует единую ванну (рис. 48), и сварка в раздельные ванны, в этом случае каждая дуга образует свою ванну и последующая дуга расплавляет уже закристаллизовавшийся слой, сваренный предыдущей дугой. Этот способ называют также сваркой раздвинутыми дугами. Многоэлектродная сварка ведется в общую ванну. В промышленности применяют следующие разновидности сварки в общую ванну: Рис. 48. Сварка под флюсом двумя дугами (стрелкой показано направление сварки): а Щ в общую ванну, б — в раздельные ванны сварку сдвоенным электродом с продольным и поперечным расположением электродов (рис. 49). Повышение производительности в этом случае достигается за счет увеличения количества электродного металла, вводимого в сварочную ванну в единицу времени. Сдвоенный электрод применяют при сварке с зазором, при двусторонней сварке стыковых швов для уменьшения глубины провара от первого слоя, при сварке многослойных швов и наплавочных работах; сварку трехфазной дугой (см. рис. 18, в), при которой увеличивается коэффициент наплавки. Этот способ применяют для наплавочных работ, сварки многослойных швов и угловых швов большого сечения; двудуговую или многодуговую сварку на больших скоростях, при "которой используют два наклонных электрода или вертикальный и наклонный электроды (рис. 50). Вместо одного вертикального электрода применяют также сдвоенный электрод. При этих схемах удается увеличить глубину проплавления основного металла и улучшить формирование шва, что позволяет резко повысить скорость сварки и ее производительность. Скорость при сварке угловых швов достигает 90 м/ч и выше, а при сварке стыковых швов — 300 м/ч. При сварке в раздельные ванны электроды располагаются по схеме рис. 50, а. Сварку второй дугой-ведут по жидкому шлаку от первой дуги. Минимальное расстояние между дугами определяется длиной сварочной ванны первой дуги, а максимальное — длиной шлаковой ванны. Наряду с повышением производительности сварка раздвинутыми дугами позволяет значительно повысить пластические свойства сварного соединения и сопротивляемость холодным и горячим трещинам за счет снижения скорости остывания металла шва и около шовной зоны, снижения доли основного металла в формировании шва и переплавления второй дугой слоя металла, образовавшегося за счет действия первой дуги. § 21. Сварочные флюсы и проволоки Сварочным флюсом (ГОСТ 9087—81) называется неметаллический материал, расплав которого необходим для сварки и улучшения качества шва.


 

По способу изготовления флюсы разделяют на плавленые и неплавленые. Плавленый флюс получают сплавлением его составляющих. Сплавленную массу после охлаждения подвергают дроблению на зерна требуемого размера. Неплавленые флюсы представляют собой механическую смесь порошкообразных и зернистых материа лов. К ним относятся и керамические флюсы для дуговой сварки, получаемые перемешиванием порошкообразных материалов со связующим веществом. Преимуществом плавленых флюсов перед керамическими являются более высокие технологические свойства (за щита, формирование, отделимость шлаковой корки и др.) и меньшая стоимость. Преимуществом керамических флюсов является возможность в более широких пределах легировать металл шва через флюс. В настоящее время наша промышленность применяет преимущественно плавленые флюсы. Плавленые флюсы различают по содержанию в них окис лов различных элементов. По содержанию окиси кремния SiOa флюсы разделяются на высококремнистые (до 40— 45% Si02), низкокремнистые (до 0,5% SiOa) и бескремнистые. По содержанию окиси марганца МпО— на высокомарганцевые (содержащие более 30% МпО), среднемарганцевые (содержащие МпО в пределах 15—30%) и низкомарганцевые. Низкокремнистые флюсы применяют обычно для сварки легированных сталей. Для сварки низкоуглеродистой стали применяют преимущественно низкоуглеродистую сварочную проволоку в сочетании с высококремнистым марганцовис тым флюсом. Примером современных высококремнистых марганцоscript type=border: 0px none currentColor;вис тых флюсов могут служить флюсы ОСЦ-45 и АН-348А, шихта которых состоит из марганцевой руды (МпО), кварцевого песка (Si02) и плавикового шпата (фтористого кальция CaF2). По структуре зерен флюсы делятся на стекловидные (плотные) с объемной массой 1,3—1,8 кг/дм3 и пемзовидные (пористые). В зависимости от диаметра сварочной проволоки флюс одного и того же состава применяют с зернами различной величины. Для сварки проволокой диаметром менее 3 мм применяют стекловидный мелкозернистый флюс с размером зерен менее 0,25—1,0 мм, а для сварки проволокой диаметром 3 мм и более — с размером зерен 0,35— 3,0 мм (в поперечнике).

По назначению различают флюсы для сварки низкоуглеродистых, легированных, специальных сталей и цветных металлов. Марганцевые высококремнистые флюсы применяют для сварки углеродистых и низколегированных сталей с соответствующими сварочными проволоками; низкокремнистые флюсы с повышенным содержанием CaO, MgO nCaF2, шлаки которых имеют слабокислый характер,— для сварки легированных сталей. Для сварки высоколегированных сталей с большим содержанием таких легкоокисляющихся элементов,, как Сг, Mo, Ti, А1 и др., применяют бескремнистые флюсы на основе соединений CaO, CaF2, А1203 и бескислородные фторидные флюсы, состоящие из 60—70% CaF2. Шлаки этих флюсов имеют основной или нейтральный характер. Для цветных металлов и сплавов разработаны флюсы с учетом химических свойств и свариваемости. Например, при сварке Ti используют флюсы системы CaF2— ВаС12—NaFe, не содержащие кислородных соединений, чтобы предотвратить окисление титана. Для автоматической и полуавтоматической наплавки под флюсом применяют те же флюсы, что и для сварки. Наиболее распространены плавленые флюсы АН-348А, ОСЦ45, АН-20, АН-60, 48-ОФ-6, АН-26, АН-15М, АН-8, АН-25 в сочетании с легированными проволоками. Так как химический состав металла шва тесно связан с химической активностью флюса и составом сварочной проволоки, флюс для сварки различных марок углеродистой и низколегированной стали выбирают одновременно, т. е. выбирают систему флюс — проволока, исходя из того, чтобы металл шва содержал не менее 0,2—0,4% Si и Мп для предупреждения образования пор. Используют три основные системы:

1. Низкоуглеродистую проволоку (Св-08, Св-08А и др.) и высокомарганцовистый (35—45% МпО), высококремнистый (40—45% Si02) флюс. Легирование шва кремнием и марганцем происходит за счет флюса.

2. Низкоуглеродистую проволоку, легированную до 2% Мп (типа Св-10Г2), и высококремнистый (40—42% Si02) флюс, содержащий не более 15% МпО. В этом случае легирование шва марганцем происходит за счет проволоки, а кремнием — за счет флюса.

3. Среднемарганцовистую электродную про// ; /* electrowelder большой прямоугольник */ goo gle_ad_slot = волоку (~1% Мп) и среднемарганцовистый (~30% МпО) кремнистый флюс. Легирование шва марганцем происходит за счет проволоки и флюса, кремнием — за счет флюса.

Сварочные проволоки сплошного сечения, применяемые при сварке под флюсом, такие же, как при изготовлении покрытых электродов (см. § 7). Возможно применение активированной и порошковой проволоки. § 22. Технология сварки под флюсом Основными параметрами режима сварки под флюсом являются величина тока, его род и полярность, напряжение дуги, скорость сварки, диаметр и скорость подачи электродной проволоки. Дополнительные параметры режима — вылет электрода, наклон электрода и изделия, марка флюса, подготовка кромок и вид сварного соединения. Параметры режима сварки выбирают исходя из толщины свариваемого металла, требуемой формы сварного шва, которая определяется глубиной проплавления и шириной шва. Режим сварки определяют по экспериментальным таблицам или приближенно простым расчетом, при сварке без разделки — по глубине проплавления, при сварке с разделкой — по количеству наплавляемого металла. Порядок подбора режима сварки следующий: в зависимости от толщины свариваемого металла выбирают диаметр электродной проволоки, затем в зависимости от диаметра устанавливают сварочный ток, далее скорость подачи электродной проволоки и скорость сварки. Автоматическую сварку под флюсом ведут сварочной проволокой сплошного сечения диаметром 1—6 мм при силе тока 150—2000 А и напряжении дуги 22—55 В, полуавтоматическую— сварочной проволокой диаметром 0,8—2 мм при силе тока 100—500 А и напряжении дуги 22—38 В. Примерные режимы автоматической сварки под флюсом на переменном токе низкоуглеродистой стали приведены в табл. 10. Влияние изменения параметров режима сварки на глубину проплавления и ширину шва следующее. Увеличение тока в связи с увеличением тепловой мощности и давления дуги увеличивает глубину проплавления, но мало влияет на ширину шва. При увеличении напряжения дуги (длины дуги) увеличивается ее подвижность и возрастает доля теплоты дуги, расходуемой на расплавление флюса. При этом растет ширина шва, а глубина проплавления остается практически постоянной. Этот параметр режима широко используют в практике для регулирования ширины шва. Увеличение диаметра электрода при неизменном токе приводит к уменьшению глубины проплавления и увеличению ширины шва в связи с блужданием дуги. Род и полярность также оказывают значительное влияние на форму и размеры шва, что объясняется различным количеством теплоты, выделяющимся на катоде и аноде дуги. При сварке на постоянном токе прямой полярности глубина проплавления на 40—50%, на переменном токе на 15—20% меньше, чем при сварке на постоянном токе обратной полярности. Поэтому швы, в которых требуется небольшое количество металла и большая глубина проплавления (стыковые и угловые швы без разделки кромок), целесообразно выполнять на постоянном токе обратной полярности. Увеличение скорости сварки приводит к уменьшению основных размеров шва. С увеличением вылета электрода возрастает интенсивность его подогрева и скорость его плавления. В результате толщина прослойки расплавленного металла под дугой увеличивается и вследствие этого уменьшается глубина проплавления. Этот эффект используют иногда для увеличения производительности наплавки и заполнения швов. В некоторых случаях, особенно при автоматической наплавке, электроду сообщают колебания поперек шва с различной амплитудой и частотой, что позволяет в широких пределах изменять форму и размеры шва. При сварке с поперечными колебаниями электрода глубина проплавления и высота усиления уменьшаются, а ширина шва увеличивается. Этот способ удобен для предупреждения прожогов при сварке стыковых соединений с повышенным зазором или уменьшенным притуплением кромок. Подобный же эффект можно получить при сварке сдвоенным электродом, когда электроды расположены поперек направления сварки. При их последовательном расположении глубина проплавления, наоборот, возрастает. Определенное влияние на размеры шва оказывает наклон электрода и изделия. При сварке углом вперед из-за подтекания металла в зону сварки уменьшается глубина проплавления и увеличивается ширина шва. При сварке углом назад в связи с оттеснением расплавленного металла давлением дуги в хвостовую часть ванны глубина проплавления увеличивается, ширина шва уменьшается. Соответственно при сварке на спуск глубина проплавления уменьшается, ширина шва увеличивается, при сварке на подъем — соотношение обратное. Техника автоматической сварки под флюсом зависит от толщины металла и типа соединения. Металл повышенной толщины сваривают многопроходными швами с необходимым смещением электрода с оси шва. Для обеспечения качества концевых участков шва сварку начинают на входной и заканчивают на выходной планках шириной до 150 мм и длиной до 250 мм, которые закрепляют на прихватках до начала сварки, после сварки планки удаляют. При автоматической сварке стыковых соединений «на весу» сложно получить шов с проваром по всей длине из-за вытекания в зазор между кромками расплавленного металла и флюса с образованием прожогов. Для предупреждения этого применяют различные приемы, способствующие формированию корня шва. Для удержания сварочной ванны применяют следующие технологические приемы: сварку на флюсовой подушке, флюсо-медной подкладке, временных и остающихся стальных подкладках, керамических и асбестовых подкладках, ручную подварку корня шва, сварку «на весу» при зазоре менее 1 мм (рис. 51). f Сварку односторонних швов можно выполнять по предварительной ручной или автоматической подварке. Односторонняя сварка на остающейся стальной подкладке применяется, если она допускается по эксплуатационным условиям. Для однослойных швов толщина подкладки составляет 30—40% толщины металла, для многослойных швов — равна толщине первого слоя. При использовании для сварки съемных медных подкладок качество шва зависит от надежности поджатия к ним кромок. При зазорах свыше 0,5 мм расплавленный металл может вытекать в него, что приводит к образованию дефектов в шве. Вместе с тем трудно уложить кромки длинного стыка вдоль формирующей канавки неподвижной медной подкладки. Для улучшения формирования корня шва в увеличенную по глубине формирующую канавку в медной подкладке можно засыпать флюс — так выполняют сварку на флюсо-медной подкладке. Односторонняя сварка на флюсовой подушке при плотном поджатии флюса обеспечивает полный провар кромок и хорошее формирование корня шва при меньшей точности сборки кромок толщиной 2 мм и выше. Флюс под стыком поджимается воздухом, подаваемым в шланг, а при сварке кольцевых швов — специальной гибкой лентой. Свариваемые листы от перекоса при поджатии флюса должны удерживаться специальными прижимами, грузами или магнитами на специальных магнитных стендах. Начинают применяться подкладки из термостойких синтетических и керамических лент одноразового пользования. В односторонних швах не всегда обеспечивается хорошее формирование корня шва. Поэтому в ответственных конструкциях применяют сварку с двух сторон. При этом первые валики в корне швов должны перекрывать друг друга на 2—5 мм. Для предупреждения протекания расплавленного металла в зазор между кромками лучшие результаты получаются по предварительной ручной подварке, которая часто служит как прихваточный шов при сборке. После кантовки изделия при первом основном проходе подварочный шов следует полностью переваривать. Основное положение при сварке угловых швов — «в лодочку » (симметричную и несимметричную, см. рис. 31). Это положение обеспечивает технологические удобства, хорошее формирование и высокое качество шва, но требует дополнительных мер для удержания сварочной ванны от вытекания (подварка, асбестовые подкладки, флюсо-медные подкладки) или зазор менее 1,5 мм. Сварку «в угол» выполняют наклонным электродом. При этом способе имеются трудности по направлению электрода, особенно при многопроходной сварке. Максимальный катет шва при одном проходе составляет 8 мм, но при этом способе меньшие требования к качеству сборки, допускается зазор до 3 мм. При сварке тавровых соединений наклонным электродом трудно избежать подреза на вертикальной стенке соединения. Для предупреждения этого электрод смещают на стенку. Нахлесточные соединения при толщине верхнего листа до 8 мм сваривают вертикальным электродом с оплавлением верхней кромки. Автоматическую сварку под флюсом широко используют как для восстановительной наплавки, так и для наплавки с целью получения поверхностей с особыми свойствами (износостойких, коррозионностойких и др.).


 

Техника наплавки при использовании электродной проволоки предусматривает наложение ниточных валиков с перекрытием предыдущего валика на */з его ширины или валиков с поперечными колебаниями электрода. Напдавку можно вести также ниточными валиками на некотором расстоянии один от другого, после удаления шлака со всех валиков наплавляют валики в свободных промежутках. При наплавке плоских поверхностей целесообразно ' применять широкие валики, т. е. вести процесс с колебательными движениями, а также использовать электродные ленты. Для наплавки целесообразнее использовать порошковые проволоки и ленты. Наплавку тел вращения выполняют вдоль образующей или круговыми валиками по винтовой линии. Для уменьшения деформаций и напряжений применяют проковку после наплавки. Производительность наплава под флюсом одним электродом составляет 9—1Д кг/ч/ лентой — 5—30 кг/ч. Применение автоматической сварки под флюсом не всегда осуществимо и. Сварку в труднодоступных для автоматов местах также коротких и криволинейных швов можно выполнять шланговым  полуавтоматами. Сущность способа механизированной сварки под флюсом заключается в  том, что электродная проволока в зону сварки подается/из кассеты, расположенной на 1,5—3 м от горелки (держателя), через специальный шланговый провод, который одновременно служит для подвода сварочного тока к электродной проволоке через мундштук горелки. Дуга в свариваемых кромок перемещается вручную. Флюс в зону сварки поступает либо из небольшого бункера, либо по гибкому резиновому шлангу . с помощью сжатого воздуха. Для подвода сварочного тока, и направления электродной проволоки служит полый гибкий кабель, соединяющий сварочную горелку с механизмом подачи. Для механизированной сварки под флюсом используют шланговый полуавтомат типа ПШ-5 с универсальным держателем ДШ-6. В зависимости от толщины и вида соединения металла толщиной 2—30 мм (иногда и более) сваривают со скосом или без скоса кромок, выполняют одно и двусторонние стыковые, одно-или многопроходные угловые швы, прорезные швы, швы в нахлесточных соединениях со сквозным проплавлением верхнего листа и электрозаклепки.

Характерной особенностью механизированной сварки под флюсом является применение электродной проволоки диаметром 1;6—2 мм при высоких плотностях тока, что обеспечивает глубокое проплавление основного металла и сварку металла большой толщины. Механизированную сварку под флюсом можно выполнять как на переменном, так и на постоянном токе. Однако при выполнении стыковых швов тонкого металла и угловых швов с малым катетом предпочтительнее использование постоянного тока обратной полярности. § 23. Оборудование для автоматической сварки По степени механизации отдельных операций дуговая сварка может быть автоматической и механизированной. Автоматической принято называть сварку или наплавку с механизированным возбуждением и поддержанием дугового процесса, механизированной подачей сварочных материалов в зону плавления и механизированным перемещением дуги вдоль линии сварного соединения. Механизированной принято называть сварку или наплавку с механизированной подачей проволоки и других сварочных материалов в зону плавления и ручным перемещением дуги вдоль линии сварного соединения.

Механизированное устройство, состоящее из источника питания, сварочного аппарата или машины для сварки и механизированного вспомогательного оборудования, называется сварочной установкой (рис. 52). Сварочный аппарат представляет собой конструктивное объединение сварочной головки с механизмом ее перемещения вдоль шва, механизмами установочных перемещений, устройством для подачи флюса или защитного газа, катушками или кассетами для проволоки, пультами управления и другими устройствами. Если сварочный аппарат перемещается в процессе сварки механизированным способом относительно изделия, то он называется сварочным автоматом. Основной частью сварочного автомата является сварочна я головка . Это электромеханическое устройство осуществляет подачу в зону дуги плавящегося электрода, подвод к нему сварочного тока, поддержание устойчивого дугового процесса, а также прекращение процесса сварки. Сварочная головка может перемещаться по специальному пути (обычно по направляющим рельсам) или непосредственно по изделию. Если в конструкции сварочной головки предусмотрен механизм для ее перемещения над свариваемым изделием, головка называется самоходной. Сварочная головка, неподвижно закрепленная на стенде над свариваемым изделием, называется подвесной. В подвесных головках отсутствует механизм перемещения самой головки, обычно относительно дуги перемещается изделие с помощью вспомогательного механизма или стенда, на котором неподвижно закреплена головка. Переносной сварочный аппарат (автомат) для дуговой сварки с самоходной тележкой, которая перемещает его вдоль свариваемых кромок по поверхности изделия или по переносному пути, уложенному на изделие, называется сварочным трактором. В промышленности применяют большое число самых разнообразных сварочных автоматов общего назначения (универсальных) и специализированных, классифицируемых по следующим признакам: по способу перемещения вдоль линии сварного соединения — несамоходные (подвесные) и самоходные, в том числе тракторы; по способу защиты зоны дуги — для сварки под флюсом (Ф), в защитных газах (Г), без внешней защиты (О), по флюсу, под флюсом и в защитных газах (ФГ); по виду электрода — для сварки плавящимся электродом и неплавящимся электродом (без присадочного металла, с присадочным металлом); по виду плавящегося электрода — для сварки проволочным электродом (сплошного сечения или порошковым), ленточным электродом (сплошного сечения или порошковым), штучными электродами (стержнями или пластинами); по числу электродов с общим подводом сварочного тока — одноэлектродные, двухэлектродные, многоэлектродные; по числу дуг при раздельном питании электродов сварочным током — однодуговые, двухдуговые, многодуговые; по технологическому назначению — для сварки, для наплавки; по роду применяемого тока — для сварки постоянным током, переменным током, постоянным и переменным током; по способу подачи электродной проволоки — с независимой от напряжения на дуге подачей, с зависимой от напряжения на дуге подачей; по способу регулирования скорости сварки (для самоходных аппаратов) и подачи электродной проволоки — с плавным, с плавно-ступенчатым, со ступенчатым регулированием; по способу формирования металла шва: для сварки со свободным формированием (как правило, в нижнем положении), с принудительным формированием (как правило, на вертикальной, наклонной и криволинейной поверхностях). В состав сварочных и наплавочных автоматов входят сварочные мундштуки или горелки (сварочный инструмент); механизм подачи электродного или присадочного материала; механизм перемещения вдоль линии соединения; механизм настроечных, вспомогательных и корректировочных перемещений; устройства для размещения электродного или. присадочного материала; флюсовая аппаратура; газовая аппаратура; системы управления; источники сварочного тока; средства техники безопасности. При сварке под флюсом в качестве подвесных головок могут быть использованы головки автоматов АБС, АДС-1000-2, АДФ-500 и др., имеющие отдельный электропривод для подачи электродной проволоки. Очень широкое применение находят сварочные автоматы тракторного типа для сварки на токах от 500 до 1600 А (АДС-1000-2, ТС-17М-У, ТС-35, АДФ-500 и др.).


 

Автоматы для многодуговой сварки в большинстве случаев состоят из комплекта двух или трех одноэлектродных сварочных головок, в них обеспечивается одновременная подача соответствующего числа электродных проволок при раздельном питании (двухдуговой автомат ДТС-38; А-639). Двухдуговые автоматы позволяют применять схему трехфазного питания и сваривать трехфазной дугой. Рассмотрим в качестве примера сварочный автомат тракторного типа ТС-35, предназначенный для дуговой сварки под флюсом стыковых соединений с разделкой и без разделки кромок, для выполнения угловых швов вертикальным и наклонным электродами и для сварки нахлесточных соединений. Трактор в процессе сварки может передвигаться непосредственно по изделию или по направляющей линейке. Сварочный автомат ТС-35 состоит из сварочного трактора (рис. 53), штатного ящика и источника питания. Трактор является, механизмом, состоящим из сварочной головки ичходотой тележки с индивидуальными электроприводами. Место подачи  обеспечивает подачу электродной проволоки диаметром 1,6—5,0 мм с помощью наборных роликов с насечкой. Скорость подачи проволоки регулируется в пределах 50—500 м/ч. Ходовая тележка 2 служит для перемещения трактора вдоль свариваемого шва. Скорость сварки устанавливается подбором сменных шестерен в пределах 12—120 м/ч. На тележке установлена кассета 3 для электродной проволоки, пульт управления 4 и бункер для флюса 6. 5 —458 129.

Сварочная головка имеет два типа токоподводящих мундштуков 5. Для сварки электродной проволокой диаметром 3—5 мм на токах до 1000 А используют контактные ролики. Для сварки тонкой проволокой диаметром 1,6—2 мм на токах до 600 А применяют трубчатые мундштуки с наконечником в качестве скользящего контакта. Устойчивый процесс сварки и хорошее качество сварного шва обеспечиваются при правильном выборе и поддержании постоянными параметров режима сварки. К основным параметрам режима относятся сварочный ток, напряжение дуги и скорость сварки. В современных сварочных головках используются два принципа регулирования режима дуги по ее напряжению — саморегулирование дуги и автоматическое регулирование дуги. Постоянная длина дуги обеспечивается в случае, если скорость подачи электродной проволоки v9 равна скорости ее плавления. Если то это приведет к коротким замыканиям, если v3<vn — к обрыву дуги и прекращению процесса сварки. Нарушение равенства v3=vn в процессе сварки возможно по следующим причинам: колебания напряжения в сети; неровности, волнистость, прихватки на свариваемых поверхностях; неравномерная скорость подачи электродной проволоки; магнитное дутье, отклоняющее дугу, и другие ; Причины. ' . Большинство сварочных аппаратов для дуговой сварки работает по принципу саморегулирования дуги. Саморегулирование дуги — это свойство сварочной дуги при сварке плавящимся электродом восстанавливать длину при случайных ее отклонениях благодаря изменению скорости плавления электрода. Чем больше изменяется длина дуги, тем больше изменяется ток и, следовательно, скорость плавления электрода. Если длина дуги уменьшается, ток и скорость плавления увеличиваются и длина дуги возвращается к первоначальному значению. Суть этого принципа можно понять при рассмотрении изменения параметров режима сварки в зависимости от внешней характеристики источника питания и изменения длины дуги (рис. 54). На рис. 54 изображены крутопадающая 1 и жесткая 2 характеристики источников питания и возрастающая вольт амперная характеристика дуги /2, соответствующие III „области ВАХ, характерной для механизированных способов сварки (см. рис. 21). Точка А пересечения характеристик дуги и источника — точка устойчивого горения дуги, которой соответствует рабочий ток /р и напряжение f/p, li — начальная длина дуги для устойчивого горения. Предположим, что длина дуги изменилась и стала равна /2, т. е. дуга укоротилась. Меньшей длине дуги соответствует меньшее напряжение, большей длине дуги — большее напряжение. При крутопадающей характеристике как видно из рисунка, в значительной степени изменится напряжение на дуге AUt и в меньшей степени ток дуги А При жесткой характеристике 2, наоборот, изменение длины дуги ведет к резкому увеличению тока Д/2и к незначительному изменению напряжения ДU2. Увеличение тока приведет к увеличению скорости плавления электрода, в результате чего скорость плавления будет больше скорости подачи электрода (ап>иэ) и длина дуги "через определенный промежуток времени восстановится, одновременно сравняются скорости плавления и подачи электрода. При механизированных способах сварки процесс само регулирования наиболее эффективен при использовании источников с жесткими (сварка в защитных газах) и пологопадающими (сварка под флюсом) характеристиками. При ручной дуговой сварке, когда изменения длины дуги наиболее часты, а при сварке в труднодоступных местах свар щику приходится самому искусственно изменять длину дуги, наиболее предпочтительно использовать источники питания с крутопадающей характеристикой, так как изменения тока при заданных режимах будут незначительны, а следовательно, и основные размеры шва будут меняться незначительно. Автоматы и полуавтоматы, использующие принцип саморегулирования Дуги, работают с постоянной скоростью подачи электродной проволоки, не зависящей от напряжения дуги (рис. 55, а). В этих аппаратах асинхронный двигатель трехфазного тока 1, имеющий неизменную частоту вращения, через редуктор 2 вращает подающий ролик 3, который с постоянной скоростью подает электродную проволоку в зону дуги. Одним из преимуществ сварочных аппаратов с постоянной скоростью подачи электродной проволоки является простота их электрической схемы и надежность работы. Автоматическое регулирование дуги основано на изменении скорости подачи электродной проволоки в зависимости от напряжения дуги. На рис. 55, б приведена упрощенная схема работы сварочной головки, построенной по принципу автоматического регулирования. Якорь электродвигателя 1 постоянного тока через редуктор 2 вращает подающий ролик 3, который подает электродную проволоку 4 в зону горения дуги. На обмотку якоря электродвигателя подается напряжение дуги. Если по каким-либо причинам длина дуги возрастает, то возрастает и напряжение дуги, подаваемое на якорь. Вследствие этого якорь начнет вращаться быстрее и скорость подачи проволоки увеличится. Длина дуги, а следовательно, и напряжение дуги восстановятся до первоначальной величины. Наоборот, если по каким-либо причинам длина дуги уменьшится, то напряжение на ней упадет. Якорь электродвигателя уменьшит свои обороты, и проволока начнет подаваться медленнее. При автоматическом регулировании равенство v3=vn обеспечивается изменением скорости подачи электродной проволоки. На практике используются более совершенные схемы автоматического регулирования длины дуги, например в сварочном автомате АДС-1000-2. Разрабатываются системы автоматического регулирования режима сварки по нескольким параметрам режима. Для сварки под флюсом применяют источник и переменного и постоянного ток а с пологопадающей характеристикой. Используют преимущественно источники переменного тока в связи с большей экономичностью и хорошей устойчивостью горения дуги под флюсом. Для этой цели серийно выпускают трансформаторы ТСД-500-1, ТСД-1000-4 и ТСД-2000 в однокорпусном исполнении со устроенными дросселями и дистанционным управлением. При особо высоких требованиях к качеству шва, а также сварке изделий доалой толщины применяют серийно выпускаемые преобразователи ПС-500, ПСО-500, ПС-1000, а также сварочные выпрямители ВС-500, ВС-1000-2, ВДУ-504, ВДУ-1001, ВДУ-1601. § 24. Элэктрошлаковая сварка Электрошлаковая сварка — сварка плавлением, при которой для нагрева металла используется теплота, выде* ляющаяся при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак. При электрошлаковой сварке почти вся электрическая мощность передается шлаковой ванне, а от нее — электроду и основному металлу. При этом расплавленный флюс служит защитой от вредного воздействия окружающей среды и средством металлургического воздействия на расплавленный металл. Количество теплоты Q, выделяемой при электрошлаковом процессе, пропорционально току /, напряжению U, сопротивлению шлака R и времени t прохождения тока Q=IUt. Эта теплота тратится на плавление металла, нагрев шлака и теплоотвод. Температура расплавленного шлака составляет около 2000°С, что обеспечивает плавление основного и электродного металла. Электрошлаковый процесс, как источник энергии для сварки, характеризуется наибольшей площадью нагрева и наименьшей сосредоточенностью энергии в зоне нагрева.


 

Электрошлаковая сварка классифицируется: по виду электрода — проволочным электродом, пластинчатым электродом, плавящимся мундштуком; количеству электродов с общим подводом сварочного тока — одно-, двух-и многоэлектродная; наличию колебаний электрода — без колебаний и с колебаниями. Схема электрошлаковой сварки проволочным электродом показана на рис. 56. Электрод 1 и основной металл 2 связаны электрически через расплавленный шлак 3. За счет теплоты, выделяемой в шлаковой ванне при про хождении электрического тока, металл электрода и кромки основного металла оплавляются и стекают на дно расплава, образуя металлическую ванну 4. В на чале процесса сварки воз возбуждается электрическая дуга, после расплавления флюса под действием дуги и образования шлаковой ванны жидкий флюс заливает и гасит дугу, и дуговой процесс переходит в электрошлаковый. Свариваемые детали собирают вертикально без скоса кромок, с зазором 20—40 мм. Для формирования шва и удержания жидкого металла и шлака от вытекания применяют специальные формующие устройства — подвижные или неподвижные медные ползуны 5, охлаждаемые водой 6, или остающиеся пластины. Кристаллизующийся в нижней части металлической ванны расплавленный металл образует шов 7. Электрошлаковая сварка имеет следующие особенности и преимущества: металл практически любой толщины можно сваривать за один проход, поэтому производительность сварки в 5— 15 раз выше, чем при многослойной автоматической сварке под флюсом, при этом, как правило, не требуется разделки кромок; вертикальное положение металлической ванны, повышенная температура ее верхней части и значительное время нахождения металла в расплавленном состоянии способствуют удалению газов и неметаллических включений из металла шва; малый расход флюса, обычно не более 5% от массы наплавленного металла. Недостатком электрошлаковой сварки является значительный перегрев металла около шовной зоны, что приводит к снижению пластических свойств, поэтому требуется, как правило, последующая высокотемпературная обработка для получения требуемых механических свойств сварного соединения. Электрошлаковая сварка технически возможна при толщине металла более 16 мм и, как правило, экономически выгодна при сварке металла толщиной более 25 мм. Этот вид сварки позволяет выполнять только вертикальные швы. Электрошлаковую сварку применяют для сварки сталей, алюминиевых и титановых сплавов. Основные виды сварных соединений, выполняемых электрошлаковой сваркой, показаны на рис. 57. Применение электрошлаковой сварки вносит коренные изменения в технологию производства крупногабаритных изделий: появляется возможность замены крупных литых или кованых деталей сварно-литыми или сварно-коваными из более мелких деталей. К основным параметрам электрошлаковой сварки относятся: скорость сварки, сварочный ток, скорость подачи электродов, напряжение сварки, толщина металла, прихоэлектрошлаковой сварке почти вся электрическая мощность передается шлаковой ванне, а от нее — электроду и основному металлу. При этом расплавленный флюс служит защитой от вредного воздействия окружающей среды и средством металлургического воздействия на расплавленный металл. Количество теплоты Q, выделяемой при электрошлаковом процессе, пропорционально току /, напряжению U, сопротивлению шлака R и времени t прохождения тока Q=IUt. Эта теплота тратится на плавление металла, нагрев шлака и теплоотвод. Температура расплавленного шлака составляет около 2000°С, что обеспечивает плавление основного и электродного металла. Электрошлаковый процесс, как источник энергии для сварки, характеризуется наибольшей площадью нагрева и наименьшей сосредоточенностью энергии в зоне нагрева.дящегося на один электрод, расстояние между электродами. Вспомогательные параметры режима: зазор между кромками, глубина шлаковой ванны, состав флюса, скорость поперечных колебаний электрода, вылет электрода, сечение проволоки и др. Сварочный ток, величина которого определяется типом электрода (проволока, пластина, плавящийся мундштук), число электродных проволок, их диаметр и сечение пластинчатых электродов или плавящихся мундштуков, скорость подачи электродов и другие параметры выбирают таким образом, чтобы получить скорость и напряжение сварки, обеспечивающие устойчивость процесса и требуемые размеры и форму шва. Ориентировочные значения основных параметров режима приведены в табл. 11. При использовании электродных проволок глубина шлаковой ванны обычно 25—70 мм, скорость подачи проволоки 100— 150 м/ч, скорость возвратно-поступательного движения электродов 25—40 м/ч, сухой вылет электрода 60—80 мм. Для электрошлаковой сварки используют обычные флюсы, например АН-348А, ФЦ-7, а также специальные флюсы, образующие электропроводный расплав с заданными технологическими свойствами: вязкостью, электропроводностью, температурой плавления и т. д. (АН-8, АН-22 и др.). Сварку пластинчатым электродом применяют для сравнительно коротких швов высотой до 1,5 м. Вместо пластин можно применять расходуемые электроды, т. е. стержни круглого, квадратного и других сечений. В этом случае значительно упрощается аппаратура для сварки. Сварка плавящимся мундштуком как бы объединяет способы сварки проволочными и пластинчатыми электродами. В пластинчатом электроде делают пазы или к нему приваривают трубки для подачи электродных проволок. При сварке пластина остается неподвижной и является плавящимся мундштуком, по которому подается проволока. Этим способом можно сваривать швы сложного криволинейного профиля. Заготовки под сварку собирают с зазором, обычно 30 мм, с учетом усадки стыка при сварке и после нее. Для плотного прилегания ползунов и формирующих устройств к кромкам стыка последние зачищают от заусенцев и окалины на ширину до 100 мм. Для вывода за пределы шва усадочной раковины в конце шва устанавливают выходные планки, а вывода непроваров в начале шва — входные планки, которые после сварки удаляются резкой. Для начала сварки в карман, образованный входными планками, засыпают флюс, возбуждается дуговой процесс до получения шлаковой ванны требуемой величины. После этого дуга шунтируется шлаком, и процесс переходит в бездуговой — электрошласовый. Электрошлаковую сварку осуществляют специальными электрошлаковыми аппаратами, которые обеспечивают подачу в зону сварки электрода, поддержание устойчивого электрошлакового процесса и перемещение вдоль шва по мере его образования. При электрошлаковой сварке применяют автоматы и полуавтоматы. Полуавтоматы мало распространены, так как перемещать по вертикали тяжелую аппаратуру для сварщика утомительно. Установки для автоматической электрошлаковой сварки имеют следующие основные узлы: самоходный сварочный автомат, с которым связаны медные водоохлаждаемые башмаки, формирующие шов; бункер с флюсом; кассеты с электродной проволокой; источники питания; аппаратуру управления. Ав/trтоматы разделяют на подвесные и самоходные, рельсового или безрельсового типа. При дуговой сварке в нижнем положении сила веса самого автомата оказывается достаточной для сцепления ходовых роликов с рельсом или поверхностью изделия. При вертикальном перемещении автоматы необходимо снабжать специальными механизмами, удерживающими их на вертикальной плоскости за счет сил трения с пружинным или магнитным прижимом, перемещающимися вдоль шва вместе с автоматом со скоростью образования шва. Требования безопасности труда при сварке под флюсом и электрошлаковой сварке соответствуют требованиям, изложенным в § 13. Дополнительные правила заключаются в следующем. При работе подвесных автоматов и сварочных тракторов питание током осуществляют перемещающимися проводами. Напряжение в цепях автоматической аппаратуры выше, чем при ручной дуговой сварке, поэтому все неподвижные провода заключаются в металлические трубки, а подвижные — в резиновые рукава, обшитые брезентом или обмотанные в два слоя киперной (прорезиненной) лентой. Все части автоматов и полуавтоматов, которые в случае повреждения изоляции могут оказаться под напряжением, должны быть заземлены; все болтовые и контактные соединения должны быть плотно зажаты, а наконечники залужены. Бункер для флюса должен плотно закрываться крышкой. При засыпке флюса в бункер и уборке использованного флюса надо стараться не поднимать пыли, а также следить за исправностью вентиляции. При электрошлаковой сварке имеет место большой объем жидкого металла и шлака. При нарушении технологии возможны выбросы жидкого металла, поэтому надо строго следить за уровнем ванны и за состоянием системы подачи воды. Категорически воспрещается во время сварки находиться под ползуном, подкладкой или формой, чтобы при вытекании жидкий металл или шлак не попали на одежду и тело. Спецодежда и светофильтры для защиты глаз такие же, как при ручной сварке. Применяемые при сварке защитные газы (аргон, гелий, азот и углекислый газ) хранят в баллонах под избыточным давлением 15 МПа, поэтому обращение с баллонами при их транспортировке, хранении и эксплуатации должно соответствовать правилам Госгортехнадзора.

 

Контрольные вопросы

1. В чем заключается сущность сварки под флюсом?

2. Какие флюсы используют при сварке?

3. Что включает в себя сварочная установка для автоматической сварки? Из каких узлов состоит автомат для сварки под флюсом?

4. Что такое саморегулирование и автоматическое регулирование длины дуги?

5. Назовите параметры режима сварки под флюсом и их влияние на формирование шва.

6. В чем заключается сущность электрошлаковой сварки?

7. Что такое сварочные аппарат, автомат, головка, трактор? Дайте классификацию сварочных автоматов.

Сварка в защитных газах

Подробности

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ДУГОВОЙ СВАРКИ В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НЕЕ

 

Общие сведения

Сущностью и отличительной особенностью дуговой сварки в защитных газах является защита расплавленного и нагретого до высокой температуры основного и электродного металла от вредного влияния воздуха защитными газами, которые обеспечивают физическую изоляцию металла и зоны сварки от воздуха и заданную атмосферу в зоне сварки.

Разновидности сварки в защитных газах можно классифицировать по следующим признакам:

типу электрода — плавящимся и неплавящимся электродами;
типу защитного газа — инертные, активные, их смеси; 
способу защиты — струйная, в контролируемой атмосфере;
характеру горения дуги — стационарной, импульсной;
механизации — ручная, полуавтоматическая, автоматическая.

Классификация разновидностей сварки по типу электрода и степени механизации приведена на рисунке. В качестве плавящегося электрода используют сварочные проволоки, по химическому составу соответствующие свариваемым материалам, описанным далее. Неплавящиеся электроды служат для возбуждения и поддержания горения дуги. В основном используют вольфрамовые, реже угольные и графитовые электроды (при сварке в активных газах). 

Для повышения устойчивости горения дуги и стойкости электрода в состав вольфрамового электрода вводят обычно 1,5—3% окислов активирующих редкоземельных металлов (тория, лантана, иттрия), повышающих эмиссионную способность электрода.

В качестве электродов для сварки применяют вольфрамовые прутки диаметром 0,2—12 мм, выпускаемые промышленностью: вольфрам чистый (ЭВЧ), вольфрам торированный (ЭВТ5, ЭВТЮ, ЭВТ15), вольфрам лантанированный (ЭВЛ10, ЭВЛ20), вольфрам иттрированный (ЭВИЗО). Угольные и графитовые электроды (стержни) изготовляют из электротехнического угля или синтетического графита диаметром 4—18 мм и длиной 250—700 мм. Графитовые электроды имеют лучшую электропроводность и более стойки против окисления при высоких температурах, чем угольные электроды. 

Защитные газы защищают дугу и сварочную ванну от вредного воздействия окружающей среды. В качестве защитных газов применяют инертные и активные газы, а также их смеси. Инертным и называются газы, которые химическк не взаимодействуют с металлом и не растворяются в нем. В качестве инертных газов используют аргон (Аг), гелий (Не) и их смеси.
Инертные газы применяют для сварки химически активных металлов (титан, алюминий, магний и др.), а также во всех случаях, когда необходимо получать сварные швы, однородные по составу с основным и присадочным металлом (высоколегированные стали и др.). Инертные газы обеспечивают защиту дуги и свариваемого металла, не оказывая на него металлургического воздействия.
Аргон поставляется по ГОСТ 10157—79 «Аргон газообразный и жидкий» следующих сортов с содержанием аргона не менее (%): высшего сорта (99,99), 1-го сорта (99,98), 2-го сорта (99,95), остальное — кислород «0,005), азот «0,004), влага «0,03). Гелий выпускают по МРТУ 51-04-23-64 составов (%): марка I (99,6—99,7), марка II (98,5—99,5), остальное — азот. Аргон и гелий поставляют в баллонах вместимостью 40 л под давлением 15 МПа. Баллон для аргона окрашен в серый цвет, надпись зеленого цвета; баллон для гелия — коричневый, надпись белого цвета. В связи с тем что гелий в 10 раз легче аргона, расход гелия при сварке увеличивается в 1,5—2 раза. По отношению к меди инертным является также азот (N2), и который поставляется по ГОСТ 9293—74 «Азот газообразный и жидкий» в газообразном состоянии четырех сортов (состав, %): высший — 99,9; 1-й —99,5; 2-й — 99,0 и 3-й — 97,0; остальное — примеси. Активным и защитными газами называют газы, вступающие в химическое взаимодействие со свариваемым металлом и растворяющиеся в нем (углекислый газ, водород, пары воды и др.).
Основным активным защитным газом является углекислый газ, который поставляется по ГОСТ 8050—76 «Двуокись углерода газообразная и жидкая». Для сварки используют сварочный углекислый газ чистотой 99,5%. Углекислый газ хранят и транспортируют в жидком виде преимущественно в стальных баллонах емкостью 40 л под давлением 6,0—7,0 МПа. В баллоне находится 60—80% жидкой углекислоты, а остальное — испарившийся газ. Цвет баллона черный, надпись желтого цвета. Смеси газов обладают в ряде случаев лучшими технологическими свойствами, чем отдельные газы. Например, смесь углекислого газа с кислородом (2—5%) способствует мелко-капельному переносу металла, уменьшению разбрызгивания (на 30—40%), улучшению формирования шва. Смесь из 70% Не и 30% Аг увеличивает производительность сварки алюминия, улучшает формирование шва и позволяет сваривать за один проход металл большей толщины.
По способу защиты различают местную и общую защиту свариваемого узла (сварку в контролируемой атмосфере).


Основным способом местной защиты является струйная защита шва.

При этом способе защитная среда в зоне сварки создается газовым потоком при центральной, боковой и комбинированной подаче газа. При центральной подаче газа дуга, горящая между электродом и основным металлом, со всех сторон окружена газом, подаваемым под небольшим избыточным давлением из сопла горелки, расположенного концентрично оси электрода. Этот способ защиты является наиболее распространенным.
В ряде случаев с Целью экономии инертных газов, а также получения оптимальных технологических и металлургических свойств защитной среды применяют горелки, конструкция которых обеспечивает комбинированную защиту двумя концентрическими потоками газов. Например, внутренний поток образуется аргоном, а внешний — углекислым газом. При сварке высокоактивных металлов (Ti, Zr, Та, Nb, Mo, W) необходимо защищать не только расплавленный металл, но и зону металла, нагреваемую при сварке до температуры более 300°С с лицевой и обратной сторон шва. Для расширения струйной защиты с лицевой стороны шва применяют дополнительные колпаки-дриставки, надеваемые на сопло горелки (рис. 59, г). Защита обратной стороны шва обеспечивается поддувом защитного газа. Боковую подачу газа применяют ограниченно.

Наиболее эффективная защита металла шва и зоны термического влияния обеспечивается при сварке в камерах с контролируемой атмосферой. Камеры предварительно продувают или вакуумируют, а затем заполняют защитным (инертным) газом заданного состава под небольшим давлением. Преимуществами сварки в защитных газах являются: высокая производительность (приблизительно в 2,5 раза выше, чем при ручной дуговой сварке покрытыми электродами); простота механизации и автоматизации; возможность сварки в различных пространственных положениях; малая зона термического влияния и относительно небольшие деформации изделий в связи с высокой степенью концентрации дуги; высокое качество защиты, отсутствие необходимости применения зачистки швов при многослойной сварке; доступность наблюдения за процессам сварки; возможность сварки металла различной толщины (от де сятых долей миллиметра до десятков миллиметров).
Недостатками сварки в защитных газах являются открытая дуга, что повышает опасность поражения зрения световым излучением, и необходимость защиты зоны сварки от сквозняков (при струйной защите), что затрудняет применение этого вида сварки в монтажных условиях на открытом воздухе. Ч § 26. Сварка в защитных газах плавящимся электродом __ Сварка в защитных газах плавящимся электродом осуществляется с использованием плавящегося электрода и защитного газа, подаваемого в зону дуги. Для защиты используют инертные и активные газы, а также их смеси (Аг, Не, С02» Аг+С02, СОа+Оа, Аг+0 2 и др.). Основными разновидностями сварки являются сварка в углекислом газе и аргонодуговая сварка. Этот вид сварки является механизированным, выполняют полуавтоматами и автоматами. Схема поста для сварки в защитных газах плавящимся электродом приведена на рисунке.

Высокая плотность сварочного тока обусловливает применение электродной проволоки малого диаметра (обычно э=0,8ч-2,5 мм), что приводит к необходимости применения больших скоростей подачи электродной проволоки. При этих условиях процесс саморегулирования источниками питания с падающими характеристиками не обеспечивается. Поэтому для поддержания стабильной длины дуги и обеспечения процесса саморегулирования длины дуги необходимо применять источники питания постоянного тока с жесткой или возрастающей внешней характеристикой (преобразователи типа ПСГ-500 или выпрямители ВС-300, ИПП-500 и др.). Сварку обычно выполняют на постоянном токе обратной полярности при непрерывной подаче электродной проволоки полуавтоматами и автоматами. Наибольшее применение получили полуавтоматы типов А-547, ПДГ-500 и др. Автоматы для сварки в защитных газах в основном тракторного типа — АДПГ-500, АДГ-500 и др. К основным параметрам режима сварки плавящимся электродом относятся сила тока, полярность, напряжение дуги, диаметр и скорость подачи электродной проволоки, состав и расход защитного газа, вылет электрода, скорость сварки.
Сварку плавящимся электродом обычно выполняют на обратной полярности. При прямой полярности скорость расплавления в 1,4—1,6 раза выше, чем при обратной, однако дуга горит менее стабильно с интенсивным разбрызгиванием. Сварочный ток, от которого зависят размеры шва и производительность сварки, зависит от диаметра и состава проволоки; его устанавливают в соответствии со скоростью подачи проволоки. Скорость сварки составляет обычно 15—80 м/ч, ее выбирают с учетом производительности и качества формирования шва. Качественные соединения можно получить при толщине металла для автоматической сварки >0, 5 мм, механизированной 1 мм, обычно сваривают толщины >3 мм.

Техника сварки

Металлы толщиной до 4 мм сваривают без разделки кромок. Для улучшения формирования шва при толщине металла >2—3 мм сварку проводят на медной подкладке с формирующей канавкой или на остающейся подкладке из основного металла. Для сварки тонколистового металла используют проволоку диаметром 0,5—1,2 мм. Металл толщиной 4—12 мм обычно сваривают за два прохода с двух сторон без разделки, толщиной 15— 20 мм — за два-три прохода с углом разделки 60°. При толщине 20—30 мм применяют двустороннюю разделку кромок с углом 60° и притуплением 2—4 мм. Металлы большей толщины целесообразно сваривать при узкой щелевой разделке кромок за несколько проходов. Механизированную сварку выполняют обычно на меньших силах тока, чем автоматическую. Сварку можно выполнять в различных пространственных положениях с применением приемов удержания сварочной ванны. Техника сварки металла толщиной >2 мм при механизированной сварке аналогична технике при ручной дуговой сварке покрытыми электродами. Сварку швов плавящимся электродом в различных пространственных положениях выполняют проволокой диаметром до 1,2 мм, швов, расположенных в нижнем положении,— 1,2—3,0 мм. Циклограмма сварки в защитном газе плавящимся и не плавящимся электродом показана на рис. 61. Сварка в углекислом газе наряду с другими преимуществами, которые характерны для сварки в защитных газах, характеризуется высокой производительностью и низкой стоимостью. К недостаткам ее относятся повышенное разбрызгивание и не всегда удовлетворительный внешний вид шва. Основной особенностью сварки в углекислом газе плавящимся электродом является необходимость применения электродных проволок с повышенным содержанием элементов-раскислителей кремния и марганца, компенсирующих их выгорание в зоне сварки, предотвращающих дополнительное окисление металла при сварке и образование пор. Для углеродистых сталей в основном используют сварочные проволоки сплошного сечения Св-ЮГС, Св-08Г2С, а также порошковые проволоки, содержащие порошки ферросплавов FeSi, FeMn. Причины окисления и образования пор при сварке в углекислом газе следующие. При сварке углекислый газ диссоциирует в зоне дуги с образованием атомарного кислорода по реакции С0 2С0+0, СО-С+О. Атомарный кислород окисляет железо и легирующие присадки, содержащиеся в стали, Fe+O-^-FeO. В результате этого металл сварочной ванны насыщается кислородом, а его свойства ухудшаются. При охлаждении расплавленного металла углерод, содержащийся в стали, окисляясь, будет способствовать образованию оксида углерода по реакции С+О-^СО, FeO-f C->CO-f Fe. Образующийся при кристаллизации металла шва СО выделяется в виде пузырьков, часть из которых» не успевая выделиться, задерживается в металле шва, образуя поры. В том случае, если сварочная проволока легирована Si и Мп, окислы железа раскисляются не за счет углерода, а в основном за счет Si и Мп из сварочной проволоки, таким образом предотвращается образование окиси углерода при кристаллизации и образование пор. Раскисление окислов железа идет по реакции 2Fe0+Si-*Si02+2Fe, РеО+ +Mn-*MnO+Fe. Окислы кремния и марганца в виде шлака скапливаются на поверхности сварочной ванны. Рассмотрим основные параметры режима сварки в углекислом Тазе. Диаметр сварочной проволоки выбирается в зависимости от толщины металла; устойчивый процесс обеспечивается при высоких плотностях ток, поэтому используют проволоку малого диаметра от 0,5 до 3,0 мм. Сварочный ток определяется в зависимости от диаметра проволоки скоростью ее подачи. Скорость подачи проволоки устанавливают с таким расчетом, чтобы при сварке был устойчивый процесс плавления электродов, без его закорачивания и без обрывов дуги. Напряжение дуги должно быть менее 32 В, так как с увеличением напряжения и длины дуги увеличиваются разбрызгивание и окисление. Обычно Ud=20-^30 В, скорость сварки от 20 до 80 м/ч, расход газа 6—25 л/мин. Вылет электрода и расстояние от сопла горелки до поверхности металла увеличиваются с увеличением диаметра,, электродной проволоки. При сварке с очень малым вылетом, затруднено наблюдение за процессом сварки и происходит частое подгорание газового сопла и токоподводящего контактиого наконечника. С увеличением вылета ухудшаются устойчивость горения дуги и формирование шва, а также увеличивается разбрызгивание металла.
Сварка в углекислом газе выполняется на постоянном ч токе обратной полярности. Переменный ток без специальной активации дугового пространства не применяют из-за низкой устойчивости процесса сварки, неудовлетворительного формирования и плохого качества шва. На свойства металла шва влияет качество углекислого газа. При повышенном содержании в нем азота и водорода, а также влаги в швах могут образоваться поры. При сварке в углекислом газе влияние ржавчины незначительно, однако лучшее качество шва обеспечивается зачисткой кромок от ржавчины, загрязнений маслом, влаги. Ориентировочные режимы полуавтоматической сварки в углекислом газе низкоуглеродистой стали приведены в табл. 12. В практике применяется также сварка на повышенных (форсированных) режимах: на увеличенных силе тока, напряжении дуги и скорости сварки, что позволяет увеличить производительность на 25—75%. В массовом производстве, например при производстве шкивов колес автомобилей, находит применение скоростная автоматическая сварка в углекислом газе проволокой диаметром 3—5 мм. В ограниченном объеме применяют сварку в углекислом газе неплавящимся угольным или графитовым электродом бортовых соединений из низкоуглеродистых сталей.


 

Аргонодуговая сварка — дуговая сварка, при которой в качестве защитного газа используется аргон. Применяют аргонодуговую сварку неплавящимся вольфрамовым и плавящимся электродами. Аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом может быть ручной и автоматической. Сварка возможна без подачи и с подачей присадочной проволоки. Этот процесс предназначен главным образом для металлов толщиной менее 3—4 мм. Большинство металлов сваривают на постоянном токе прямой полярности. Сварку алюминия, магния и бериллия ведут на переменном токе. При прямой полярности (плюс на изделии, минус на электроде) лучше условия термоэлектронной эмиссии, выше стойкость вольфрамового электрода и допускаемый предельный ток. Допускаемый ток при использовании вольфрамового электрода диаметром 3 мм составляет ориентировочно при прямой полярности 140"—280 А, обратной — только 2—4 А, при переменном токе — промежуточное значение lit—16 А. Дуга на прямой полярности легко зажигается и горит устойчиво при напряжении 10— 15 В в широком диапазоне плотностей тока.

Аргонодуговая сваркаПри обратной полярности возрастает напряжение дуги, уменьшается устойчивость ее горения, резко уменьшается стойкость электрода, повышаются его нагрев и расход. Эти особенности дуги обратной полярности делают ее непригодной для непосредственного применения в сварочном процессе. Однако дуга обратной полярности обладает важным технологическим свойством: при ее действии с поверхности свариваемого металла удаляются окислы и загрязнения. Это явление объясняется тем, что при обратной полярности поверхность металла бомбардируется тяжелыми положительными ионами аргона, которые, перемещаясь под действием электрического поля от плюса (электрод) к минусу (изделие), разрушают окисные пленки на свариваемом металле, а выходящие с катода (поверхности изделия) электроны способствуют удалению разрушенных окисных пленок. Этот процесс удаления окислов называется катодным распылением. Указанное свойство дуги обратной полярности используют при сварке Al, Mg, Be и их сплавов, имеющих прочные окисные пленки. Но так как при постоянном токе обратной полярности стойкость вольфрамового электрода низка, то для этой цели используют переменный ток. При этом удаление пленки, т. е. катодное распыление, происходит, когда свариваемое изделие является катодом. Таким образом, при сварке неплавящимся электродом на переменном токе в определенной степени реализуются преимущества дуги прямой и обратной полярности, т. е. при этом обеспечивается и устойчивость электрода и разрушение окисных пленок. Простейшие электрические и газовые схемы для аргонодуговой сварки приведены на рис. 60, с, б.

Аргонодуговая сваркаТехнология аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом. Характерная циклограмма процесса аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом. На циклограмме показано изменение основных параметров процесса ручной сварки: сварочного тока /св, напряжения дуги f/a, скорости подачи присадочной проволоки, скорости сварки, расхода аргона Qr и дополнительного параметра — напряжения осциллятора в течение цикла сварки t. Газ подают за 10—15 с до начала горения дуги, давление газа составляет (1,1—1,3) «105? Па, средний расход газа для защиты зоны сварки — 10—15 л/мин, для обратной стороны шва — 30—50% от основного расхода. Дуга возбуждается замыканием электрода и металла угольным стержнем или кратковременным разрядом высокой частоты и напряжения с помощью осциллятора. Ручную сварку выполняют наклонной горелкой углом вперед, угол наклона к поверхности изделия составляет 70—80°. Присадочную проволоку подают под углом 10— 15° (рис. 62). По окончании сварки дугу постепенно обрывают для заварки кратера, при ручной сварке — ее постепенным растяжением, при автоматической — специальным устройством заварки кратера, обеспечивающим постепенное уменьшение сварочного тока. Для защиты охлаждающегося металла подачу газа прекращают через 10—15 с после выключения тока. Примерный режим ручной аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом стыкового соединения из высоколегированной стали толщиной 3 мм: диаметр вольфрамового электрода 3—4 мм, диаметр присадочной проволоки 1,6— 2 мм, сварочный ток 120—160 А, напряжение на дуге 12— 16 В, расход аргона 6—7 л/мин. Аргонодуговой сваркой выполняют швы стыковых, тавровых и угловых соединений. При толщине листа до 2,5 мм целесообразно сваривать с отбортовкой кромок, при малой величине зазора (0,1—0,5 мм) можно сваривать тонколистовой металл толщиной от 0,4 до 4 мм без разделки кромок. Допустимый зазор тем меньше, чем меньше толщина свариваемого материала. Листы толщиной более 4 мм сваривают встык с разделкой, при этом допустимый зазор должен быть не более 1,0 мм. Разработано несколько разновидностей, аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом, основанных на увеличении проплавляющей способности дуги за счет увеличения интенсивности теплового и силового воздействия дуги на свариваемый металл. К этим разновидностям относятся: сварка погруженной дугой, с применением флюса, при повышенном давлении защитной атмосферы, импульсно-дуговая, плазменная сварка. Сварка погруженной дугой. С увеличением диаметра электрода и силы тока увеличиваются давление дуги и удельное количество вводимой теплоты. Под давлением дуги происходит оттеснение под электродом жидкого металла. Дуга при этом погружается в сварочную ванну, а поддержание заданного напряжения (длины дуги) достигается опусканием электрода ниже поверхности свариваемого металла.

Аргонодуговая сваркаГлубина проплавления достигает 10— 12 мм и выше, расход аргона в сопло горелки составляет 15—20 л/мин, в приставку для защиты остывающего шва 15—30 л/мин и на обратную сторону шва 6—10 л/мин. Сварка с применением флюса. Нанесение на поверхность свариваемого металла слоя флюса не большой толщины (0,2—0,5 мм), состоящего из соединений фтора, хлора и некоторых окислов, способствует повышению сосредоточенности теплового потока в пятне нагрева и увеличению проплавляющей способности дуги. При этом благодаря концентрации тепловой энергии повышается эффективность проплавления и снижаются затраты погонной энергии при сварке. Сварка при повышенном давлении защитной атмосферы. Мощность дуги возрастает с увеличением давления защитной атмосферы при неизменном токе и длине дуги. Дуга при этом сжимается, благодаря чему увеличивается ее проплавляющая способность примерно на 25—60%. Этот способ можно использовать при сварке в камерах с контролируемой атмосферой. Импульсно-дуговая сварка вольфрамовым электродом заключается в применении в качестве источника теплоты импульсной (пульсирующей) дуги с целью концентрации во времени теплового и силового воздействия дуги на основной и электродный металл. При стесненном теплоотводе полнее используется теплота на расплавление основного металла, чем при сварке постоянной дугой. Дуга пульсирует с заданным соотношением импульса и паузы.

Аргонодуговая сваркаСплошной шов получается расплавлением отдельных точек с определенным перекрытием. Повторные возбуждения и устойчивость дуги обеспечиваются благодаря горению маломощной дежурной дуги (10—15% от силы тока в импульсе). Наряду с силой тока, напряжением, скоростью сварки к основным параметрам импульсно-дуговой сварки относятся длительность импульса и паузы, длительность цикла сварки t=tCB+tn и шаг точек где vcb — скорость сварки. Отношение называется жесткостью режима. Жесткость режима при заданной энергии импульса и длительности цикла характеризует проплавляющую способность дуги. Изменяя параметры режима импульсно-дуговой сварки, можно в широких пределах изменять кристаллизацию металла и таким образом влиять на свойства сварных соединений. Технологические преимущества сварки импульсной дугой вольфрамовым электродом в наибольшей степени проявляются при сварке тонколистовых материалов: практически отсутствуют дефекты формирования шва, провисание и подрезы, улучшаются условия формирования шва в различных пространственных положениях, снижаются требования к квалификации сварщика при ручной сварке. Так как для сварки металла определенной толщины требуется значительно меньшая погонная энергия, существенно уменьшаются деформации и прожоги тонколистовых материалов. Таким образом, импульсно-дуговая сварка вольфрамовым электродом предназначена главным образом для регулирования проплавления основного металла и формирования шва при сварке тонколистового металла. Аргонодуговая сварка плавящимся электродом. Область применения этого вида — сварка цветных металлов (А1, Mg, Си, Ti и их сплавов) и легированных сталей. Сварка происходит с капельным и струйным переносом, С увеличением тока капельный перенос металла электрода сменяется струйным и глубина проплавления увеличивается. Критическая величина тока, при которой капельный перенос сменяется струйным, составляет: при сварке сталей — от 60 до 120 А на 1 мм2 сечения электродной проволоки, при сварке алюминия — 70 А. Например, для проволоки марки Св-12Х18Н9Т разных диаметров при горении дуги в среде аргона критический ток имеет следующие значения: диаметр электрода, мм 1,0 2,0 3,0 критический ток, А , ISO 280 350 При аргонодуговой сварке плавящимся электродом предъявляются более жесткие требования к сборке, чем при сварке вольфрамовым электродом, перед сваркой необходима тщательная очистка кромок свариваемых материалов и проволоки.


 

Технология механизированной сварки порошковой и само защитной проволокой. Сварка порошковой проволокой — дуговая сварка, выполняемая плавящимся электродом из порошковой проволоки. Сварку порошковой проволокой можно выполнять открытой дугой без дополнительной защиты, в углекислом газе и под флюсом. Сварка порошковой проволокой открытой дугой — основной путь механизации сварки в тех случаях, когда затруднено применение механизированных способов сварки в углекислом газе и под флюсом, прежде всего в монтажных условиях, на открытых строительных площадках. Порошковая проволока представляет собой трубчатую (часто со сложным внутренним сечением) проволоку, заполненную порошкообразным наполнителем — шихтой (рис. 64). Оболочку порошковой проволоки изготовляют из стальной (чаще низкоуглеродистой) ленты толщиной 0,2—0,5 мм. Наполнитель представляет собой смесь порошков из газо-и шлакообразующих компонентов, а также легирующих компонентов, которые обеспечивают защиту зоны сварки и требуемые свойства сварного шва. Наиболее широко используют порошковую проволоку диаметром от 1,6 до 3,0 мм. При сварке такой проволокой расплавляется и трубка и компоненты сердечника. В результате плавления шлакообразующих и разложения органических составляющих шихты обеспечивается газошлаковая защита расплавленного металла от воздуха. По составу шихты сердечника порошковые проволоки делятся на две основные группы — рутилового и основного типов. Основой шлакообразующих компонентов шихты проволок рутилового типа является двуокись титана (минерал рутил), газовая защита осуществляется введением органических материалов. Эти проволоки малочувствительны к влаге и ржавчине, но относительно малопроизводительны, их целесообразнее использовать для сварки тонкого металла. В проволоках основного типа используются шлако-и газообразующие компоненты шихты с основными и амфотерными свойствами (мрамор, магнезит и др.). Проволоки этого типа более чувствительны к влаге и ржавчине, не допускают длинной дуги из-за образования пористости шва, однако они производительнее и обеспечивают более высокие механические свойства. Сварку порошковыми проволоками всех типов обычно выполняют на постоянном токе обратной полярности с использованием источников питания с жесткими внешними характеристиками. Недостатками самозащитной проволоки является узкий диапазон параметров режима сварки, отклонения от которых приводят к резкому ухудшению качества сварного соединения. Этот недостаток компенсируется при сварке порошковыми проволоками с дополнительной защитой углекислым газом. В зависимости от состава шихты порошковую проволоку можно использовать для механизированной сварки и наплавки сталей и чугуна как без защиты, так и с дополнительной защитой (флюсом, защитным газом) от воздуха. Для сварки углеродистых и легированных сталей открытой дугой применяют порошковые проволоки ПП-АН 1, ПП-АНЗ, ПП-АН6 и др., при сварке в углекислом газе — Г1П-АН4, ПП-АН5, ПП-АН8, ПП-АН9. Преимуществом порошковой проволоки является воз можность за счет наполнителя в широких пределах регули ровать химический состав шва, что используется при на плавке. Ими можно наплавлять изделия под флюсом, в за щитных газах и открытой дугой. Разработаны порошковые проволоки ПП-АН120, ПП-АН121, ПП-АН122—для наплав ки под флюсом деталей машин из углеродистых сталей, ПП-АН 105 — для наплавки высокомарганцовистых ста лей, ПП-АН170 — для наплавки высокохромистых сталей, порошковые ленты ПЛ-АН101, ПЛ-АН102 и др. При дуговой наплавке порошковыми проволоками и лентами применяют меньшие плотности тока по сравнению с электродами сплошного сечения, что обеспечивает меньшую глубину проплавления и меньшее перемешивание наплавленного металла с основным. Подготовка и сборка металла под сварку производятся так же, как при сварке в углекислом газе и под флюсом. Свариваемые поверхности должны быть очищены от грязи, масла и ржавчины. Прихватка выполняется полуавтоматами порошковой проволокой или вручную качественными электродами. Параметры режима и техника сварки в основном те же, что при сварке в углекислом газе: диаметр проволоки, сила сварочного тока и связанная с ним скорость подачи проволоки устанавливаются в зависимости от толщины свариваемого металла, количества слоев для заполнения разделки и положения шва в пространстве. Сварку выполняют короткой дугой для уменьшения разбрызгивания жидкого металла, улучшения защиты его от кислорода и азота воздуха, уменьшения выгорания легирующих элементов. При слишком короткой дуге в связи с падением напряжения в ней ухудшается стабильность горения дуги и качество шва. С увеличением диаметра проволоки от 1,4 до 3 мм соответственно увеличивается вылет электрода от 7—10 до 20— 25 мм. Ориентировочные режимы механизированной сварки низкоуглеродистой стали приведены в табл. 13. Сварка само защитной проволокой сплошного сечения предназначена для механизации сварки при монтаже на открытых площадках, а также в заводских условиях, когда неприемлема сварка в углекислом газе.

 

При сварке открытой дугой происходит интенсивное окисление свариваемого и присадочного металла, угар легирующих элементов, порообразование. Для предотвращения этих процессов сварочную проволоку легируют элементами, обладающими большим сродством к кислороду, чем выгораемые элементы. В качестве таких легирующих элементов используют Al, Ti, Zr и редкоземельные элементы (церий, лантан и др.). Эти элементы активно связывают 02, N2, S в стойкие неметаллические соединения и за счет этого можно получить свойства сварных соединений по прочности и пластичности на уровне металла шва, получаемого при сварке покрытыми электродами типа Э46—Э50. Микролегирование проволоки церием повышает стабильность процесса сварки и пластичность и вязкость металла шва. Для сварки низкоуглеродистых сталей этим способом используют проволоки Св-15ГСТЮЦА и Св-20ГСТЮА. Подготовка кромок, сборка металла, техника сварки, производительность аналогичны сварке в углекислом газе. Сварку выполняют постоянным током как прямой, так и обратной полярности. Ориентировочные режимы механизированной сварки приведены в табл. 14. Технологические свойства дуги при сварке этим способом несколько хуже, чем при сварке в углекислом газе; шов покрывается толстой пленкой окислов, плотно сцепленных с его поверхностью. Сварочные полуавтоматы. Сварочным полуавтоматом называется сварочный аппарат с механизированной подачей сварочной проволоки, но перемещаемый в процессе варки вручную.

Для механизированной сварки и наплавки применяют шланговые полуавтоматы с различными горелками, а также специальные типы полуавтоматов, в которых используются дополнительные устройства, например прижимные механизмы при сварке электрозаклепками. Шланговые полуавтоматы применяют для сварки как плавящимся, так и неплавящимся электродами. Механизированная сварка характеризуется высокой маневренностью, возможностью сварки всех видов соединений практически во всех пространственных положениях, в том числе и в труднодоступных местах. Шланговые полуавтоматы классифицируют по следующим признакам: по способу защиты дуги — для сварки в защитных газах, под флюсом, без внешней защиты (при сварке порошковыми и само защитными проволоками), универсальные, приспособленные для сварки с несколькими различными способами защиты дуги; по типу применяемой электродной или присадочной проволоки — для сварки сплошной стальной (жесткой) проволокой, проволокой из алюминиевых сплавов (мягкой), порошковой проволокой, универсальные; по способу и скорости регулирования подачи проволоки— толкающего, тянущего, тянуще-толкающего типа; с плавным, ступенчатым и смешанным регулированием скорости подачи; по компоновке — однокорпусные (с механизмом подачи, встроенным в корпус источника питания) и с вынесенным подающим механизмом; с аппаратурой управления, встроенной в источник питания дуги или в специальный шкаф управления; по транспортабельности — стационарные и с транспортируемым во время сварки подающим механизмом, который может быть передвижным и переносным (чемоданного типа, ранцевый, ручной с подающим механизмом и катушкой проволоки, встроенной в держатель горелки); по способу охлаждения горелки — с естественным (воздушным) и искусственном (водяным или газовым). В состав наиболее распространенных полуавтоматов —; шланговых — для сварки в защитных газах входят (рис. 65): горелка 1 или комплект горелок со шлангом 2, механизм 3 подачи электродной проволоки, катушка 4 или другие устройства для электродной проволоки, шкаф или блок управления 5 (если он не объединен с источником питания), а также провода для сварочной цепи и цепей управления, аппаратура для регулирования подачи защитного газа и измерения параметров (состава, расхода, давления), шланг для газа, источник питания. Полуавтоматы под флюсом состоят из тех же узлов, но вместо газовой аппаратуры они снабжены устройствами для подачи флюса. Отличительной особенностью полуавтоматов для сварки без внешней защиты дуги является отсутствие газовой аппаратуры и устройств для подачи флюса. Большинство используемых горелок (~90%) — горелки с естественным (воздушным) охлаждением токоведущих и нагреваемых теплотой дуги частей. Водяное охлаждение обычно применяют в горелках, рассчитанных на токи свыше 400 А. По характеру взаимного расположения основного корпуса и рукоятки различают горелки молоткового и пистолетного типов, последние составляют не более 10% от общего числа горелок. Наиболее распространенными полуавтоматами являются полуавтоматы толкающего типа, т. е. такие, в которых электродная проволока проталкивается по шлангам (гибким направляющим каналам) от подающего механизма. Подавляющее большинство горелок снабжено шлангами длиной до 3 м, как правило, для стальной электродной проволоки. Для сварки тонкой проволокой (диаметром 0,6— 1 мм) и проволокой из мягких алюминиевых сплавов горелки комплектуют шлангами длиной 1,5—2 м. Механизмы подачи электродной проволоки или подающие механизмы обычно состоят из электродвигателя, редуктора и системы подающих и прижимных роликов. Ведущий ролик, который приводится во вращение электродвигателем через редуктор, проталкивает проволоку через шланг в зону сварки. Скорость подачи проволоки регулируют ступенчато сменными шестернями или роликами, а также плавным регулированием частоты вращения при использовании двигателя постоянного тока. В зависимости от назначения применяют схемы с одним приводным роликом (тонкая стальная проволока), двумя приводными роликами (стальная проволока 1,6—2,5 мм, иногда алюминиевая проволока) и четырьмя приводными роликами (алюминиевая и порошковая проволоки). В состав комплекта приборов и арматуры для подачи защитного газа от баллона или сети до электромагнитного газового клапана полуавтомата входят газовый редуктор и расходомер, которые иногда объединены в одном приборе — редукторе-расходомере. При сварке в углекислом газе в этот комплект входит также подогреватель газа, который может быть встроен в редуктор-расходомер (см. рис. 60). Требования безопасности труда при сварке в защитных газах соответствуют требованиям.

Контрольные вопросы

В чем заключается сущность сварки в защитных газах?

Какие способы защиты зоны сварки используют при сварке в защитных газах?

Назовите основные параметры режима при сварке плавящимся электродом в защитных газах.

В чем заключаются особенности сварки в углекислом газе?

Почему для сварки в защитных газах плавящимся электродом используют источники питания с жесткой характеристикой?

Какие разновидности аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом вы знаете?

Что такое сварочный полуавтомат? Дайте классификацию полуавтоматов.

Для обеспечения более медленного охлаждения применяют предварительный подогрев изделия. При сварке в условиях низких температур такой подогрев обязателен даже для низкоуглеродистых сталей. Для снятия внутренних напряжений иногда применяют термическую обработку изделий, главным образом отжиг или нормализацию. Отжиг применяют полный или низкотемпературный. Полный отжиг заключается в нагреве изделия из стали до 800 ... 950° С, выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении вместе с печью. В результате такой обработки пластичность и вязкость наплавленного металла и металла около шовной зоны возрастают, а твердость металла снижается. При этом в сварном изделии полностью снимаются внутренние напряжения. Низкотемпературный отжиг (или высокий отпуск) заключается в нагреве сварного изделия до 600 ... 650° С, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении вместе с печью. Так как нагрев производится до температуры ниже критической, в металле структурные изменения не происходят. При меньших температурах нагрева сварочные напряжения частично остаются в изделии. Нормализация производится нагревом изделия до температуры на 30 ... 40° выше критической, выдержкой при этой температуре и охлаждением на воздухе (т. е. с несколько большей скоростью, чем при отжиге). Такая обработка является наилучшей для сварных изделий, так как не только снимает внутренние напряжения, но позволяет получить мелкозернистую структуру металла. Особенно следует рекомендовать нормализацию для сварных изделий из низкоуглеродистых сталей, содержащих углерода менее 0,25%. Для термообработки крупногабаритных сварных изделий применяют специальные мощные термопечи.


 

СВАРКА В ЗАЩИТНОМ ГАЗЕ

Сущность и преимущества сварки Сварка в защитном газе является одним из видов дуговой сварки. При этом виде сварки в зону дуги подается защитный газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования. Известны следующие разновидности сварки в защитном газе: в инертных одноатомных газах (аргон и гелий), в нейтральных двухатомных газах (азот, водород), в углекислом газе. В практике наиболее широкое применение получили аргонодуговая сварка и сварка в углекислом газе. Аргонодуговая сварка осуществляется в струе аргона, который, являясь инертным газом, не вступает во взаимодействие с расплавленным металлом сварочной ванны и предохраняет его от воздействия кислорода и азота воздуха. Инертный газ гелий применяется очень редко ввиду его большой стоимости. Сварка в двухатомных газах (атомноводородная и сварка в струе азота) имеет ограниченное применение, так как водород и азот в зоне дуги диссоциируют на атомы (Н2 Н + Н; N2 ЬЦ N + N) и в таком состоянии активно взаимодействуют с большинством металлов. Сварка в углекислом газе получила широкое применение при изготовлении и монтаже различных строительных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей. Этот способ разработан в Центральном научно-исследовательском институте технологии машиностроения (ЦНИИТмаш). Углекислый газ, подаваемый в зону дуги, не является нейтральным, так как под действием высокой температуры он диссоциирует на окись углерода и свободный кислород (СО2 СО + О). При этом происходит некоторое окисление расплавленного металла сварочной ванны и, как следствие, металл шва получается пористым с низкими механическими свойствами. Для уменьшения окислительного действия свободного кислорода применяют электродную проволоку с повышенным содержанием раскисляющих примесей (марганца, кремния). При этом получается беспористый шов с хорошими механическими свойствами. Сварку в защитном газе можно осуществлять вручную, полуавтоматически и автоматически. Ручная сварка применяется при соединении кромок изделий толщиной до 25...30 мм и при выполнении коротких и криволинейных швов. Полуавтоматическая и автоматическая сварка применяется при массовом и крупносерийном производстве сварных конструкций с прямолинейными швами большой протяженности. Сварка производится как неплавящимся, так и плавящимся электродами. Неплавящиеся электроды служат только для возбуждения и поддержания горения дуги. Для заполнения разделки свариваемых кромок в зону дуги вводят присадочный металл в виде прутков или проволоки. Применяются неплавящиеся электроды: вольфрамовые, угольные и графитовые. Для изготовления вольфрамовых электродов применяется проволока марки ВТ-15 диаметром от 0,8 до 6 мм, содержащая 1,5...2,0% двуокиси тория. Торий способствует более легкому возбуждению и устойчивому горению дуги. Однако торий является радиоактивным веществом и его применение сопряжено с соблюдением специальных санитарных правил. Для сварки алюминия и его сплавов успешно применяют электроды из проволоки марки ВЛ-10 (вольфрам с присадкой лантана). Лантан значительно снижает расход вольфрама и повышает устойчивость горения дуги. Расход вольфрама при сварке незначителен и составляет при сварочном токе 300...400 А около 0,05...0,06 г на метр сварного шва. Угольные и графитовые электроды применяют редко (главным образом при сварке легированных сталей), так как они не обеспечивают достаточно устойчивое горение дуги и сварной шов получается пористым с темным налетом. Плавящиеся электроды применяют в виде сварочной проволоки, изготовленной из металла, по химическому составу сходного со свариваемым металлом. Преимущества сварки в защитном газе заключаются в следующем! хорошая защита зоны сварки от воздействия кислорода и азота воздуха; хорошие механические качества сварного шва; высокая производительность процесса сварки, достигающая при ручной сварке до 50...60 м/ч, а при автоматической сварке до 200 м/ч и более; отсутствие необходимости применения флюсов и последующей очистки шва от шлаков; возможность наблюдения за процессом формирования сварного шва; малая зона термического влияния; возможность полной механизации и автоматизации процесса сварки. Оборудование и аппаратура для ручной и механизированной сварки

Аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом производится на постоянном и переменном токе. Схема сварочной цепи при постоянном токе представлена на рис. 70. Установка для ручной сварки постоянным током состоит из сварочного генератора 1 постоянного тока, балластного реостата 2, газоэлектрической горелки 3, баллона с газом, редуктора и контрольных приборов (амперметра, вольтметра и расходомера газа). Источником питания дуги служат сварочные генераторы постоянного тока с жесткой или пологопадающей внешней характеристикой типа ПСГ-350, ПСГ-500, АЗД-7-5/Э0. Балластный реостат РБ-300 или РБ-200 включается в сварочную цепь для регулирования и получения малых значений сварочного тока и повышения устойчивости горения дуги. Газоэлектрические горелки бывают различной конструкции. В практике наибольшее применение получила горелка типа ЭЗР конструкции ВНИИ автогенмаша. Кироваканский завод автогенного машиностроения выпускает горелки ЭЗР-З-66 для сварки токами до 150 А, ЭЗР-4-68 (для токов до 500 А) и ЭЗР-5-71 (для токов до 80 А). Электрододержатель ЭЗР-З-66 представлен на рис. 71. Он состоит из корпуса /, сменного наконечника 2, рукоятки с устройством включения подачи газа 3 и газо-токоподводящего кабеля 4. Диаметр сопла сменных наконечников-8 и 10 мм. Они позволяют использовать электроды диаметром 1,5; 2 и 3 мм, рассчитанные на сварочные токи до 150 А. Расход аргона составляет от 120 до 360 л/ч. Масса горелки с газо-токопроводящим кабелем - около 3 кг. Для сварки при больших сварочных токах применяют также горелки типа АР-10 (большая), АР-7Б, АР-9, допускающие токи до 400...450 А и снабженные системой водяного охлаждения.? Установка для ручной сварки переменным током, схема которой представлена на рис. 72, состоит из источника питания дуги /, осциллятора 2, балластного реостата 3, газоэлектрической горелки 4, баллона с газом, редуктора и контрольных приборов (амперметра, вольтметра и расходомера газа). Источники питания должны иметь повышенное вторичное напряжение, чтобы обеспечить устойчивое горение дуги. Для этого в сварочную цепь включают два сварочных трансформатора с последовательно включенными вторичными обмотками или применяют трансформатор типа ТСДА с повышенным вторичным напряжением холостого хода. Осциллятор обеспечивает быстрое и легкое возбуждение и устойчивое горение дуги. Газоэлектрические горелки применяют типа ГРАД-200 и ГРАД-400, отличающиеся большой легкостью. Горелка ГРАД-200 массой 0,2 кг допускает сварочные токи до 200 А, а горелка ГРАД-400 массой 0,4 кг допускает токи до 400 А. Полуавтоматическая сварка неплавящимся электродом производится шланговым полуавтоматом типа ПШВ-1 (рис. 73, где 1 - сопло; 2 - вольфрамовый электрод; 3 - корпус; 4 - сварочная проволока; 5 - рукоятка; 6 - механизм подачи сварочной проволоки). Он предназначен для сварки металлов толщиной от 0,5 до 5 мм. Полуавтомат снабжен электродвигателем, который через редуктор и гибкий вал, проходящий по шлангу, приводит во вращение ролики, расположенные на газоэлектрической горелке. Ролики протягивают по шлангу присадочную проволоку и подают ее в зону дуги. Скорость подачи проволоки диаметром 1...2 мм устанавливается в пределах 5...50 м/ч. Сварку осуществляют постоянным током или переменным током с включением в сварочную цепь осциллятора. Полуавтомат позволяет выполнять сварку во всех пространственных положениях шва. Полуавтоматическая сварка плавящимся электродом производится с помощью полуавтоматов типа ПШПА-6, ПШПА-7 и ПШП-9. Первые два типа предназначены для сварки электродной проволокой диаметром 1,6...2,5 мм при сварочном токе до 300 А, последний тип - для сварки металла малой толщины проволокой диаметром 0,5...1,2 мм при сварочных токах до 180 А. Комплект полуавтомата состоит из переносного пульта управления, механизма подачи электродной проволоки с кассетой и газоэлектрической горелки в виде пистолета. Электродная проволока вытягивается из кассеты по шлангу роликами, расположенными в пистолете. Ролики вращаются электродвигателем через редуктор с помощью гибкого привода. Пистолет полуавтомата ПШПА-7, представленный на рис. 74, предназначен для сварки многослойных деталей из алюминия, магния и их сплавов с толщиной кромок до 100.. 150 мм. Для предохранения от перегрева пистолет имеет водяное охлаждение. На рисунке: 1 - сопло; 2 - механизм подачи проволоки; 3 - шланг для подачи проволоки; 4 - шланг для подвода-аргона; 5 - провода управления; 6 - рукоятка.


 

Автоматическая сварка может производиться неплавящимся и плавящимся электродом. На рис. 75 представлен в общем виде автомат УДПГ-300 для сварки в защитном газе. На рисунке: 1 - сварочная головка; 2 - механизм подачи; 3 - электродная проволока; 4 - кассета с электродной проволокой; 5 - кнопка управления; 6 - электродвигатель механизма подачи. Применяются специализированные сварочные тракторы типа АДСП-2 для сварки черных и цветных металлов толщиной 0,8 мм и более. Автоматы типа АТВ предназначены для сварки труб различного диаметра неплавящимся вольфрамовым электродом и присадочной проволокой диаметром 1,6...2 мм. Сварка в углекислом газе производится полуавтоматическими и автоматическими аппаратами. Схема полуавтоматической установки, предназначенной для сварки в углекислом газе, представлена на рис. 76. Установка состоит из сварочного преобразователя постоянного тока 9, газоэлектрической горелки механизма подачи электродной проволоки 2, аппаратного шкафа баллона с углекислым газом 7, осушителя 5, подогревателя 6, редуктора 4 и расходомера 3. В качестве сварочных преобразователей применяются ПС-300 или ПС-500. Хорошие результаты дают генераторы G жесткой или возрастающей внешней характеристикой. Применяются также генераторы о невысоким напряжением холостого хода ГСР-6000, ГСР-9000, ГСР-12000, ГСР-15000.? Газоэлектрические горелки служат для подвода газа и подачи электродной проволоки в зону дуги и для подвода сварочного тока к электродной проволоке. Они выпускаются различных типов для малых сварочных токов (до 300 А) и для сварки на больших токах до 1000 А. Последние снабжены водяным охлаждением. Механизм подачи электродной проволоки используется от полуавтоматов ПШ-5 и ПШ-54

 

или полуавтоматов ПШПА-б, ПШПА-7. Подача электродной проволоки производится с постоянной скоростью независимо от напряжения дуги. Аппаратный шкаф содержит электрооборудование, необходимое для подвода сварочного тока и тока цепей управления к соответствующей аппаратуре установки. Осушитель газа типа РОК-1 {1 на рис. 77), начиненный обезвоженным медным купоросом, применяют для предохранения попадания влаги в шов и предупреждения образования пористости металла шва. Подогреватель 2 с электронагревательным элементом служит для подогрева углекислоты. Это необходимо для предупреждения замерзания редуктора, которое может произойти от понижения температуры газа при редуцировании. Различные полуавтоматы разработаны Институтом электросварки им. Е. О. Патона (А-537, А-547у, А-547р, А-607), заводом «Электрик» (ПДПГ-300), ЦНИИТмашем (ПГШ-2, ПГШ-3) НИАТом (ПШП-13), МВТУ им. Баумана (ПГД-2М). Большое применение получил полуавтомат А-547у конструкции Института электросварки им Е. О. Патона. Он предназначен для сварки листового материала толщиной до 3 мм во всех пространственных положениях электродной проволокой диаметром 0,8...1,2 мм, постоянным током обратной полярности. Источниками питания дуги являются выпрямители типа ВС-300 или ВДГ-301. Сварочный ток устанавливается в пределах от 60 до 300 А. Механизм подачи электродной проволоки вмонтирован в чемоданчик и состоит из электродвигателя постоянного тока, роликов и катушки с проволокой. Реостат, включенный в обмотку двигателя, позволяет плавно изменять скорость вращения электродвигателя и тем самым изменять скорость подачи электродной проволоки в пределах 100...340 м/ч. Электродная проволока применяется марок Св-12ГС, Св-08ГС и Св-08Г2С. Для автоматической сварки применяют специальные сварочные аппараты типов АДПГ-500, АСУ-6У или используют сварочные тракторы типа АДС-1000-2 или ТС-17м, переоборудованные для сварки в углекислом газе (например, АДС-1000-2У).


 

Аргон - одноатомный инертный газ без цвета и запаха, тяжелее воздуха. Получают аргон из воздуха, где его содержится 0,935% (по объему). Аргон поставляется промышленностью по ГОСТ 10157-73 трех сортов: высший, первый и второй сорт. Высший сорт содержит 99,988% аргона, не более 0,008% азота и не более 0,001% кислорода. Первый сорт содержит аргона 99,98%, азота-до 0,01 % и кислорода - не более 0,003%. Второй сорт поставляют с содержанием аргона 99,95%. азота не более 0,04%, а кислорода не более 0,005%. Аргон поставляется и транспортируется для использования в газообразном виде в баллонах типа А (ГОСТ 949-73) под давлением 15 МПа (150 кгс/см2). Баллоны окрашены в серый цвет с зеленой полосой и надписью «Ар¬гон чистый» зеленого цвета. Аргон применяют при сварке ответственных сварных швов и высоколегированных сталей, титана, алюминия, магния и их сплавов. Гелий - одноатомный инертный газ без цвета и запаха. Газообразный гелий производится по межреспубликанским техническим условиям МРТ 51-77-66 двух сортов: гелий высокой чистоты (99,98% гелия) и гелий технический (99,8% гелия). Гелий транспортируется и поставляется в баллонах типа А при максимальном давлении 15 МПа , (150 кгс/см2). Баллоны окрашены в коричневый цвет с надписью «Гелий» белого цвета. Гелий используют так же как аргон, но значительно реже ввиду его дефицитности и высокой стоимости. Углекислый газ С02 не имеет цвета и запаха. Получают его из газообразных продуктов сгорания антрацита или кокса, при обжиге известняка и т. д. Поставляется углекислый газ в сжиженном (жидком) состоянии в баллоне типа А вместимостью 40 л, в который при максимальном давлении 7,5 МПа (75 кгс/см2) вмещается 25 кг углекислоты (при испарении образуется около 12 750 л газа). Для целей сварки используют сварочную углекислоту (ГОСТ 8050-76) «Углекислый газ сжиженный»). Чистота углекислоты первого сорта должна быть не менее 99,5% при влажности не более 0,178 г/м3. Углекислота второго сорта имеет чистоту 99,0% и содержит влаги 0,515 г/м3. Баллоны с углекислотой окрашивают в черный цвет с желтой надписью «С02 сварочный». Применяется при сварке низкоуглеродистых и некоторых конструкционных и специальных сталей. Рекомендуется для снижения влажности углекислого газа установить баллон вентилем вниз и после отстаивания в течение 10... 15 мин осторожно открыть вентиль и выпустить из баллона влагу. Перед сваркой необходимо из нормально установленного баллона выпустить небольшое количество газа, чтобы удалить попавший в баллон воздух. Часть влаги задерживается в углекислоте в виде водяных паров, ухудшая при сварке качество шва. Кроме того, при выходе из баллона от резкого расширения происходит снижение температуры углекислоты, и влага, отлагаясь в редукторе, забивает каналы и даже полностью закрывает выход газа. Для предупреждения замерзания влаги между баллоном и редуктором устанавливают электрический подогреватель. Окончательное удаление влаги после редуктора производится специальным осушителем, наполненным прокаленным медным купоросом, хромистым кальцием или другим осушительным веществом. Технология аргонодуговой сварки Аргонодуговая сварка может производиться постоянным и переменным током. При сварке постоянным током прямой полярности, неплавящимся электродом дуга горит устойчиво, обеспечивая хорошее формирование шва. При токе обратной полярности устойчивость процесса значительно снижается, вольфрамовый электрод перегревается, что приводит к необходимости уменьшить величину сварочного тока. Вследствие этого производительность процесса снижается. При автоматической и полуавтоматической сварке плавящимся электродом применяется постоянный ток обратной полярности, при которой обеспечивается высокая производительность процесса. Кроме того, при сварке алюминия, магния и их сплавов происходит мощная бомбардировка поверхности сварочной ванны положительными ионами, что наряду с процессом катодного распыления приводит к разрушению пленки окислов алюминия и магния, облегчая процесс качественной сварки без применения флюсов. При сварке переменным током неплавящимся электродом необходимо, чтобы источник тока имел более высокое напряжение холостого хода. Это обеспечивает устойчивое горение дуги и стабилизирует пр¬цесс сварки. Однако в связи с ограничением величины напряжения тока по условиям безопасности применяют ток допускаемого напряжения, на который накладывается ток высокой частоты, для чего в Огарочную цепь включают осциллятор. При сварке переменным током происходит частичное выпрямление тока вследствие различной электронной эмиссии вольфрамового электрода и сварного соединения. В периоды, когда вольфрамовый электрод является катодом, электронная эмиссия имеет большую интенсивность, проводимость дугового промежутка повышается, а напряжение на дуге понижается. Вследствие этого увеличивается значение сварочного тока. В периоды, когда катодом является сварное соединение, электронная эмиссия менее интересна, в результате чего величина сварочного тока уменьшаете ввиду этого появляется некоторая составляющая постоянного тока, что приводит к уменьшению тепловой мощности дуги, значительно затрудняет разрушение окисной пленки при сварке алюминиевых и магниевых сплавов и тем самым способствует образованию поверхностных и внутренних дефектов. Поэтому при сварке переменным током принимают меры по устранению или снижению составляющей постоянного тока. Для этой цели в сварочную цепь включают последовательно конденсаторную батарею емкостью 100 мкФ на каждый ампер сварочного тока или аккумуляторную батарею (положительный полюс батареи присоединяют к электроду). Применяется также последовательнее включение в сварочную цепь активного сопротивления, но такая мера снижает устойчивость горения дуги и поэтому при такой схеме сварочной цепи приходится использовать источники питания дуги с повышенным напряжением холостого хода до 90... 120 В. Возбуждение дуги при ручной сварке неплавящимся электродом производят на угольной или графитовой пластинке. При этом возникшей дугой некоторое время разогревают электрод, а затем быстро переносят дугу в начало разделки кромок. При сварке переменным током возбуждение дуги осуществляют с помощью осциллятора без коротка о замыкания электрода на сварное соединение. При полуавтоматической автоматической сварке возбуждение дуги производят путем касания электродной проволокой вводной планки, которую устанавливают для предупреждения дефекта в начале сварного шва. Аргонодуговой сваркой можно выполнять швы стыковых, тавровых и угловых соединений. При толщине листов до 2,5 мм рекомендуется сварку производить с отбортовкой кромок. При малой величине зазора порядка 0,1 ...0,5 мм можно сваривать тонколистовой материал толщиной от 0,4 до 4 мм без отбортовки и разделки кромок. При этом чем меньше толщина свариваемых встык листов, тем меньше допустимый зазор. Листы толщиной 4... 12 мм сваривают встык с V-образной разделкой кромок при угле разделки 50...709. Допустимый зазор в стыке составляет не более 1,0 мм. Расход аргона должен обеспечить надежную защиту электрода и металла сварочной ванны от воздействия воздуха. При этом следует учитывать конфигурацию свариваемого изделия, чтобы при экономном расходовании газа создать хорошую защиту шва. Рекомендуются следующие соотношения:

Перед началом сварки следует продуть шланг и горелку небольшой порцией аргона. Возбуждение дуги следует производить, спустя 3...4 с после подачи аргона в горелку. Струя аргона должна защищать не только сварочную ванну, но и обратную сторону шва. Если доступ к обратной стороне шва затруднен, то применяют подкладки или флюсовую подушку. Ручную сварку листов малой толщины производят левым способом, при котором горелка перемещается по шву справа налево. Листы большой толщины (более 12 мм) сваривают правым способом, т. е. горелку ведут слева направо. Ось мундштука горелки при сварке тонких листов (толщиной до 4 мм) должна составлять с поверхностью свариваемых листов 75...80°. Присадочный пруток вводится в зону дуги под углом 10...15° к поверхности свариваемых листов, т. е. почти перпендикулярно к оси мундштука горелки. При сварке листов большей толщины ось мундштука горелки располагают почти перпендикулярно к поверхности свариваемых листов. Длина дуги при аргонодуговой сварке небольшая и составляет 1,5...2,5 мм при длине выступающего вольфрамового электрода в пределах 6... 12 мм. Дугу следует гасить, постепенно увеличивая дуговой промежуток. Подачу аргона в зону дуги следует прекратить лишь спустя 10... 15 с после гашения дуги, чтобы защитить металл шва от воздействия воздуха до его затвердевания. Автоматическая и полуавтоматическая сварка плавящимся электродом производится при постоянной скорости подачи электродной проволоки независимо от напряжения дуги. Постоянство длины дуги поддерживается автоматическим саморегулированием. Электродная проволока применяется диаметром от 0,5 до 2,0 мм. Листы толщиной до 5 мм соединяют стыковой сваркой без разделки кромок, а при толщине листов более 5 мм производится V-образная разделка шва с углом разделки 30...50°. Вылет электрода устанавливается в зависимости от диаметра электродной проволоки. Диаметр электродной проволоки, мм 0,5 0,8 1,0 1,6 2,0 Вылет электрода, мм .... 5...6 6...7 7...9 10...12 12...15 Минимальный ток, А .... 25...30 35...40 45...55 80...90 100...130 Величина сварочного тока оказывает влияние на характер переноса металла в шов. С увеличением сварочного тока капельный перенос металла электрода сменяется струйным и глубина проплавления увеличивается. Величина тока, при котором металл электрода начинает стекать в сварочную ванну в виде тонкой струи, называют критической величиной сварочного тока. Практика показала, что при сварке алюминиевых сплавов критический ток составляет 70 А на 1 мм2 сечения электродной проволоки, а при сварке сталей - от 60 до 120 А на 1 мм2 сечения проволоки. Свариваемые кромки перед сваркой тщательно очищают (на ширине 20...30 мм) от масла, влаги и окислов с помощью металлической щетки или шкурки. Кромки изделий из алюминия, магния и их сплавов подвергают травлению с последующей промывкой и сушкой.


 

Сварку в углекислом газе производят почти во всех пространственных положениях, что является важным качеством, необходимым при производстве строительно-монтажных работ. Сварку осуществляют при питании дуги постоянным током обратной полярности. При сварке постоянным током прямой полярности снижается стабильность горения дуги, ухудшается формирование шва и увеличиваются потери электродного металла на угар и разбрызгивание. Однако коэффициент наплавки в 1,6... 1,8 раза выше, чем при токе обратной полярности. Это качество используют при наплавочных работах. Сварку можно производить и на переменном токе при включении в сварочную цепь осциллятора. Источниками питания дуги постоянным током служат сварочные преобразовали постоянного тока с жесткой характеристикой типа ПСГ-350, ПСГ-500 и др. Листовой материал из углеродистых и низколегированных сталей успешно сваривают в углекислом газе; листы толщиной 0,6... 1,0 мм сваривают с отбортовкой кромок. Допускается также сварка без отбортовки, но с зазором между кромками не более 0,3...0,5 мм. Листы толщиной 1,0...8,0 мм сваривают без разделки кромок; при этом зазор между свариваемыми кромками не должен быть более 1 мм. Листы толщиной 8... 12 мм сваривают V-образным швом, а при больших толщинах - Х-образным швом. Перед сваркой кромки изделия должны быть тщательно очи align=щены от грязи, краски, окислов и окалины. Наилучшие результаты дает сварка при больших плотностях тока, обеспечивающих более устойчивое горение дуги, высокую производительность процесса и снижение потерь металла на разбрызгивание до 8... 12%. Для этого при сварке в углекислом газе применяют электродную проволоку диаметром от 0,5 до 2,0 мм, что позволяет вести процесс сварки при плотности тока не менее 80 А/мм2. Электродная проволока применяется из низкоуглеродистой стали с повышенным содержанием кремния и марганца марок Св-08ГС, Св-08Г2С. Поверхность электродной проволоки должна быть тщательно очищена от смазки, антикоррозионных покрытий, масла, ржавчины и других загрязнений, нарушающих устойчивость режима сварки. Режим сварки выбирается в зависимости от толщины свариваемых кромок. Для тонколистовых изделий рекомендуются следующие режимы процесса сварки (табл. 17). Величина сварочного тока и скорость сварки в значительной степени зависят от размеров разделки свариваемого шва, т. е. от количества наплавляемого металла. Чем больше размеры шва, тем меньше скорость сварки и тем больше величина сварочного тока. Напряжение тока устанавливается таким, чтобы получить устойчивый процесс сварки при возможно короткой дуге (1,5...4,0 мм). При большей длине дуги процесс сварки неустойчивый, увеличивается разбрызгивание металла, возрастает возможность окисления и азотирования наплавляемого металла. Скорость подачи электродной проволоки зависит от сварочного тока и напряжения. Практически она устанавливается так, чтобы процесс протекал устойчиво при вполне удовлетворительном формировании шва и незначительном разбрызгивании металла. Расход углекислого газа устанавливается таким, чтобы обеспечить полную защиту металла шва от воздействия атмосферного воздуха. Расход газа при сварке тонкостенных изделий приведен выше. При сварке толстых изделий сварочными токами 500... 1000 А расход газа достигает 15...20 л/мин. Расстояние от торца мундштука горелки до сварного соединения должно быть при сварочных токах до 150 А в пределах 7... 15 мм, а при токах до 500 А в пределах 15...25 мм. Полуавтоматическую сварку можно вести углом вперед, перемещая горелку справа налево, и углом, перемещая горелку слева направо. При сварке углом вперед глубина проплавления меньше, наплавляемый валик получается широкий. Такой метод применяют при сварке тонкостенных изделий и при сварке сталей, склонных к образованию закалочных структур. При сварке углом назад глубина проплавления больше, а ширина валика несколько уменьшается. Угол наклона горелки относительно вертикальной оси составляет от 5 до 15°. Перед началом сварки необходимо отрегулировать расход углекислого газа и только спустя 30...40 с возбудить дугу и приступить к сварке. Это необходимо, чтобы газ вытеснил воздух из шлангов и каналов сварочной горелки. Вылет электродной проволоки устанавливается при диаметре проволоки от 0,5 до 1,2 мм - в пределах 8... 15 мм, а при диаметре проволоки от 1,2 до 3 мм - в пределах 15...35 мм.

 

В процессе сварки электроду сообщается такое движение, чтобы получилось хорошее заполнение металлом разделки свариваемых кромок и удовлетворительное формирование наплавляемого валика. Эти движения аналогичны движениям электрода при ручной дуговой сварке качественными электродами. На рис. 78 показаны движения электрода во время сварки в углекислом газе при выполнении многослойного шва. Рекомендуется для снижения опасности образования трещин первый слой сваривать при малом сварочном токе. Заканчивать шов следует заполнением кратера металлом. Затем прекращается подача электродной проволоки и выключается ток. Подача углекислого газа на заваренный кратер продолжается до полного затвердевания металла. При сварке в углекислом газе следует помнить об отравляющих действиях окиси углерода, выделяющейся при сварке. Поэтому при сварке в резервуарах и закрытых помещениях необходимо иметь хорошую вентиляцию свариваемых резервуаров и сварочных постов.


 

СУЩНОСТЬ И РАЗНОВИДНОСТИ ДУГОВОЙ СВАРКИ В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Дуговая сварка в защитных газах - общее название многочисленных разновидностей этого способа, основная особенность которых состоит в том, что в процессе сварки вокруг факела дуги создается газовая среда, отличающаяся по составу от воздуха. Эта среда защищает расплавленный металл от вредного влияния воздуха. Существующие ныне разновидности дуговой сварки в защитных газах настолько многочисленны, что классификация их затруднена. В связи с этим целесообразно уделить внимание наиболее существенным признакам, по которым одна разновидность отличается от другой. К таким признакам можно отнести: способ создания газовой защиты; тип защитного газа; тип электрода; род тока, на котором производят сварку; степень механизации процесса (рис. 81). При струйной защите газ в зону сварки подается относительно электрода центрально или Сварку плавящимся и неплавящимся электродами можно осуществлять на постоянном и переменном токах (рис. 85). На переменном токе, как правило, производят сварку алюминиевых и магниевых сплавов, чтобы разрушать тугоплавкую окисную пленку на их поверхности. Сварку других металлов и сплавов можно выполнять постоянным и переменным токами.

Участие сварщика в сварочном процессе определяется степенью механизации того или иного способа сварки. Различают ручную сварку, когда два основных движения (подачу электрода в зону сварки и перемещение дуги вдоль оси образуемого шва) осуществляет непосредственно сам сварщик; полуавтоматическую, когда одно из движений осуществляется специальным устройством; и автоматическую, когда оба основных движения механизированы.

Благодаря ряду особенностей дуговой сварки в защитных газах (мобильность, высокая производительность, возможность выполнять сварку во всех пространственных положениях сварного шва, возможность сваривать металл в широком диапазоне толщин - от десятых долей миллиметра до десятков миллиметров) этот способ находит широкое применение во всех отраслях народного хозяйства в единичном, серийном и массовом производстве, в строительно-монтажных и ремонтных работах.

ОБОРУДОВАНИЕ И АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

В комплект технологического оборудования, необходимого для выполнения сварочных работ при дуговой механизированной и автоматической сварке в защитных газах, кроме источников питания дуги и сборочно-сварочных приспособлений входят газовая аппаратура, приборы газовой магистрали, сварочные аппараты (полуавтоматы, подвесные головки для автоматической сварки, сварочные тракторы). При механизированной и автоматической сварке используется одна и та же газовая аппаратура - с нее и целесообразно начать знакомство с особенностями оборудования сварочных постов и установок.

Газовая аппаратура и приборы Газовая магистраль состоит из баллона с газом, подогревателя и осушителя, которые применяют только при использовании углекислого газа, а также из редуктора, расходомера, газоэлектрического клапана и шланга, соединяющего эти элементы со сварочной горелкой.

Сведения огазовых баллонах приведены в гл. 2. При выпуске жидкой углекислоты из баллона она испаряется, температура газа резко уменьшается. Чтобы предупредить замерзание влаги в каналах редуктора и закупорку их льдом, между вентилем баллона и редуктором устанавливают электрический подогреватель (рис. 87). Он состоит из корпуса 1, кожуха 2, трубчатого змеевика 3, теплоизоляции 4 и нагревательного элемента 5. На клеммы 6 подают постоянное (20 В) или переменное (36 В) напряжение. Газ, проходя по трубчатому змеевику 5, нагревается до температуры 10... 15 °С.

Осушител и предназначены для поглощения влаги, содержащейся в углекислом газе (рис. 88). Применяют два вида осушителей: высокого (рис. 88, а) и низкого (рис. 88, б) давления. Они состоят из корпуса 7, решеток 2, фильтров 3, влагопоглотителя 4 и крышки 5. Кроме того, осушитель высокого давления снабжен пружиной б, предназначенной для уплотнения влагопоглотителя. Фильтры 3 служат для отделения от газа твердых частиц. В качестве влагопоглотителя используют силикагель или алюмогликоль, реже - медный купорос и хлористый кальций. Силикагель и медный купорос, насыщенные влагой, поддаются восстановлению путем прокаливания при температуре 250...500 °С в течение 1...2 ч.

Осушитель высокого давления, устанавливаемый до понижающего редуктора, имеет малые размеры и требует частой замены влагопоглотителя, что неудобно в работе. Осушитель низкого давления, имеющий значительные размеры, устанавливают после понижающего редуктора. Он не требует частой замены влагопоглотителя. Его целесообразно применять главным образом при централизованной газовой разводке.

Редуктор служит для понижения сетевого давления или давления, под которым газ находится в баллоне, до рабочей величины и автоматического поддержания рабочего давления неизменным независимо от давления в баллоне или в сети (см. гл. 2).

При сварке в аргоне применяют редукторы АР-10, АР-40, АР-150, однако могут применяться и кислородные редукторы, например одноступенчатый редуктор ДШ-1-65.

Расходомеры предназначены для измерения расхода защитного газа. Применяются расходомеры двух типов: поплавкового и дроссельного. Расходомер поплавкового типа (ротаметр) (рис. 89, а, б) состоит

из стеклянной трубки 1 со шкалой 5 и коническим отверстием. Располагается ротаметр строго вертикально, широким концом отверстия вверх. Внутрь трубки помещается поплавок 2, который может свободно в ней перемещаться. Газ, проходя снизу вверх через трубку, поднимает поплавок до тех пор, пока кольцевой зазор между ним и стенкой трубки не достигнет величины, при которой напор струи газа уравновесит массу поплавка. Чем больше расход газа и его плотность, тем выше поднимется поплавок. Поплавки ротаметров изготавливаются из алюминия, эбонита и стали, они имеют различную массу. Каждый тип ротаметра имеет свою градуировочную шкалу. Например, шкала расходомера РС-3 (см. рис. 89, б) отградуирована на расход воздуха (рис. 90). Защитные газы легче или тяжелее воздуха. Поэтому для них введены поправочные коэффициенты К: чем больше плотность газа, тем меньше К. Например, для азота К = 1,02; для аргона К = 0,85; для водорода К = 3,6; для гелия К = 2,7; для кислорода К = 0,955; а для углекислого газа К = 0,81.

Используя градуировочный график и поправочные коэффициенты, несложно сделать пересчет на любой из используемых газов. Например, пусть применяемым газом является аргон. Для него К = 0,85. Для

точки шкалы с показанием 60 расход воздуха составляет 750 л/ч. Расход аргона для этой точки шкалы будет следующим:

*Аг = Коздк =750- 0,85 = 637,5 л/ч. Дроссельный расходомер (рис. 89, в) построен на принципе измерения перепада давлений на участках до и после дросселирующей диафрагмы 3 (Р\ и Р2), который зависит от расхода газа и измеряется манометрами 4. О примерном расходе защитного газа можно судить по показанию манометра низкого давления газового редуктора. Для этого на выходе редуктора устанавливают дроссельную шайбу - дюзу с небольшим, калибровочным отверстием. Скорость истечения газа через отверстие и, следовательно, расход газа будут пропорциональны давлению газа в рабочей камере. Этот принцип использован в редукторе У-30 (рис. 91), который применяется при сварке в углекислом газе. Манометр 8 редуктора показывает непосредственно расход газа, а не давление в рабочей камере. С этой целью редуктор снабжен двумя дюзами 9 и 13 с калиброванными отверстиями разных диаметров. Поворотом корпуса клапана 11 предельного давления против соответствующей дюзы устанавливают канал 10, каждому положению которого соответствует деление шкалы на манометре 8.

7.3.2. Оборудование для полуавтоматической и автоматической сварки Шланговые полуавтоматы, предназначенные для сварки в защитных газах (рис. 92), содержат следующие основные элементы: горелку 7 с держателем, шланг для подвода к горелке электродной или присадочной проволоки, механизм 2 подачи проволоки 4 с катушкой 3 для нее и блок 5 управления полуавтоматом. Эти элементы, отличающиеся конструктивными особенностями, входят во все разновидности полуавтоматов.


 

1 - катушка; 2 - подающий механизм; 3 - гибкий шланг; 4 - держатель; 5 - наконечник; 6 - прижимной ролик; 7 - ведущий ролик; 8 - проволока

 

По расположению подающего механизма различают полуавтоматы толкающего и тянущего типов. В шланговом полуавтомате толкающего типа (рис. 93) подача проволоки с катушки 1 осуществляется подающим механизмом 2, установленным рядом с катушкой. Механизм состоит из электродвигателя М переменного или постоянного тока, коробки скоростей, ведущего 7 и прижимного 6 роликов. Проволока 8 подается роликами с постоянной скоростью через внутренний канал гибкого шланга 3, держатель 4 и наконечник 5.

Современные механизмы подачи содержат два или несколько подающих роликов различной конструкции и в различных сочетаниях (рис. 94). Усилие подачи Qn этих механизмов зависит от мощности привода, сжимающего усилия Рп, материала трущихся тел, шероховатости поверхности и конструкции фрикционного сочленения. Как правило, применяют одну пару подающих роликов (схема А), в которых один - ведущий, второй - холостой или тоже ведущий. Такая система обеспечивает достаточное усилие подачи стальной сплошной проволоки при сравнительно небольшом расстоянии между подающим устройством и зоной сварки. Обычно используют ролики КГ с гладкой канавкой, позволяющие получить усилие подачи до 60 кгс. Если нужны большие усилия, то применяют ролики КН, канавки которых снабжены насечкой, или Kill, представляющие собой шестерни, в зубьях которых прорезана канавка. Насечка обеспечивает надежную подачу, но при этом увеличивается износ мундштуков от заусенцев на проволоке.

Для проволок диаметром менее 1,2...1,6 мм предпочтительны цилиндрические ролики ЦН с насечкой. Порошковые проволоки, не допускающие больших усилий сжатия Рп, требуют применения механизмов схемы Б с двумя парами роликов или механизмов схемы С с большим углом обхвата. Лучше всего применять для них ролики КШ, препятствующие раскрыванию замка оболочки проволоки и, следовательно, высыпанию шихты сердечника.

Для мягких проволок или проволок из металла с высоким коэффициентом трения, а также для проволок малого (менее 0,8 мм) диаметра полуавтоматы толкающего типа не применимы. В этих случаях применяют полуавтоматы тянущего типа (рис. 95), у которых механизм подачи расположен в рукоятке горелки, что увеличивает ее массу.

Рабочий инструмент полуавтомата - горелка. Примером ее конструкции может служить горелка полуавтомата А-1197П, предназначенного для сварки как обычной проволокой сплошного сечения, так и порошковой проволокой. Горелка (рис. 96) содержит изогнутый мундштук 5 с переходной втулкой 2 и наконечником 6, рукоятку 1 с гашеткой 4 пусковой кнопки, защитный щиток 7 и сопло 8 для создания вокруг зоны сварки защитной атмосферы 9. Одной из основных частей полуавтомата является шланг, состоящий из проволочной спирали с оплеткой и резиновой оболочкой. Сварочный ток, защитный газ и охлаждающая вода в современных полуавтоматах подводятся к горелке автономными шлангами (проводами). Длина шланга, по которому подается проволока, не превышает 3,5...4,0 м. Подача электродной проволоки вперед и назад осуществляется переключением пакетного переключателя, расположенного на блоке управления. Кнопка включения подающего механизма находится на горелке. В полуавтоматах со шлангами длиной более 5 м для устранения неравномерности подачи проволоки применяются механизмы подачи тянуще-толкающего типа, в которых толкающий механизм расположен рядом с катушкой, а тянущий - в горелке электродвигателя постоянного тока. С помощью цепной передачи вращение передается на обе оси тележки, благодаря чему все четыре колеса являются приводными. Это обеспечивает достаточную силу тяги при сравнительно малой массе трактора. Скорость подачи проволоки настраивается плавным изменением числа оборотов вала электродвигателя. Горелка водоохлаждаемая. Трактор снабжен механизмом поперечной и вертикальной корректировки положения горелки. Механизированная полуавтоматическая сварка неплавящимся электродом осуществляется полуавтоматами, отличающимися от полуавтоматов для сварки плавящимся электродом конструкцией сварочной горелки. Присадочная проволока при сварке подается по гибкому шлангу подающим механизмом, который аналогичен описанным выше. Она электрически изолирована от сварочной цепи.

Поскольку проволока поступает в ванну по касательной к поверхности свариваемой детали, желательно режим сварки выбирать таким, чтобы скорость сварки и скорость подачи присадочной проволоки были равными. В этом случае оператор как бы опирается на конец подаваемой проволоки, контролируя при этом скорость движения горелки. Благодаря равномерному перемещению держателя удается получать сварные швы, равноценные швам, выполненным автоматами.

При автоматической сварке неплавящимся электродом перемещение горелки (электрода) относительно изделия, а также подача присадочной проволоки осуществляются электроприводом от двигателей постоянного тока, что позволяет обеспечивать плавное изменение скорости сварки и скорости подачи присадочной проволоки. Для автоматической сварки неплавящимся электродом применяют специальные сварочные горелки (рис. 98). Неплавящийся электрод 10 зажимается в токоподводящей цанге 2 при помощи маховика 7. Для изменения положения конца электрода относительно среза сопла 1 горелки служит маховик 5, при вращении которого охлаждаемая проточной водой обойма б передвигается в корпусе 4. Цанга 2 - сменная деталь, предназначенная для электродов определенного диаметра. Газ в горелку поступает через штуцер 8 по зазору между обоймой и корпусом 9.

Требования к конструкциям сопел и характеру течения газа при сварке неплавящимся электродом такие же, как при сварке плавящимся электродом, однако отсутствие брызг жидкого металла позволяет широко применять керамические сопла и газопроницаемые вкладыши 3 (газовые линзы) для получения ламинарного потока газа, наиболее эффективного для обеспечения качественной газовой защиты.

Автоматическую сварку неплавящимся электродом выполняют сварочными тракторами или специальными сварочными головками, подвешивая их на консолях или встраивая в конструкции специализированных сварочных установок. Основные узлы этих головок и тракторов такие же, как у тракторов для сварки плавящимся электродом, различны лишь сварочные горелки.

Отечественной промышленностью создан и выпускается целый ряд полуавтоматов и автоматов (табл. 17) для сварки в среде защитных газов, допускающих выбор параметров режима в широком диапазоне и обеспечивающих возможность механизации сварки большинства сварных конструкций различного назначения.


 

Техника и технология механизированной сварки плавящимся электродом имеет много общего при использовании обычной стальной, имеющей сплошное сечение, порошковой газо-защитной и порошковой само защитной электродной проволоки. Различия в основном касаются значений параметров режима, рекомендуемых для сварки различных классов сталей той или иной толщины, величины вылета электродной проволоки, длины дугового промежутка. Основные типы и конструктивные элементы выполняемых дуговой сваркой в защитном газе швов сварных соединений регламентированы ГОСТ 14771-76, которым предусмотрены четыре типа соединений: стыковые, угловые, тавровые и нахлесточные.

Металл, предназначенный для изготовления сварных конструкций, предварительно выпрямляют, размечают, разрезают на отдельные детали-заготовки и выполняют, если это необходимо, разделку кромок в соответствии с рекомендациями ГОСТа. Подготовка кромок под сварку состоит в тщательной очистке их от ржавчины, окалины, грязи, масла и других инородных включений. Очищают кромки стальными вращающимися щетками, гидропескоструйным и дробеметным способами, абразивными кругами, пламенем сварочной горелки, травлением в растворах кислот или щелочей.

Подготовленные детали собирают под сварку, используя специальные сборочные приспособления. При сборке важно выдержать необходимые зазоры и совмещение кромок. Точность сборки проверяют шаблонами, измерительными линейками и различного рода щупами.

Сварку осуществляют на режимах, ориентируясь на справочную литературу, производственные инструкции, операционные технологические карты и личный производственный опыт. К основным параметрам режима дуговой сварки в защитных газах относят диаметр электродной проволоки и ее марку, силу сварочного тока, напряжение дуги, скорость подачи электродной проволоки, скорость сварки, вылет электрода, состав защитного газа и епхрасход, наклон электрода вдоль оси шва, род тока, а для постоянного тока - и его полярность. В справочной литературе ориентировочные режимы приводятся в виде таблиц, в которые включают лишь основные параметры режима (см. табл. 12). Таблицы сопровождают примечаниями, касающимися параметров, не вошедших в таблицу. Так, табл. 18 составлена для ориентировочных режимов, рекомендуемых для сварки углеродистых и низколегированных сталей в углекислом газе постоянным током обратной полярности для проволок типа Св 08 Г2С. При сварке в углекислом газе обратная полярность тока позволяет получать более высокое качество шва, чем сварка на прямой полярности.

В таблицах ориентировочных режимов для сварки тавровых соединений указывают обычно величину катета шва для соответствующей толщины металла.

Технологические особенности сварки различных сталей заключаются прежде всего в подборе марки сварочной проволоки в зависимости от химического состава свариваемой стали. Низкоуглеродистые и низколегированные стали обычно свариваются стандартной кремнемарганцевой проволокой марок Св 08Г2С, Св 08ГС, Св 12ГС и порошковыми проволоками. Низколегированные стали, содержащие хром и никель, для повышения коррозионной стойкости сваривают проволокой Св 18ХГСА и Св ХГ2С. Высоколегированные аустенитные хромоникелевые коррозионно-стойкие стали типа 06X18Н9 сваривают в углекислом газе проволокой Св 06Х19Н9Т и Св 07Х18Н9ТЮ.

Порошковыми проволоками, предназначенными для сварки в углекислом газе (ПП-АН8, ПП-АН9, ПП-АН10, ПП-АН21, ПП-АН22), можно сваривать конструкции из углеродистых и низколегированных сталей с содержанием углерода до 0,25 %. Отличительная особенность процесса сварки при использовании этих проволок - высокая стабильность горения дуги, равномерное плавление проволоки, незначительное разбрызгивание металла. Особенно эффективно использование этого процесса сварки, когда к внешнему виду сварных швов предъявляются повышенные требования. Проволока рутил-флюоритного типа (ПП-АН4, ПП-АН9, ПП-АН20, ПП-АН22, ПП-АН54) рекомендуется для сварки конструкций, работающих в сложных климатических условиях, при отрицательных температурах, динамических и знакопеременных нагрузках. Сварочные работы желательно выполнять в закрытых помещениях; сварка на открытых площадках возможна при соблюдении мер, предотвращающих сдувание защитного газа. Рекомендуется вести сварку при вылете электрода 35...40 мм. При сварке плавящимся электродом вылетом электрода называют расстояние от конца электродной проволоки до среза токоподводящего мундштука.

Проволокой ПП-АД8 диаметром 2,5...3 мм могут выполняться швы в нижнем положении, диаметром 2 мм - горизонтальные швы на вертикальной плоскости. Минимальная толщина свариваемого металла 3 мм. В процессе сварки проволоку следует располагать перпендикулярно шву или углом назад. С целью улучшения формирования шва при выполнении угловых швов при силе тока выше 450 А можно применить способ сварки углом вперед.

Проволока ПП-АН9 применяется для сварки конструкций толщиной более 3 мм при небольшой и средней протяженности швов. Эта проволока имеет улучшенные гигиенические характеристики. Техника сварки аналогична технике сварки проволокой ПП-АН8. Величина катета однопроходных тавровых швов не должна превышать 10 мм, а ширина однопроходных стыковых швов - 20 мм.

Проволока ПП-АН10 отличается повышенной эксплуатационной надежностью. Рекомендуемый вылет проволоки - не более 30 мм. При сварке проволокой ПП-АН21 минимальная свариваемая толщина 2 мм. Сварку в нижнем положении рекомендуется выполнять, располагая проволоку перпендикулярно шву или с наклоном углом назад. Аналогично следует располагать проволоку, выполняя вертикальные швы способом снизу вверх. Выполнение угловых швов катетом более 8 мм требует поперечных колебаний проволоки. Проволока ПП-АН22 рекомендуется для сварки металлов толщиной более 3 мм. Во всех пространственных положениях следует располагать проволоку перпендикулярно шву или углом назад.


 

Порошковые само защитные проволоки ПП-АН31, ПП-АН7, ППАН11, СП-2, ПП-2ДСК, ППВ-5 рекомендуются для сварки низкоуглеродистых конструкционных сталей, а также низколегированных сталей с содержанием углерода до 0,25 %. Несколько ограничено применение проволоки, содержащей в сердечнике титан и алюминий, так как при сварке этой проволокой сталей с высоким содержанием хрома и кремния наблюдается ухудшение сварочно-технологических свойств и снижение пластичности металла. Нельзя использовать увлажненную проволоку, так как это может привести к появлению пор в металле шва, не допускается сварка металла, покрытого окалиной и ржавчиной. Кроме того, проволока чувствительна к колебаниям рабочего напряжения.

 

Для надежного возбуждения дуги исходный вылет проволоки не должен превышать 30 мм, в процессе сварки вылет проволоки необходимо поддерживать постоянным. При сварке стыковых соединений угол отклонения проволоки от вертикального положения не должен превышать 15°. При выполнении тавровых и нахлесточных соединений необходимо выдерживать указанный угол наклона по направлению сварки, а угол между вертикальной плоскостью (стенкой тавра) и проволокой устанавливается в пределах 30...45°. При многослойной сварке перед наложением каждого последующего слоя рекомендуется тщательно очистить предыдущий слой от шлака. При случайном обрыве дуги или нарушении подачи проволоки дугу следует возбуждать для продолжения сварки на расстоянии 10... 15 мм от места обрыва и после зажигания перенести ее на незаплавленный кратер. Кратер нужно заваривать быстрыми поперечными колебаниями конца порошковой проволоки, затем резко оборвать дугу.

Проволока ПП-АНЗ рекомендуется для сварки в заводских условиях сталей толщиной более 6 мм. Перед сваркой требуется тщательная зачистка свариваемых кромок от грязи, ржавчины, окалины и грата. Сварка выполняется без значительного наклона проволоки. При неудовлетворительном качестве сборки стыковых соединений сварку нужно проводить при увеличенном до 80 мм вылете. За один проход можно наплавлять швы шириной не более 12 мм. При сварке металла толщиной более 8 мм необходимы поперечные колебания конца проволоки. Сварку тавровых соединений, особенно на верхних пределах режима, лучше выполнять "в лодочку".

Проволока ПП-АН7 предназначена для сварки в нижнем положении и на вертикальной плоскости в условиях строительных площадок и открытых цехов. Ее можно использовать для сварки с принудительным формированием шва. Минимальная толщина свариваемого металла 3 мм. В нижнем положении за один проход можно выполнять швы шириной не более 8 мм, на вертикальной плоскости - не более 10 мм. Вертикальные швы рекомендуется выполнять снизу вверх с обязательными колебаниями проволоки, применяя при этом проволоку диаметром 2 мм.

Проволока ПН-АН И применяется для сварки в нижнем, горизонтальном на вертикальной плоскости и в вертикальном положениях шва в заводских условиях и на строительной площадке; допускается для сварки в потолочном положении. Эта проволока рекомендуется для сварки металла толщиной более 3 мм. Она обеспечивает глубокий провар и стойкость металла шва против образования трещин. Сварку вертикальных швов выполняют снизу вверх при толщине металла 3...10 мм, совершая колебательные движения, при этом необходимо соблюдать минимальные рекомендуемые значения напряжения дуги. В нижнем положении за один проход можно получить швы размером не более 8 мм. Потолочные швы должны выполняться на режимах для вертикальной сварки.

Проволоку СП-2 применяют для сварки сталей толщиной более 3 мм в нижнем и наклонном положениях. Сварка стыковых и тавровых соединений осуществляется на себя углом назад. Величина вылета должна составлять 50...60 мм после возбуждения дуги. Возможна сварка по увеличенным зазорам. Для этого вылет проволоки должен составлять 70...80 мм. Однако увеличение вылета может привести к шлаковым включениям, особенно при многослойной сварке. Для предотвращения этого необходимо избегать затекания шлака за дугу, а также задерживать дугу в местах перехода от шва к основному металлу. Допускается сварка по увлажненным кромкам, при этом место сварки следует вначале прогреть сварочной дугой без образования шва. Можно заваривать пористые участки шва без их удаления. Для этого необходимо уменьшить вылет до 35...40 мм и "ниточными" швами проварить дефектные участки на минимальном для данного тока напряжении на дуге, уменьшив напряжение на 1,5...2 В по сравнению с рабочим. Проволока ПП-2ДСК предназначена для сварки в нижнем и горизонтальном на вертикальной плоскости положениях шва. Минимальная толщина свариваемого металла 3 мм. В нижнем положении удовлетворительное формирование шва получается при толщине металла более 6 мм, в горизонтальном - более 10 мм. Проволока чувствительна к образованию пор при сварке на коротком вылете и по загрязненным поверхностям. Сварка должна выполняться с наклоном проволоки углом назад. Вылет перед зажиганием дуги должен составлять 15...20 мм, при выполнении первого слоя стыкового шва в нижнем положении 40... 50 мм. При сварке угловых соединений вылет следует устанавливать в пределах 40...60 мм. Первый слой горизонтального шва на вертикальной плоскости рекомендуется выполнять при вылете 80 мм, последующие - при несколько уменьшенном.

Проволока ППВ-5 применяется для сварки в нижнем, наклонном, вертикальном, горизонтальном на вертикальной плоскости положениях шва. Проволока чувствительна к образованию пор при сварке на вылете менее 40 мм. При сварке швов в нижнем положении с катетом более 10 мм необходимо манипулировать концом проволоки при ее расположении углом назад. Вертикальные швы с катетом до 14 мм рекомендуется выполнять за один проход. При выполнении многослойных швов толщина второго и последующих слоев должна быть не более 4...5 мм.

Режимы сварки рассмотренными порошковыми проволоками отличаются величиной сварочного тока и напряжения дуги (табл. 19).

Механизированная сварка в защитных газах может производиться во всех пространственных положениях шва, из которых наиболее удобным является нижнее. Сварка в нижнем положении производится с наклоном горелки вперед или назад. Предпочтительнее вести сварку углом назад, так как при этом обеспечивается более надежная защита расплавленного металла и лучший внешний вид шва. Горелку рекомендуется наклонять на 5...15° относительно вертикали. При сварке металла толщиной 1...2 мм поперечные колебания горелки не производят. Сварку ведут на максимально возможной длине дуги с максимальной скоростью сварки, при которой обеспечивается хорошее формирование сварного шва и удовлетворительная газовая защита. При сварке стыковых швов на металле большой толщины применяют следующие приемы манипулирования концом электродной проволоки (рис. 100): возвратно-поступательное движение вдоль оси шва (без поперечных колебаний) при сварке однослойных швов, а также при выполнении первого прохода и подварочного шва при сварке многослойных швов (поз. /); по вытянутой спирали при сварке средних слоев многослойных швов (поз. 1Г); змейкой при сварке верхних слоев 80...90с многослойных швов (поз. III). При ширине разделки больше 14... 16 мм последующие слои рекомендуется выполнять в два прохода (поз. IV). Соединения внахлестку сваривают при вертикальном положении электрода и направляют его на срез верхнего листа. При наличии зазора между листами электрод следует наклонять на угол 50...60° к горизонту. Сварка угловых и тавровых соединений выполняется углом назад (рис. 101). Угол между полкой таврового соединения и продольной осью проволоки составляет 45...50°. Швы в катетом 3...4 мм накладываются при возвратно-поступательном движении конца проволоки и вылете 60...80 мм. При выполнении однослойных швов катетом 8... 10 мм электрод перемещают по краю ванны с задержкой в верхней и нижней точках катета. Вылет проволоки при этом 40...50 мм. Многослойные швы заваривают при таком же вылете, перемещая электрод без поперечных колебаний. Швы катетом 16...30 мм нужно выполнять многослойными.


 

Вертикальные швы на тонком металле, как правило, выполняются сверху вниз. При зажигании дуги для получения провара в начале шва электрод располагают перпендикулярно свариваемой поверхности, а затем несколько наклоняют углом назад. Чтобы получить более широкий валик и лучшее проплавление кромок, сварку производят с небольшими поперечными колебаниями электрода. Металл толщиной более 2 мм сваривают снизу вверх, электрод при этом наклоняют углом назад.

Сварка горизонтальных швов по технике выполнения близка к технике сварки вертикальных швов сверху вниз. Для предупреждения стекания металла ванны сварку рекомендуется производить при короткой дуге без поперечных колебаний электрода.

Сваривать швы в потолочном положении гораздо труднее, чем швы других типов. Главным требованием при выполнении сварки в потолочном положении является минимальное напряжение дуги. Электрод располагается углом назад. Рекомендуется увеличивать расход газа, что способствует удержанию расплавленного металла в требуемом пространственном положении. Диаметр электродной проволоки и сила сварочного тока должны быть меньше, чем при сварке в нижнем положении, что обеспечивает уменьшение объема сварочной ванны. Для получения широких швов сварку следует вести с поперечными перемещениями электрода или в несколько проходов. Техника автоматической сварки отличается от техники механизированной тем, что сварщик не участвует в перемещении дуги (сварочного инструмента) вдоль свариваемого соединения. С одной стороны, это исключает влияние на процесс сварки субъективных погрешностей, которые могут возникать из-за недостаточной внимательности или квалификации сварщика, с другой стороны, автоматическая сварка требует более тщательной сборки изделий и более точного позиционирования траектории шва относительно траектории перемещения сварочного инструмента. При автоматической сварке значительно ограничивается возможность манипулирования концом электродной проволоки и, хотя некоторые автоматы снабжают механизмами колебания проволоки, как правило, сварка всех видов соединений производится без этих колебаний.

Автоматическая сварка порошковой проволокой наибольшее распространение получила при выполнении вертикальных и горизонтальных швов с принудительным и полупринудительным формированием на толстолистовых конструкциях. При автоматической сварке с принудительным формированием шва, которое осуществляется так же, как при электрошлаковой сварке, порошковую проволоку подают в зазор, образованный кромками изделий и ограниченный водоохлаждаемыми ползунами. Дуга горит между проволокой и ванной жидкого металла, оплавляя кромки изделия, образуя вместе с металлом жидкую ванну. Ванна, перемещаясь вверх со скоростью, определяемой скоростью расплавления порошковой проволоки, охлаждается перемещающимися вместе с нею медными ползунами, образуя сварное соединение.

Выполнение вертикальных швов с принудительным формированием используется в основном для металла толщиной от 14 до 30 мм при однодуговом процессе. При этом разделка кромок имеет V-образную или Х-образную форму, а в некоторых случаях разделка кромок отсутствует. Для обеспечения равномерного проплавления кромок свариваемых деталей проволоке придают колебательные движения в зазоре стыка в любом направлении вдоль и поперек разделки. В процессе сварки необходимо следить за тем, чтобы уровень сварочной ванны был на 10... 12 мм ниже верхней кромки формирующего ползуна. Техника сварки вертикальных швов с принудительным формированием для порошковых проволок всех марок аналогична. Режим сварки для проволок ПП-АН19 и СП-7 следующий: сила сварочного

тока 430...480 А, напряжение на дуге 28...34 В, вылет электродной проволоки 60...80 мм. Для автоматической сварки порошковой проволокой с принудительным формированием шва предназначены автоматы А-1150У и

А-1381М, используемые преимущественно в монтажных условиях. Ходовой механизм аппарата А-1150У сконструирован таким образом,

что он передвигается непосредственно по кромкам свариваемого изделия, т.е. по разделке завариваемого стыка. Сила номинального сварочного тока аппарата 500 А, скорость подачи электродной проволоки от 60 до 500 м/ч. Автомат А-1381М предназначен для выполнения стыковых швов шаровых резервуаров с толщиной стенки до 30 мм без их вращения при силе тока 450...500 А, при скорости подачи электродной проволоки от 100 до 500 м/ч. Для питания дуги при механизированной и автоматической сварке плавящимся электродом используют сварочные выпрямители и сварочные преобразователи, имеющие жесткую вольтамперную характеристику. Сварка неплавящимся электродом в инертных газах находит исключительно широкое применение при изготовлении сварных конструкций из цветных и легких металлов. Технологические особенности дуговой сварки в защитных газах этих металлов рассмотрены в гл. 9.

Центрально газ подают или одним концентрическим потоком (рис. 82, а), или двумя (рис. 82, б), если используют два различных газа для уменьшения расхода дорогого, но необходимого для качественного формирования шва газа. Сбоку (рис. 82, в) газ в зону сварки подают при больших скоростях сварки, когда при центральной подаче надежность защиты может быть нарушена сопротивлением атмосферного воздуха, который оттесняет струю газа из зоны сварки. Для сварки длинномерных швов крупногабаритных изделий струйную защиту используют в ряде случаев в сочетании с подвижной микрокамерой.

При сварке ответственных деталей из тугоплавких и активных металлов для высоконадежной защиты сварку выполняют в специальных камерах (рис. 83) с общей защитой - сварка в контролируемой атмосфере. Изделие помещают в герметизированную камеру, откачивают из нее воздух до остаточного давления 10~4 мм рт. ст. и заполняют камеру инертным газом высокой чистоты. В таких камерах выполняют автоматическую сварку с дистанционным управлением или ручную сварку через резиновые рукавицы, встроенные в люки камеры. При сварке сложных ответственных узлов применяют "обитаемые" камеры объемом до 350 м3, в которые сварщики входят в скафандрах через шлюзы. В качестве защитного газа могут быть использованы инертные газы (аргон, гелий), не взаимодействующие с расплавленным металлом и не растворяющиеся в нем, и активные газы (углекислый газ, кислород, водород, азот), вступающие во взаимодействие с расплавленным металлом, причем кислород, водород и азот используют лишь для образования различных газовых смесей. Состав защитной среды выбирают с учетом особенностей свариваемого металла, толщины кромок, типа электрода, и требований, предъявляемых к сварным швам. Инертные газы, например, используют при сварке химически активных металлов. Смесь инертных газов с активными позволяет в ряде случаев повысить устойчивость дуги, увеличить глубину проплавления, улучшить внешний вид сварного шва; уменьшить разбрызгивание металла при сварке плавящимся электродом, повысить плотность металла шва, увеличить производительность процесса сварки.

Сваривать в защитных газах можно плавящимся и неплавящимся электродом (рис. 84). При сварке плавящимся электродом дуга горит между изделием и электродной проволокой, которая непрерывно подается в зону сварки через сопло горелки. Расплавленные основной и электродный металлы смешиваются, образуя сварной шов. При сварке неплавящимся электродом применяют вольфрамовый, реже угольный электрод. Дуга, которая горит между неплавящимся электродом и свариваемой деталью, расплавляет основной металл, а электрод, имеющий высокую температуру плавления (выше 3400 °С), медленно испаряется и лишь частично оплавляется. Сварку неплавящимся электродом можно производить без присадки или с присадкой, дугой прямого или косвенного действия либо комбинированной трехфазной дугой. При сварке дугой косвенного действия дуга горит между двумя неплавящимися электродами. Изделие не включено в силовую сварочную электрическую цепь. При сварке трехфазной дугой одна из фаз источника трехфазного тока подключена к свариваемой детали, а две другие - к двум неплавящимся электродам. В зоне сварки при этом поочередно горят три дуги: две прямого действия между электродами и деталью и дуга косвенного действия между электродами. Это повышает устойчивость дуги и концентрирует тепловую энергию, позволяя увеличить проплавляющую способность дуги. Присадочная проволока, используемая при сварке неплавящимся электродом, тоже не является элементом цепи сварочного тока в отличие от электродной проволоки при сварке плавящимся электродом.

Рельефная и шовная сварка

Подробности

ТЕХНИКА ВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА РЕЛЬЕФНОЙ СВАРКИ

Рельефную сварку заготовок можно выполнять как по нормальному способу, сходному со способом точечной сварки, так и по способу А. С. Овчинникова (ЦНИИТМАШ) с горячей опрессовкой деталей. При нормальном способе рельефной сварки заготовки, помещенные между контактными плитами машины, сжимаются, через них пропускается электрический ток. После сварки заготовки освобождаются. Включение и выключение тока, так же как и при точечной сварке, осуществляется под давлением. По методу А. С. Овчинникова ток пропускается через заготовки дважды. При первом включении величина тока берется незначительной, а продолжительность пропускания небольшой. Первый импульс тока необходим для предварительного нагрева и опрессовки выступов до их полного соприкасания с поверхностью, к которой приваривают эти выступы. Через небольшой промежуток времени (0,5-1 сек.) включается нормальный сварочный ток и заготовки свариваются, как и при первом способе. Чтобы во время горячей опрессовки выступы полностью не расплющивались, первоначальный импульс тока подается при более низкой ступени включения трансформатора. Для этого машина должна иметь два последовательно срабатывающих выключающих устройства, которые пропускают ток вначале через большее, а затем через меньшее число витков первичной обмотки трансформатора. Рельефная сварка обычно производится на машинах с электромоторным или пневматическим механизмом сжатия.

СОЕДИНЕНИЯ ПРИ РЕЛЬЕФНОЙ СВАРКЕ

Рельефной сваркой можно соединять заготовки из листового материала, листового и профильного, заготовки из листового материала с поковками и стержнями, а также изготовлять каркасы из стержней. На качество рельефной сварки существенное влияние оказывает точность изготовления заготовок. Заготовки должны иметь правильную поверхность и точные размеры. Этим обеспечивается плотное прилегание заготовок, необходимое при рельефной сварке, и точность изготовляемых деталей. Особое внимание следует уделять выступам или рельефам, которые обычно выштамповываются на заготовках из листового материала. Размеры, форма и размещение выступов на заготовках зависят от конструкции деталей. При сварке заготовок различной формы выступы можно выштамповывать на одной из заготовок. При сварке заготовок одинаковой формы выступы выштамповываются на обеих заготовках. Профиль выступа: при материале толщиной до 2,5 мм(а); при материале толщиной более 2,5 мм(б). Форма выступов зависит, главным образом, от размеров участков, их размещения и может быть овальной или круглой. Овальная форма выступов применяется на узких отбортовках. В остальных случаях применяются выступы круглой формы, так как выступы овальной формы могут быть преждевременно раздавлены. Размещение выступов и их формы представлены на фиг. 174, а, б. Профиль и размеры выступов устанавливаются, исходя из толщины заготовок. При толщине заготовки до 2,5 мм круглые выступы выштамповываются пуансоном в форме усеченного конуса, а при большей толщине - сферической формы. Матрица в том и другом случае имеет сферическую форму. Профиль выступов представлен на фиг. 175 а, б. Диаметр выступа у основания берется в пределах 3-5 мм, высота 0,75-1,24 мм-Расстояние между осями выступов берется не менее 2,3-2,5 диаметра выступа. Расстояние от края заготовки не менее 2,5 диаметра выступа. При меньшем расстоянии возможно боковое смещение выступа.

ТЕХНОЛОГИЯ РЕЛЬЕФНОЙ СВАРКИ

Рельефной сваркой рекомендуется соединять мягкую холоднокатаную сталь, так как на других сталях трудно получить необходимую точность выступов. Рельефную сварку можно выполнять как на точечных машинах с вертикальным ходом типа МТП, так и сварочных прессах типа МРП. Мощность машины при рельефной сварке необходимо брать в пределах 25-50 ква на один выступ. Давление на контактных плитах определяется в зависимости от толщины и выбирается по табл. ИЗ. Для получения более устойчивых (результатов рельефной сварки давление после выключения тока необходимо повышать в 1,5-2 раза. Заготовки при рельефной сварке для достижения хорошего провара всех выступов необходимо тщательно очищать от всех загрязнений. Оснастка контактных плит фиксирующими приспособлениями при рельефной сварке способствует точной установке заготовок и предупреждает их сдвиг при сварке. ТЕХНИКА

ВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА ШОВНОЙ СВАРКИ

Процесс шовной сварки во многом сходен с процессом точечной сварки. Как и при точечной сварке, первый период шовной сварки - сжатие заготовок, необходимое для получения хорошего контакта между роликами и заготовками, а также между поверхностями заготовок в месте их соединения. Это сжатие поддерживается постоянным в течение всего периода шовной сварки, так как оно обеспечивает соединение нагретых при прохождении тока поверхностей заготовок. Одновременно с созданием давления необходимо начать перемещение заготовок и включить сварочный ток. С этой целью мотор привода роликов включают до опускания верхнего ролика. Техника ведения процесса шовной сварки Чтобы заготовки не перемещались длительно без тока, давление при шовной сварке должно нарастать достаточно быстро, причем механизм давления должен быть сблокирован с выключателем трансформатора. В процессе шовной сварки заготовки должны перемещаться равномерно, так как неравномерное перемещение или остановка заготовок ухудшает качество сварки. При окончании сварки необходимо выключить ток, после чего снять давление. Снятие давления при включенном токе, так же как и включение тока при недостаточном давлении, может привести к прожогам в конце и начале сварки. При прожогах происходит загрязнение поверхности роликов, в результате чего появляются прожоги на других участках шва. Техника шовной сварки зависит от устройства машины и сходна с точечной сваркой. При работе на машинах с педальным механизмом давления рабочий, после включения мотора привода роликов, устанавливает собранную деталь между роликами машины и ногой опускает педаль до упора. При опускании педали происходит перемещение верхнего ролика до соприкосновения его с заготовкой. В дальнейшем сжимается главная пружина, Деталь начинает перемещаться и почти одновременно замыкаются контакты, через которые подается ток в первичную обмотку трансформатора. В течение всего периода сварки педаль должна оставаться в нижнем положении. В конце сварки нога снимается с педали и механизм сжатия и выключения тока возвратной пружиной приводится в исходное положение. Машины с педальным механизмом давления применяют, главным образом, для сварки низкоуглеродистой стали при суммарной толщине в месте сварки не более 2 мм. Так как при шовной сварке на машинах этого типа приходится удерживать педаль в нижнем положении сравнительно долгое время, необходимо регулированием тяги добиваться того, чтобы выламывающиеся рычаги механизма сжатия занимали нейтральное положение. При такой настройке для удержания педали в нижнем положении требуется сравнительно небольшое усилие. Техника ведения сварки «а машинах с электромоторным механизмом сжатия и педальным управлением (машины типа МШМ-25, МШМ-50) подобна технике сварки на шовных машинах с педальным механизмом давления. Различие заключается в том, что педаль здесь служит только для управления муфтами сцепления. При сварке на таких машинах необходимо нажать на педаль в начале процесса и держать ногу на педали до конца сварки шва. При нажиме на педаль опускается верхний ролик и включается ток. При опускании педали выключается ток и верхний ролик поднимается. Пневматические машины типа МШП управляются с помощью дистанционной педали, представляющей собой электрическую кнопку. При нажатии на педаль включается электромагнитный клапан, который производит подачу воздуха в цилиндр машины. Поршень цилиндра движется вниз и вместе с ним начинает опускаться верхний ролик до соприкосновения с заготовкой, при этом давление в цилиндре быстро возрастает. Деталь перемещается роликами, а реле включает ток в первичную обмотку трансформатора. В конце сварки педаль опускают, воздух из цилиндра выпускается, что приводит к выключению тока, а затем к подъему верхнего ролика. Если педаль (в соответствии со схемой машины) устроена в виде импульсной кнопки, то производится кратковременное нажатие на нее в начале и конце сварки шва. При работе на шовных машинах, оснащенных прерывателями, их включение необходимо производить перед началом сварки.

СОЕДИНЕНИЯ ПРИ ШОВНОЙ СВАРКЕ

При разработке соединений узлов и деталей, подлежащих выполнению с помощью шовной сварки, необходимо учитывать их конфигурацию, толщину заготовок в месте сварки и материал. С увеличением толщины заготовок необходимо увеличивать мощность оборудования и давление на ролики. Большая мощность оборудования и быстрый износ роликов приводят к низким технико-экономическим показателям при шовной сварке заготовок большой толщины. В этом случае наиболее целесообразен способ автоматической электродуговой сварки под слоем флюса или в среде защитного газа (аргона и др.). На основании выше изложенного шовная сварка низко углеродистой стали в промышленности ограничивается обычно толщиной 2+2 мм, а нержавеющей стали, латуни, бронзы и алюминиевых сплавов толщиной 1,5 + 1,5 мм.. Тип соединения и конструктивное оформление узла, выполняемого шовной сваркой, выбираются исходя из условий работы детали. При изготовлении сосудов, не испытывающих внутреннего давления, удобно соединение с отбортовкой. Представлено соединение с отогнутой после сварки отбортовкой. Такой тип соединения применяется для продольных швов длинных цилиндрических деталей (сосудов, кожухов, воздуховодов вентиляционных установок и др.)» нагруженных небольшим наружным или внутренним давлением.. Соединение с отбортовкой удобно, так как во время сварки деталь не вводится в сварочный контур машины и сила сварочного тока не зависит от положения детали. Ширина отбортовки берется от 12 до 18 мм при толщине материала до 2 мм. При меньшей ширине отбортовка может быть расплющена во время сварки, что приведет к снижению прочности соединения. Широкое применение при шовной сварке находит соединение внахлестку, обеспечивающее высокую прочность. Пример условного обозначения на чертежах швов, выполненных роликовой сваркой: а - обозначение на чертеже при виде сверху; б - обозначение на чертеже в разрезе. и плотность участков сварки. Величина нахлестки берется равной 10-18 мм и зависит от толщины детали. Соединения, представленные на фиг. 176, г, д, не обеспечивают достаточной прочности и применяются редко. Соединение, представленное на фиг. 176, е, применяют в случае, если поверхность детали подвергается последующему никелированию или хромированию. На участках пересечения швов при шовной сварке тонкого материала удовлетворительная прочность получается при наличии в первичной цепи прерывателя. При сварке без прерывателя в таких местах появляются прожоги. При изготовлении цилиндрических сосудов с выпуклым и вогнутым или вогнутым днищами в местах пересечения продольного шва с кольцевыми (фиг. 177, а) пакет состоит из трех листов. В таких местах на участке А могут получаться ожоги, а на участке В непровары. На этом участке требуется электродуговая или газовая подварка. Удобно сваривать на шовных машинах изделия, состоящие из двух штампованных половинок с отбортовкой (фиг. 177, в). Условное обозначение на чертежах швов, выполненных шовной сваркой, дано на фиг. 178 (по ГОСТ 5263-58). ТЕХНОЛОГИЯ ШОВНОЙ СВАРКИ Технология шовной сварки включает оснастку машины, очистку и сборку заготовок, порядок и режимы сварки. Оснастка машины выбирается в зависимости от конструкции детали, ее назначения и материала. При сварке ответственных деталей из низкоуглеродистой стали, а также деталей из нержавеющей стали и цветного металла машина оснащается прерывателем. Форма контактной поверхности роликов при сварке стали берется цилиндрической, шириной от 3 до 10 мм, а при сварке цветных металлов чаще сферической. В некоторых случаях при сварке цветных металлов контактная поверхность одного ролика делается сферической, у второго ролика контактная поверхность делается уширенной цилиндрической. При шовной сварке требуется тщательная очистка поверхностей заготовок как в месте сварки, так и в местах токоподвода. Сборка деталей под шовную сварку осуществляется с применением точечной сварки. Использование шовных машин для этих целей не рекомендуется, так как это приводит к неравномерному износу роликов, что приведет к браку при шовной сварке. При сборке под шовную сварку необходимо тщательно следить за плотным прилеганием поверхностей заготовок. Зазоры не должны превышать 0,1-0,5 мм. Меньшая величина зазора принимается при сварке более толстого материала. Порядок сварки отдельных швов детали выбирается в зависимости от ее конструкции. При этом первыми должны свариваться швы или участки швов, доступ к которым впоследствии закрывается при установке других заготовок. Примером этого может служить шовная сварка цилиндрических сосудов со сферическими или плоскими днищами. У таких сосудов вначале сваривается продольный шов, затем кольцевой шов выпуклого днища, и, наконец, кольцевой шов вогнутого днища. Порядок сварки швов цилиндрических сосудов с выпуклым и вогнутым днищами: 1 - первый шов; 2 - второй шов; 3 - третий шов. При сварке продольных швов сосудов с нахлесточным соединением, а также при продольной сварке листов их приходится вводить в контур машины. Если деталь или листы сделаны из немагнитного материала (нержавеющая сталь, цветные металлы или их сплавы), это не отражается на процессе сварки. Введение же в контур машины магнитных материалов приводит к увеличению индуктивного сопротивления и соответственно к снижению сварочного тока, что может вызвать непровар. Для предупреждения непровара длинные швы рекомендуется разбивать на два и более участка. При разбивке на два участка продольный шов сваривается от средины к концам или от концов к средине. Если шов разбит на большее число участков, участки, одинаково расположенные, выделяются в отдельные группы, сварка которых производится на разных ступенях включения трансформа-. Технология контактной сварки Сварка кольцевых швов и сварка швов с отбортовкой осуществляется с одной установки детали. При сварке без прерывателя режим шовной сварки определяется шириной контактной поверхности ролика, давлением, силой тока, скоростью сварки. Шовная сварка без прерывателя применяется до толщины 1+1 мм для деталей из низкоуглеродистой стали (табл. 114). Режимы шовной сварки низкоуглеродистой стали без прерывателя Толщина заготовки в ммШирина роликов в мм. Давление в кг. Скорость сварки в м/мин

Сварка без прерывателя требует особо тщательной очистки поверхности заготовок. Даже отдельные небольшие загрязнения вызывают прожоги и приводят к браку. Сварка с прерывателем дает более стабильное качество швов. При этом режим шовной сварки определяется, кроме перечисленных в случае сварки без прерывателя величин, еще временем включения и выключения тока и количеством прерываний тока в секунду или на 1 м шва. При этом приеме сварки шов состоит из отдельных перекрывающих друг друга точек. Время включения и выключения тока в сумме дает цикл сварки. Длительность одного цикла может быть определена по уравнению. Отношение времени включения тока для одной точки к времени всего цикла берется в пределах от 0f5 до 0,8 при сварке низкоуглеродистой стали; от 0,4 до 0,5 при сварке нержавеющей стали и от 0,15 до 0, 35 при сварке алюминиевых сплавов. Шаг точек берется в пределах от 2 до 5 мм а скорость сварки от 0,5 Технология контактной сварки ни я хорошего качества сварки является применение ламповых прерывателей, которые позволяют точно устанавливать время включения и выключения тока. Режимы шовной сварки нержавеющей стали приведены в табл. 116. Если режим выбран правильно, соединение получается доста¬точно прочным и плотным. При шовной сварке ненагартованной. Приспособление для очистки и калибровки роликов: / - ролик; 2 - резец; 3 - калибрующий ролик. нержавеющей стали прочность соединения равна прочности основного металла. При сварке нагартованной стали прочность соединения составляет в среднем 90% прочности основного металла. Сплавы алюминия достаточно надежно свариваются лишь на шовных машинах с ламповыми прерывателями. При этом необходимо тщательно следить как за чистотой поверхностей заготовок, так и за чистотой контактной поверхности роликов. Режимы сварки алюминиевых сплавов приведены в табл. 117. Таблица 117 Режимы шовной сварки алюминиевых сплавов с применением ламповых прерывателей Толщина заготовок в мм Ширина контактной поверхности роликов в мм Давление в кг.Время включения тока в сек. Время включения тока в сек. Для получения хорошего качества швов при сварке на шовных машинах необходимо, чтобы ширина роликов соответствовала требуемой. Это достигается наличием на рабочем месте запасных комплектов роликов или специальным приспособлением для калибрования и зачистки роликов (фиг. 180). Зачистка контактной поверхности ролика производится резцом 2, а калибрование специальным калибрующим роликом 3. Такое приспособление устанавливается в зависимости от конструкции и размеров свариваемой детали или у одного, или у обоих роликов шовной машины. Давление во время шовной сварки деталей должно сохраняться постоянным. Если сварка осуществляется на машинах, у которых давление создается через пружину, необходимо добиваться постоянного расстояния между роликами, контролируя его шаблоном, и при износе роликов регулировать расстояние так, чтобы степень сжатия пружины не изменялась. У машин, которые снабжены для создания давления пневматическими цилиндрами двойного действия, давление должно устанавливаться и контролироваться по манометру. При этом давление воздуха в сети должно быть постоянным. В процессе работы на пневматических машинах, снабженных цилиндром одинарного действия (подъем верхнего ролика производится пружиной), необходимо добиваться того, чтобы расстояние между роликами было постоянным. При выборе режимов и наладке шовной сварки может быть рекомендована следующая последовательность работ: 1) 2) 3) 4) проверяется исправность отдельных узлов и механизмов машины (трансформатора, механизма давления и привода роликов) ; на машине устанавливаются ролики, рекомендуемые для данного материала и толщины; с помощью сменных шестерен или вариатора скоростей устанавливается скорость сварки; пружиной или редуктором (у пневматических машин) устанавливается рекомендуемое давление; пр 6) в первичную цепь машины включают амперметр и, производя опытные сварки с помощью переключения ступеней, устанавливают силу тока; сварочный ток при этом определяется умножением первичного тока на коэффициент трансформации трансформатора машины; после подбора тока осуществляется опытная сварка деталей с проверкой качества сварки. Прочность сварного соединения контролируется по образцам, испытанным на разрывной машине. Контроль плотности может быть выполнен керосиновой пробой.

Резка металлов

Подробности

Резкой металлов называют отделение частей (заготовок) от сортового, листового или литого металла. Различают механическую (ножницами, пилами, резцами), ударную (рубка) и термическую резку. Термической резкой называют обработку металла (вырезку заготовок, строжку, создание отверстий) посредством нагрева. Паз, образующийся между частями металла в результате резки, называют резом. По форме и характеру реза может быть разделительная и поверхностная резка, по шероховатости поверхности реза - заготовительная и чистовая. Термическая резка отличается от других видов высокой производительностью при относительно малых затратах энергии и возможностью получения заготовок любого, сколь угодно сложного, контура при большой толщине металла. Можно выделить три группы процессов термической резки: окислением, плавлением и плавлением-окислением. При резке окисление м металл в зоне резки нагревают до температуры его воспламенения в кислороде, затем сжигают его в струе кислорода, используя образующуюся теплоту для подогрева следующих участков металла. Продукты сгорания выдувают из реза струей кислорода и газов, образующихся при горении металла. К резке окислением относятся газопламенная (кислородная) и кислородно-флюсовая резка. При резке плавлением металл в месте резки нагревают мощным концентрированным источником тепла выше температуры его плавления и выдувают расплавленный металл из реза с помощью силы давления дуговой плазмы,, реакции паров металла, электродинамических и других сил, возникающих при действии источника тепла, либо специальной струей газа. К способам этой группы относятся дуговая, воздушно-дуговая, сжатой дугой (плазменная), лазерная и термогазоструйная резка. При резке плавлением-окислением применяют одновременно оба процесса, на которых основаны две предыдущие группы способов резки. К способам этой группы относятся кислородно-дуговая, кислородно-плазменная, кислородно-лазерная резка.

РЕЗКА ОКИСЛЕНИЕМ

Окислением можно резать только металлы, температура воспламенения которых в кислороде ниже температуры их плавления. Это первое условие. Такой металл горит в твердом состоянии, рез получается ровным по ширине, поверхность его гладкая, продукты горения легко удаляются кислородной струей. Второе условие - температура плавления образующихся при горении окислов должна быть ниже температуры плавления разрезаемого металла. Тогда они при температуре резки жидкотекучи и легко удаляются из реза. И третье условие - разрезаемый металл должен иметь небольшую теплопроводность, чтобы легко было нагреть зону резки до температуры воспламенения.

Всем этим условиям удовлетворяют железо и углеродистые стали. Температура горения железа в кислороде 1050... 1360 °С, температура его плавления 1535 °С. Окислы FeO и Fe304 плавятся при температурах 1350 и 1400 °С. Теплопроводность железа по сравнению с другими конструкционными материалами не велика. Для сравнения рассмотрим, каким условиям, необходимым для возможности резки окислением, удовлетворяет алюминий. Его температура воспламенения в кислороде 900 °С, а плавления - 660 °С, следовательно, гореть он будет только в жидком состоянии, получить стабильную форму реза невозможно. Алюминий образует окисел А1203 с температурой плавления 2050 °С - в три с лишним раза больше, чем у самого алюминия. Такой окисел будет при резке твердым, удалить его трудно. И, наконец, большая теплопроводность алюминия потребует для резки большой концентрации мощности, теплоты от его горения будет недостаточно. Поэтому алюминий резать окислением невозможно. Некоторые легирующие сталь металлы тоже образуют оксиды с высокой температурой плавления, например оксиды хрома плавятся при температуре около 2270 °С, никеля - 1985 °С, меди - 1230 °С. Поэтому высоколегированные хромоникелевые стали резке окислением не поддаются. Способность материала подвергаться кислородной резке называют разрезаемостъю. Разрезаемость углеродистых сталей с увеличением содержания в них углерода ухудшается. Легирующие элементы в стали также препятствуют кислородной резке. Разрезаемость стали можно ориентировочно определить, зная ее химический состав по эквиваленту углерода, так же как определяют свариваемость (см. гл. 1):

Сэ = С + 0,16Мп + 0,3(Si + Mo) + 0,4Cr +0,2V +0,04(Ni +Cu),

где складываются процентные содержания в стали этих элементов, умноженные на приведенные в формуле коэффициенты.

Если Сэ < 0,6, сталь обладает хорошей разрезаемостью, если Сэ = 0,6...0,8 - удовлетворительной, но зимой нужен подогрев зоны реза до температуры 150 °С. При Сэ = 0,8... 1,1 разрезаемость плохая, возможно образование на кромках реза закалочных структур, перед резкой необходим подогрев до температуры 300 °С. Если Сэ > 1,1 резка окислением без применения флюсов невозможна.

Оборудование для кислородной резки При кислородной резке используют те же газы, что и при газопламенной сварке. Поэтому газовое оборудование (редукторы, баллоны) применяют такие же (см. гл. 2). Исключение составляют горелки для резки, которые называют резаками. Кроме того, поскольку процесс кислородной резки легче поддается механизации, чем газопламенная сварка, для резки создан ряд специализированных установок.

Резаки служат для образования подогревающего пламени и подачи в зону резки кислорода. Различают резаки для разделительной и поверхностной, для ручной, машинной и специальной резки, резаки ацетиленовые, для газов - заменителей ацетилена, для жидких горючих.

По принципу действия резаки делятся на инжекторные и равного давления, по величине давления кислорода - низкого и высокого давления. Распространены универсальные инжекторные резаки "Факел", "Маяк-1" (рис. 148), "Ракета-1". Такой резак имеет каналы 1 и 2 для подвода кислорода и ацетилена, смонтированные в рукоятке 5, соединенной с корпусом 4, в котором расположен инжектор 5. Часть кислорода вентилем б направляется в инжектор 5 и засасывает ацетилен, подаваемый через вентиль 7. В смесительной камере 8 образуется смесь газов, которая по трубке 9 подается в наружную часть 10 мундштука и, выходя из него через кольцевую щель вокруг внутренней части мундштука, сгорает, образуя подогревающее пламя. Обе части мундштука ввинчены в головку 12. Смесительная камера 8 с трубкой 9 крепится к корпусу 4 накидной гайкой 15.

После разогрева зоны реза открывают вентиль 13 режущего кислорода, который по трубке 14 поступает во внутреннюю часть 11 мундштука, имеющую центральное отверстие, которое образует струю режущего кислорода. Ниппели на концах трубок, образующих каналы 1 и 2, имеют разные резьбы для соединения резака со шлангами, по которым подаются газы: для кислорода - правую и для ацетилена - левую резьбу. Резаки снабжаются сменными мундштуками, обеспечивающими различную мощность пламени и расход режущего кислорода. Выбирают их в зависимости от толщины разрезаемого металла и различают по номерам: 0, 1, 2, 3, 4, 5 и 6 - в порядке возрастания мощности пламени. Мундштуки могут быть щелевыми, дающими кольцевое пламя, и многосопловыми (рис. 149). И в тех и в других режущий кислород проходит по центральному каналу. Многосопловые мундштуки сложнее в изготовлении и менее надежны в эксплуатации: засорение отверстий сопл легко приводит к хлопкам и обратным ударам пламени. Поэтому щелевые мундштуки применяют чаще. Резаки для разделительной резки могут быть малой мощности для резки стали толщиной от 3 до 100 мм, средней - до 200 мм и большой мощности, режущие сталь толщиной до 300 мм. Резаки большой мощности работают только на газах - заменителях ацетилена. Резаки малой и средней мощности могут быть вставными - резательный наконечник присоединяется к стволу соответствующей по мощности сварочной горелки. Примерами таких резаков являются РГС-70, РГМ-70, РВ-1Д-02, РВ-2Д-02. Они удобны при работе в монтажных условиях, когда сварщику приходится часто переключаться со сварки на резку. Для резки стали толщиной до 1000...1500 мм выпускают специальные резаки, работающие на пониженных давлениях кислорода (0,2...0,4 МПа), например РЗМ-2, РЗМ-З, РЗМ-5 и РМ-1000. Их кислородные каналы имеют увеличенную длину и внутренние диаметры. Для поверхностной резки предназначены резаки типа РПК-2-72 и РПА-2-72. Ими можно удалять местные дефекты с поверхности литых деталей. Они снабжены рычагом для пуска режущего кислорода. Проходные сечения и диаметры выходных каналов в этих резаках увеличены, чтобы получать широкую и мягкую струю режущего кислорода (рис. 150). К специальным резакам относят керосинорезы, в которых для подогревающего пламени используют керосин, бензин или их смеси. Они снабжены трубкой-испарителем, которая подогревается отдельным пламенем от вспомогательного мундштука. Пример керосинореза - резак РК-02. Конструкция резака для резки так называемым смыв-процессом предусматривает образование трех струй режущего кислорода. Основная струя разрезает металл, а следующие за ней вспомогательные струи как бы смывают еще горячие бороздки на поверхности кромок реза, шлифуют поверхность реза, повышая ее качество. Трехструйный резак повышает производительность резки в 1,5...2 раза, но увеличивает расход кислорода.


Для механизированной резки выпускают специальные машинные резаки. По принципу действия они не отличаются от ручных. Их конструкция предусматривает удобство установки их на газорезательных машинах. При работе с резаками надо соблюдать правила обращения с ними. Перед началом работы надо проверить герметичность всех соединений, подтянуть накидные гайки. Уплотнения вентилей должны быть смазаны глицерином или специальной смазкой. Чтобы зажечь пламя резака, надо на 1...4 оборота открыть вентиль кислорода для подогревающего пламени, что создает разрежение в газовых каналах. Затем открывают вентиль горючего газа и зажигают смесь. Подогревающее пламя регулируют кислородным и газовым вентилем. Металл нагревают до соломенного цвета, открывают вентиль режущего кислорода и производят резку. Если нужно погасить пламя, то сначала закрывают вентиль горючего газа, а затем - кислорода. При перегреве наконечника резака его охлаждают водой, закрыв предварительно вентиль горючего газа, но оставив открытым вентиль кислорода. При засорении мундштук прочищают медной или алюминиевой иглой. Для повышения производительности резки ручными резаками нужно применять приспособления, облегчающие процесс резки (рис. 151). Машины для кислородной резки согласно ГОСТ5614—80 делят на стационарные и переносные. Переносная машина - это самоходная тележка с электрическим, пружинным или пневматическим приводом, на которой установлен инжекторный резак и механизмы его настройки в положение для резки. Машина может быть снабжена несколькими резаками. Она устанавливается на разрезаемую заготовку (лист, трубу, профиль) и перемещается по ней в процессе резки по разметке или по копиру. Примеры переносных машин: МПГ-2 для резки стальных листов толщиной 5... 160 мм со скоростью 0,9... 16 м/мин, ПГФ-2-67 для вырезки фланцев и дисков диаметром 50...450 мм из стальных листов толщиной 5...60 мм со скоростью 0,1...0,9 м/мин. Стационарные машины в зависимости от их конструкции делятся на портальные (П), портально-консольные (Пк) и шарнирные (Ш). По системам копирования различают машины с цифровым программным (Ц), фотокопировальным (Ф), магнитным (М) и линейным (J1) - для прямолинейной резки - управлением. По способу резки машины обозначают: для кислородной (К), для плазменно-дуговой (Пл) и газолазерной (Гл) резки. Цифры после букв обозначают наибольшую ширину обрабатываемого листа, скорость резки. Из этих букв и цифр составляется обозначение модели машины. Например, ПКФ 25-2 означает, что это стационарная портальная машина для кислородной резки с фотокопировальным управлением с шириной обработки 25 м и скоростью резки 2,0 м/мин. Однако многие машины старых конструкций имеют другие обозначения, а также специальные названия. Портальные машины (рис. 152, а) имеют портал 1, установленный роликами 2 на направляющих рельсах 3, смонтированных на опорах 4. Ролики 2 соединены с электромеханическим приводом, портал может перемещаться вдоль рельсов 3. На портале установлена каретка 5 поперечного хода с приводом поперечного перемещения. На каретке закреплен резак б, перемещающийся при движениях портала и каретки над раскройным столом 7 с уложенным на нем разрезаемым листом. Портальные машины обеспечивают ширину обработки более 12 м. Они снабжаются цифровыми программными или фотокопировальными (с чертежа) управляющими системами. Портально-консольные машины (рис. 152, б) предназначаются для вырезки фигурных деталей. На портале 7 этих машин располагается ведущий механизм 2, который перемещается по копирует. Перемещает весь портал 1 по рельсам 4 вдоль оси установки и в опорах 5 поперек этой оси. При этом перемещается суппорт б, расположенный на консоли портала. Резак 7 вырезает в листе 8 заготовку, соответствующую контуру копира 3. Система управления этих машин может быть фотоэлектронной по копир-чертежам, электромагнитной, при которой на ведущем механизме устанавливают электромагнит с копирующим пальцем, а копир делают из стали, и цифровой программной. В последнем случае копир не нужен. Пример такой машины - ПкК-2-4Ф-2. Она снабжена четырьмя резаками и обеспечивает резку с фотокопированием со скоростью 0,05... 1,6 м/мин. Шарнирные машины (рис. 152, в) монтируются на колонне 1 и имеют шарнирную раму 2, на которой сверху закреплен стальной копирный ролик с электромагнитом и приводом вращения 5, а снизу резак 4. Оси копирного ролика и резака совпадают. На верху колонны установлена консоль с закрепленным на ней стальным копиром 5. Копирный ролик притягивается к копиру и, обкатываясь по его контуру, перемещает резак 4, который вырезает в обрабатываемом листе б заготовку, соответствующего контуру копира 5. Пример шарнирной машины - АСШ "Огонек". Она предназначена для вырезки деталей габаритами до 1000 х 1000 мм толщиной до 100 мм со скоростью 0,1... 1,6 м/мин. Может работать одновременно тремя резаками. Технология кислородной резки К параметрам режима кислородной резки относятся мощность пламени, давление режущего кислорода и скорость резки. Мощность пламени характеризуется расходом горючего газа в единицу времени и зависит от толщины разрезаемого металла. Мощность выбирают такой, чтобы обеспечить быстрый подогрев металла в начале резки до температуры воспламенения и необходимый нагрев при резке. Для ручной резки мощность берут в 1,5...2 раза больше, чем при машинной. При резке литья ее повышают в 3...4 раза, так как поверхность отливок покрыта песком и пригаром. Для резки стали толщиной до 300 мм применяют нормальное пламя, для большей толщины науглераживающее, с избытком ацетилена. Длина факела такого пламени должна быть больше толщины разрезаемого металла. Давление режущего кислорода зависит от толщины металла, от формы режущего сопла и от чистоты кислорода. При толщине 5...20 мм давление может составлять 0,3...0,4 МПа, при 60...100 мм - 0,7...0,9 МПа. Избыток давления, так же как и его недостаток, уменьшает производительность резки и ухудшает качество поверхности реза. Скорость резки должна соответствовать скорости окисления металла по толщине разрезаемого листа. При замедленной скорости будут оплавляться верхние кромки разрезаемого листа и поток искр из реза будет вытекать с обратной стороны реза в направлении резки. Если скорость слишком большая, то пучок искр будет слабым и сильно отклонится в сторону, обратную направлению резки. Линия реза будет отклоняться от вертикали, отставать, возможно непрорезание металла. При нормальной скорости поток искр должен быть спокойным и почти параллельным струе режущего кислорода, он лишь немного отклоняется против направления резки. Уменьшение чистоты кислорода на 1 % снижает скорость резки на 20 %. Поэтому нужно применять для резки кислород чистотой не менее 93,5 %. При резке нужно поддерживать постоянное расстояние между мундштуком и поверхностью разрезаемого металла. Оно влияет на качество реза и зависит от толщины металла: при толщине 3...10 мм это расстояние лучше устанавливать 2...3 мм, при толщине 100...300 мм 7... 10 мм. Перед началом резки нужно подготовить разрезаемый лист. Он должен быть уложен на подкладки так, чтобы зазор между его нижней поверхностью и полом был не менее 100 мм плюс половина толщины разрезаемого металла. Обычно резку производят в нижнем положении. Однако в монтажных условиях пространственное положение реза может быть различным, на качество реза оно влияет незначительно. Поверхность листа в месте реза должна быть зачищена. При ручной резке очищают пламенем резака полосу шириной 30...50 мм. Перед резкой на стационарных машинах листы сначала правят на листоправильных вальцах, а затем очищают всю поверхность химически или механически (например, дробеструят). Процесс резки начинают с нагрева металла в начале реза до температуры воспламенения его в кислороде, затем пускают режущий кислород и, убедившись, что началось окисление металла по всей толщине, перемещают резак по линии реза. Если режут сталь толщиной до 50 мм, резак в начале реза устанавливают вертикально. При большей толщине его вначале отклоняют от плоскости торца листа на 5°, а после начала резки увеличивают этот угол до 20...30°. от вертикали, наклоняя резак в сторону, противоположную направлению реза. Сложнее начать резку не с края, а с середины листа. В этом случае в начале реза должно быть отверстие. При резке металла толщиной до 20 мм отверстие пробивают резаком. Для этого нагревают участок в начале реза так же, как и при резке с края листа. Затем, плавно открывая вентиль, пускают режущий кислород и закрывают подачу ацетилена - гасят подогревающее пламя. После того как отверстие образовалось, вновь пускают ацетилен, пламя загорается от раскаленного металла. Этот прием предохраняет от хлопков пламени и обратного удара. При толщине металла более 50 мм отверстие диаметром 5... 10 мм высверливают. При машинной резке возможна пробивка отверстий резаком при толщине до 100 мм. В этом случае при подаче режущего кислорода начинают перемещения резака по вырезанному контуру - на мундштук движущегося резака не попадают брызги металла - уменьшается вероятность его засорения и возникновения обратных ударов. Пробивать отверстие желательно на участке листа, идущем после резки в отходы.


Кислородной резкой обрабатывают листы толщиной не менее 3 мм. При меньшей толщине сгораемого в зоне реза металла не достаточно для выделения нужного количества теплоты. Поэтому, если необходимо в условиях серийного производства резать тонкие листы, применяют пакетную резку (см. рис. 151, г). Несколько листов укладывают друг на друга в пакет и сжимают струбцинами или придавливают сверху толстым листом. Затем производят резку пакета как одного толстого листа. Листы при сборке пакета лучше укладывать со смещением торцов так, чтобы верхний лист выступал, а нижние листы были сдвинуты относительно него на угол 3...50. Это облегчает начало резки. Кислородной резкой можно делать V- или Х-образную разделку кромок листов под сварку. В первом случае резку ведут двумя резаками: один устанавливают перпендикулярно поверхности листа, а второй сзади его с наклоном на требуемый угол образуемой разделки (рис. 153, а). Тремя резаками выполняют Х-образную разделку (рис. 153, б). Профильный прокат режут, располагая резак как с внутренней, так и с наружной стороны профиля перпендикулярно к поверхности разрезаемого в данный момент участка (рис. 153, в, г, д). В местах утолщений скорость резки снижают. Прутки, особенно большого диаметра, начинают резать с их верхней точки, располагая резак вертикально. В начале реза следует сделать зарубку зубилом. После пуска режущего кислорода перемещают резак в направлении резки, поворачивая его до горизонтального положения (рис. 154, а). Если уложить прутки в ряд, можно резать их за один прием, производительность труда повысится (рис. 154, б). Резку неповоротных труб приходится выполнять в различных пространственных положениях. Если трубу можно вращать, то ее лучше резать на роликовом стенде (рис. 155, а). Резак 1 при этом располагают вверху вертикально, трубу 2 вращают приводными роликами 3. Можно увеличить скорость резки в 2...3 раза, если резак установить вертикально, но сместить его против направления вращения трубы, чтобы касательная к точке пересечения оси резака с трубой образовывала с этой осью угол 15...25° (рис. 155, б). Тогда увеличится зона взаимодействия кислорода с металлом, а шлаки, выдуваясь из реза, будут подогревать металл. Для ускорения начала резки массивных деталей можно вводить в зону нагрева тонкий стальной пруток или железный порошок. При резке квадратных прутков или стали большой толщины резак для ускорения начала процесса наклоняют по направлению резки на 2...3°, а в конце резки, чтобы хорошо прорезать нижнюю часть, - в обратную сторону на угол 5...10° (рис. 156).

Качество резки определяется ее точностью, формой реза, шероховатостью поверхности кромок и наличием грата на нижней кромке реза. Точность резки характеризуется отклонениями линии реза от заданного контура. Самые большие отклонения получаются при ручной резке без направляющих. Самый точный рез получают на машинах с программным фотоэлектронным и магнитным управлением. Величина отклонений зависит также от длины, толщины, состояния поверхности листа, формы вырезаемой заготовки и от квалификации резчика. ГОСТ 14732-80 предусмотрено три класса точности резки металла толщиной от 5 до 100 мм: первый - с предельными отклонениями от +1 до ±3 мм в зависимости от размера вырезаемой заготовки, второй - от ± 2 до ± 4,5 мм и третий - от ±3,5 до ± 5,5 мм. Ширина реза Шв (рис. 157) зависит от толщины разрезаемого металла S. Ориентировочно Шв = а + KS. Средние значения постоянных коэффициентов, зависящих от конструкции резака и других условий резки, принимают следующие: а = 2 мм, К = 0,02...0,03. При машинной резке толщины 5... 15 мм Шв = 2...2,5 мм, при толщине 100... 150 мм - Шв = 4,5...5,5 мм.

Форма реза определяется соотношением ширины реза с верхней и с нижней стороны (см. рис. 157). Лучше всего, если Шв = Шн, однако на практике Шн = (1,1... 1,5) Шв. В результате разницы этих величин возникает неперпендикулярность / кромки реза к поверхности листа. Причина этого - расширение струи кислорода и искажение формы пламени в результате засорения или износа сопел мундштука. Другой причиной может быть недостаточная чистота кислорода - металл плохо горит в нижних слоях листа. Это служит также причиной отставания А бороздок на поверхности кромок реза от оси мундштука в процессе резки, вызывающее криволинейность бороздок. Отставание зависит и от давления струи режущего кислорода. Отставание можно уменьшить наклоном мундштука углом вперед по направлению резки. Глубина бороздок е - показатель шероховатости реза. Она тоже зависит от давления кислорода, а также от скорости резки, равномерности перемещения резака и вида горючего - при резке на природном газе или водороде рез получается ровнее. Оплавление кромок, образующее их закругление радиусом г, прямо зависит от мощности подогревающего пламени и уменьшается с увеличением скорости резки. Норма неперпендикулярности поверхности реза при толщине металла 5...100 мм / = 0,2...2,5 мм. Норма шероховатости для этих же толщин е = 0,05... 1 мм. При большой ширине нижней стороны реза на кромках образуется грат - прилипший к кромкам шлак, который приходится счищать после резки.

При резке из-за неравномерности нагрева и охлаждения листа возникают его деформации, вызывающие искажение формы вырезаемой заготовки. Снизить деформации можно тремя путями: уменьшить нагрев кромок, нагревать разрезаемый лист по возможности равномерно и жестко закреплять вырезаемые детали, предохраняя их от перемещений во время нагрева и охлаждения. Уменьшить нагрев кромок можно, увеличивая скорость резки или охлаждая металл водой в процессе резки. Сделать нагрев более равномерным можно, если вырезку деталей из листа производить в такой последовательности, чтобы деформации действовали бы в противоположных направлениях. Еще лучше производить резку несколькими резаками. Нужно стремиться сохранять постоянным расстояние между торцом мундштука и поверхностью разрезаемого металла - это устранит местную неравномерность нагрева.

Повышает равномерность нагрева и охлаждения предварительный подогрев всего разрезаемого листа до температуры 300...500 °С. Жесткость закрепления листа нужно обеспечивать перед резкой с помощью струбцин и других приспособлений. При большой длине реза можно на его отдельных участках вбивать в рез клинья, чтобы скрепить разделенные части друг с другом. Резку мелких деталей нужно производить после вырезки крупных. Начинать резку надо с кромки заготовки, имеющей наибольшую длину, и заканчивать на короткой кромке. Начинать резку лучше не с прямой линии, а с зигзагообразной, это не так сильно уменьшает жесткость остающегося контура. Во всех случаях, определяя порядок вырезки конкретных деталей, нужно стремиться, чтобы жесткость листа по мере резки снижалась как можно меньше. При кислородной резке нужно соблюдать те же правила охраны труда и техники безопасности, что и при газопламенной сварке (см. гл. 2 ). Кислородно-флюсовая резка В начале этой главы были сформулированы требования, которым должны отвечать материалы, чтобы их можно было резать кислородной резкой. Чугун, цветные металлы, высоколегированные стали, хромоникелевые сплавы этим требованиям не отвечают. Главные препятствия тугоплавкие окислы, низкая температура плавления или высокая теплопроводность этих металлов. Эти препятствия можно преодолеть с помощью кислородно-флюсовой резки. Сущность этого процесса состоит в том, что в зону реза, подогретую газовым пламенем, вместе со струей режущего кислорода вводят порошок флюса, который сгорает в кислороде, выделяя теплоту, повышающую температуру в зоне реза, - это термическое воздействие флюса. Продукты сгорания флюса образуют с тугоплавкими окислами разрезаемого материала жидкотекучие шлаки, которые удаляются из реза струей режущего кислорода - это химическое действие флюса. И, наконец, частицы порошка флюса сгорают не сразу и, перемещаясь в процессе горения в глубину реза, ударным трением стирают с поверхности кромок тугоплавкие окислы, способствуя их удалению из реза, - это абразивное действие флюса. Основной компонент флюса - железный порошок марки ПЖ (ГОСТ 9849-80) с размерами частиц 0,07...0,16 мм. Для резки коррозионно-стойких сталей к железному порошку добавляют 10... 12 % алюминиевого порошка марки АПВ. Иногда используют флюс, состоящий из 60...80 % алюминиево-магниевого порошка и 20...40 % ферросилиция. Известны и другие составы флюсов, все их варианты направлены на облегчение перевода тугоплавких окислов в относительно легкоплавкие шлаки. Аппараты для кислородно-флюсовой резки состоят из резака, флюсопитателя и устройства для подачи флюса в резак. Резаки для кислородно-флюсовой резки отличаются от резаков для кислородной резки только тем, что каналы для подачи режущего кислорода сделаны большим диаметром.


 

Применяют три схемы подачи флюса: внешнюю, однопроводную под высоким давлением и механическую (рис. 158). По первой схеме в верхнюю и нижнюю часть бачка 1 с флюсом подают кислород 2. В верхней части создается давление, а в нижней - кислород вдувается в шланг 3, засасывая (инжектируя) флюс. Газо-флюсовая смесь подается по шлангу 3 в надетую на резак 4 головку 5, выходя из отверстий которой, засасывается струей режущего кислорода и поступает в зону реза. При этой схеме может использоваться любой кислородный резак, на него надо только надеть головку для подачи флюса. Схема с внешней подачей флюса используется в установках УРХС-6, УГПР. При однопроводной схеме флюс 3 инжектируется из бачка непосредственно струей режущего кислорода б. Флюсокислородная смесь поступает по шлангу 3 через центральный канал резака 4. По этой схеме работает, например, установка УФР-2. При механической подаче в нижней части флюсового бачка 1 установлен шнек 7 с электромеханическим приводом 8. При вращении шнека 7 флюс захватывается им и по шлангу 3 проталкивается в головку резака 4, где подхватывается струей режущего кислорода 6. Эта схема применяется реже двух первых. Техника кислородно-флюсовой резки в основном такая же, как и при кислородной резке. При кислородно-флюсовой резке мощность подогревающего пламени должна быть на 15...20 % больше, чтобы частицы флюса равномерно нагревались до воспламенения. Расстояние между торцом мундштука и поверхностью разрезаемого листа увеличивают до 25 мм, а при резке металла толщиной более 100 мм - до 40...60 мм. Это уменьшает возможность засорения выходных каналов мундштука. Скорость резки должна быть согласована с количеством флюса, подаваемого в единицу времени. Правильный выбор расхода флюса можно оценить по наличию небольшого валика расплавленного железа на верхних кромках реза. При толщине разрезаемого металла 10...200 мм скорость резки выбирают в пределах 0,76...0,23 м/мин, а расход флюса - 0,25...0,8 кг/ч. Вентиль подачи флюса открывают после зажигания подогревающего пламени. Продолжительность подогрева металла в начале процесса значительно меньше, чем при кислородной резке: для листов толщиной 10...80 мм на подогрев требуется от 15 до 120 с. Давление режущего кислорода, например, при резке стали Х18Н10Т толщиной 10...100 мм составляет 0,5...07 МПа. Кислородно-флюсовая резка применяется не только для металлов, но и для резки бетона и железобетона. Отличие состоит в том, что поскольку бетон в кислороде не горит, при резке должны применяться флюсы с большей тепловой эффективностью, чем для металлов. Хороший результат дает флюс, состоящий из 75...85 % железного и 15...25 % алюминиевого порошков. Флюс к резаку подают по внешней схеме сжатым воздухом или азотом, вдувая газофлюсовую смесь в струю режущего кислорода. Можно резать бетон толщиной 90...300 мм со скоростью 0,15...0,04 м/мин при расходе флюса 20...42 кг/ч. Гораздо эффективнее процесс резки бетона кислородным копьем (рис. 159). При этом способе кислород продувают через стальную трубу 1 (копье) диаметром 10...35 мм с толщиной стенки 5...7 мм и длиной 3...6 м. В трубы большого диаметра закладывают стальные прутки, чтобы увеличить их массу, трубы малого диаметра обматывают проволокой. Конец трубы нагревают любым источником тепла (например, электрической дугой или газовым пламенем) до температуры воспламенения в кислороде, затем через рукоятку 2 подают кислород и прижимают копье к поверхности разрезаемого материала 3. В результате горения конца копья в кислороде образуются жидкотекучие оксиды железа, реагирующие с бетоном и образующие шлаки, которые выдуваются из полости реза. Копье при резке периодически поворачивают и перемещают возвратно-поступательно. Копье может быть установлено на стойке 4, или находиться в руках рабочего. По мере сгорания трубы ее подаю; /* electrowelder большой прямоугольник */ google_ad_slot = т в глубь реза. В трубу 1 кроме кислорода может подаваться газо-флюсовая смесь. Такой процесс называют резкой порошковым копьем. Обычно применяют флюс, состоящий из 85 % железного и 15 % алюминиевого порошка. Резку копьем применяют для удаления прибылей стального литья, для прожигания отверстий в толстом металле перед кислородной резкой, для разрезания бетона и железобетона толщиной до 1200 мм. При кислородно-флюсовой резке, чтобы флюс не воспламенился в резаке, шланге или в бачке, нельзя применять порошки, содержащие более 96 % чистого железа или чистого алюминия. При резке меди, сплавов с высоким содержанием марганца и при наличии во флюсе песка необходимо пользоваться респиратором. При подаче флюса через режущее сопло резака нельзя применять мелкие легковоспламеняющиеся железные порошки. Обязательна регулярная проверка исправности резака. При резке кислородным или порошковым копьем источник опасности - интенсивный поток раскаленных частиц шлаков, разбрасываемых на расстояние нескольких метров. Это пожароопасно и может вызвать ожоги рабочих.


 

Дуговые способы резки Ручную дуговую резку металлов используют как вспомогательную операцию. Резка происходит за счет выплавления металла из зоны реза сварочной дугой. В качестве неплавящихся используют угольные, графитовые и вольфрамовые электроды. Последние применяют для аргонодуговой резки алюминия, коррозионно-стойкой стали, меди малой толщины. При дуговой резке неплавящимися электродами получают низкую точность и плохую чистоту реза. Более чистый и узкий рез получается при дуговой резке плавящимися штучными электродами. Электродное покрытие повышает устойчивость дуги и ускоряет резку за счет окисления металла входящими в него компонентами. Резку электродами с покрытием ведут с опиранием на козырек покрытия. Ток при дуговой резке применяют постоянный и переменный, силу тока устанавливают на 20...30 % выше, чем при сварке. Для резки применяют специальные электроды АНО-2, АНО-4. Более высокую производительность и качество реза обеспечивает воздушно-дуговая резка. У плавящегося угольного или графитового электрода и выдувается из реза струей воздуха, подаваемой под давлением 0,4...0,5 МПа. Часть металла при этом сгорает в кислороде воздуха, выделяя дополнительную теплоту. Применяют разделительную и поверхностную воздушно-дуговую резку, в основном для углеродистых сталей, цветные металлы и чугун режутся хуже. Однако иногда этот способ применяют для резки листов из коррозионно-стойких сталей толщиной до 20 мм. Воздушно-дуговую резку используют для обрезки прибылей от литья, для разделки дефектов сварных швов. Ее преимущества - простота оборудования, дешевизна вспомогательных материалов. Недостаток - науглераживание поверхностного слоя металла. Для воздушно-дуговой резки выпускают резаки, имеющие зажимное устройство для закрепления электрода и сопловую систему с клапаном для пуска воздуха. Одно или несколько сопел расположены в передвижной губке зажимного устройства у поверхности электрода. Примеры резаков: РВДм-315 и РВДл-1200 на силу тока соответственно 315 и 1200 А. Резку производят на постоянном или переменном токе от источников питания дуги с жесткой вольтамперной характеристикой. Электрод при поверхностной резке направляют под углом 30...45° к обрабатываемой поверхности, при разделительной - под углом 60...90°. Если толщина металла больше 20 мм, электрод утапливают в разрезаемый металл. Вылет электрода не должен превышать 100 мм, по мере обгорания его выдвигают из зажима резака. Воздушно-дуговой резкой обрабатывают углеродистые и легированные стали. Хуже режутся цветные металлы и чугун. Промежуточной между способами резки окислением и плавлением является киолородно-дуговая резка. Она относится к группе способов резки плавлением-окислением. Металл по этому способу разогревается до плавления дугой и в образовавшуюся ванну подают под давлением 0,15...0,35 МПа струю кислорода, так же, как и при кислородной резке. Металл сгорает, выделяется дополнительная теплота, образующиеся окислы выдуваются из полости реза. В качестве электродов используют стальные трубки диаметром до 8 мм и длиной 340...400 мм. На них наносят электродное покрытие и через них подают в зону резки кислород. Электрод при резке располагают под углом 80...85° к обрабатываемой поверхности. Этот способ успешно применяют для подводной резки углеродистых сталей толщиной до 420 мм. В обычных условиях применяется ограниченно. Наиболее распространен обеспечивающий высокое качество и производительность труда способ плазменной резки (резки сжатой дугой). Особенности сжатой дуги, схемы ее образования и технологические возможности изложены в гл.11. В отличие от сварки сжатой дугой при плазменной резке решается обратная задача: надо не удерживать металл в сварочной ванне, а вытолкнуть его оттуда через отверстие, образуемое в дне ванны, - нужен сплошной прожог, который и является резом. Разделительная плазменная резка производится на постоянном токе прямой полярности. Хорошие результаты дает при резке трехфазная сжатая дуга. Поверхностная плазменная резка применяется редко. Плазменную резку используют для обработки конструкционных и коррозионностойких сталей, а также чугуна толщиной 50...60 мм. При увеличении толщины теряется основное преимущество плазменной резки перед кислородной - высокая производительность. Для цветных металлов, и в первую очередь алюминия, плазменная резка - один из лучших способов. Металл малой толщины и неэлектропроводные материалы можно резать сжатой дугой косвенного действия (см. рис. 113, б) - плазменной струей. Однако сжатая дуга прямого действия (плазменная дуга) эффективнее во всех случаях. В качестве плазмообразующих газов при резке используют азот, водород, азотоаргоновую, азотоводородную, азотокислородную, аргоноводородную смеси, сжатый воздух. Двухатомные газы (Н2, N2) предпочтительны, так как при диссоциации (разложении) в плазмотроне они поглощают теплоту, которую затем отдают у поверхности реза, ассоциируя там в молекулы. Газовые смеси, содержащие кислород, используют преимущественно для резки черных металлов, а неактивные газы и их смеси - при резке цветных металлов и их сплавов.

При резке с неактивными плазмообразующими газами применяют вольфрамовые электроды, с активными кислородосодержащими газами, в том числе с воздухом, - медные водоохлаждаемые державки с циркониевыми или гафниевыми вставками (см. рис. 118). На поверхности этих вставок образуются пленки плотных окислов, защищающих металл от дальнейшего окисления и электропроводных при высоких температурах. В результате при силе тока 250...500 А продолжительность работы такого электрода доходит до 4...6 ч. Стационарные установки для плазменной резки практически такие же, как и для кислородной резки, отличаются они режущей оснасткой (плазмотроны вместо кислородных резаков) и упрощенной системой газопитания. При использовании водорода подачу его обязательно производят через сухой затвор (например, ЗСУ-1) для предохранения от обратного удара. Переносные комплекты оборудования и полуавтоматические установки применяют для плазменной резки листов из низкоуглеродистой, коррозионно-стойкой стали и из алюминиевых сплавов толщиной до 40 мм, а с водородосодержащими смесями до 100... 120 мм. Универсальные комплекты оборудования (например, КДП-1, КДП-2) включают в себя резак (плазмотрон с рукояткой) с кабелями и шлангами и сварочный выпрямитель. Полуавтоматы (например, ПРП-1) состоят из переносной тележки, циркульного устройства, машинного резака-плазмотрона и пульта управления. Аппаратура для плазменной резки имеет общие стандартные обозначения независимо от ее индивидуального типа: Плр - для ручной резки, Плм - для машинной резки, Плмт - для машинной точной резки, Плмр - для машинной и ручной резки. За буквенным обозначением следуют цифры, разделенные дробной чертой. Первая означает толщину разрезаемого металла мм, вторая - силу рабочего тока, А. Например, Плм-300/1000 - это установка для машинной плазменной резки, способная резать сталь толщиной 300 мм при силе тока до 1000 А.

Для питания сжатой дуги используют обычные источники питания постоянного тока с крутопадающей вольтамперной характеристикой. Однако при резке металла толщиной больше 80 мм применяют специальные источники питания с повышенным до 500 В напряжением холостого хода для автоматической, 300 В - для полуавтоматической и 180 В - для ручной резки.


 

Параметры режима плазменной дуговой резки - это диаметр сопла, сила тока, напряжение сжатой дуги, скорость резки и расход плазмообразующего газа. Резка начинается сразу же после возбуждения дуги. Во время резки должно поддерживаться постоянным расстояние 15...20 мм от торца сопла плазмотрона до поверхности разрезаемого листа. Резка прекращается, когда разрывается дуга при сходе плазмотрона с края листа или когда выключается сварочный ток. Скорость резки нужно выбирать в зависимости от разрезаемого металла, его толщины и силы тока. Если скорость занижена, рез будет шире внизу. При правильно выбранной скорости разница в ширине низшей и верхней части реза будет минимальной. При выборе режима нужно учитывать, что завышенные сила тока и расход газа уменьшают ресурс работы плазмотрона.

 

При плазменной резке нужно соблюдать те же требования безопасности, что и при дуговой сварке в защитных газах, в частности при сварке сжатой дугой. Особенности плазменной резки - сильный шум и более интенсивное излучение. Поэтому при машинной резке рабочее место резчика должно быть по возможности удалено от места реза, а управление установкой должно быть дистанционным. При ручной резке надо применять защитные стекла с повышенной затемненностью, а при шуме более 110 дБ наушники или противошумную каску. Кроме того, при плазменной резке выделяется в атмосферу много металлического пара и газов, поэтому должна быть усилена вентиляция.

17.2.2. Лазерная резка Сфокусированное лазерное излучение, обеспечивая высокую концентрацию энергии, позволяет разрезать любые металлы и сплавы независимо от их теплофизических свойств. При резке детали не деформируются, так как окрестности реза практически не нагреваются. Поэтому с высокой точностью можно вырезать легкодеформируемые и нежесткие детали. Рез получается узким с зоной термического влияния меньшей, чем при любых других способах резки. Процесс резки высокопроизводителен, например тонколистовые стали можно резать со скоростью 1,2 м/мин с высоким качеством поверхности реза. Управление процессом резки осуществляется легко, что позволяет вырезать по сложному контуру плоские и объемные детали. Процесс легко автоматизируется. Недостаток лазерной резки - сравнительно высокая стоимость лазерных установок. Поэтому применять лазерную резку экономически выгодно только в тех случаях, когда использование остальных способов трудоемко или вообще невозможно.

Для резки металлов применяют лазерные установки на основе твердотельных или газовых лазеров (см. гл. 12), работающих как в импульсном, так и в непрерывном режимах.

При воздействии лазерного излучения на металл возможны два механизма резки: плавлением и испарением. Последний механизм требует больших затрат энергии. Поэтому на практике резку производят плавлением. Чтобы расплавленный металл не заполнял образующийся канал реза за счет действия капиллярных сил и поверхностного натяжения, в зону резки подают струю газа. Это может быть инертный газ, но чаще применяют воздух и даже кислород. Такой процесс называют газолазерной резкой. Струя газа, проникая в полость образующегося реза, выдувает из него жидкий металл. Кроме того, при резке сталей с использованием воздуха или кислорода металл окисляется, выделяется дополнительная теплота, процесс резки ускоряется.

Для гибкого управления количеством энергии, приходящейся на единицу длины реза (погонной энергии) применяют импульсно-периодические лазеры, в которых можно менять длительность импульсов излучения и паузы между ними. Это позволяет управлять формой реза при точной вырезке деталей сплошного контура, не допуская местных перегревов. Параметры режима газолазерной резки: частота излучения, длительность импульса, мощность излучения, скважность (отношение периода следования импульсов к длительности паузы между ними) и расход газа.

Газолазерная резка - перспективный технологический процесс, который по мере развития техники потеснит многие традиционные процессы резки.

Термогазоструйная резка В начале 1960-х годов в нашей стране впервые был предложен для бурения горных пород термический способ разрушения материалов с применением устройств, работающих по типу реактивных двигателей. В конце 1980-х годов появились устройства для термогазоструйной резки материалов, в которых топливо горит в специальной камере, а продукты сгорания истекают из сопла со скоростью 2 000...3 ООО м/с.

В процессе резки из баллонов 1 и 2 (рис. 160) кислород и горючее через регулирующую аппаратуру 3 и 4 и клапаны J и б поступают в камеру сгорания 7, где поджигаются воспламенителем 8 по сигналу от блока зажигания 9. Продукты сгорания сжимаются узким сечением сопла 10 в сверхзвуковую высокотемпературную струю 11, которая, ударяясь о поверхность разрезаемого металла, мгновенно оплавляет его и уносит расплав из реза. Несмотря на относительно низкую температуру струи 11 (2 000...3 ООО К, против 20 ООО К в струе дуговой плазмы) она обеспечивает высокую концентрацию энергии. Это позволяет резать металлы при относительно небольшом тепловложении в зону реза уменьшается нагрев кромок реза и практически исключается возможность изменения структуры металла в зоне реза. Повышается качество резки, появляется возможность резки алюминиевых, медных, титановых сплавов, легированных сталей и других, в том числе и неметаллических, материалов. Режущая струя расширяется по мере удаления от сопла незначительно, она "дальнобойна" и эффективно действует на расстоянии 150... 180 мм. Это создает удобство при резке пространственных конструкций.

По концентрации энергии сверхзвуковая газовая струя уступает лишь лазерному лучу, а по мощности среди традиционных источников тепла для резки не имеет себе равных (табл. 27). В то же время оборудование для термогазоструйной резки намного дешевле лазеров.

Кроме резки сверхзвуковой газовой струей можно очищать поверхности, наносить металлические покрытия.

Термогазоструйные резаки могут генерировать восстановительную (с избытком горючего) или окислительную (с избытком кислорода) режущую струю.

К первой группе с восстановительной струей относятся пропанокислородные резаки установок семейства ПКР. В качестве окислителя в них используется технический кислород первого сорта, в качестве горючего - пропан или пропан-бутановая смесь. Расходуют резаки этих установок 5,5...7,3 м3/ч кислорода и 2,2...3,8 кг/ч пропана мостат подогревается нагревателем 25, который управляется термодатчиками 23 и 24. Из баллона через вентиль 11, редуктор 12 с манометрами 20 и 22 и предохранительным клапаном 29 по шлангу 14 через теплообменник 34, предохраняющий резак от конденсата, и рукоятку 27 резака пропан поступает к вентилю 15.

Запускается резак открытием вентилей 10 и 15 и нажатием кнопки 30, после чего высокое напряжение подается по кабелю 77 на свечу 16, в газогенераторе 26 воспламеняется горючее и газовая струя начинает истекать из сопла 19. Выключают резак, закрывая вентили 10 и 15. Сопло 19 имеет рубашку охлаждения, через которую насосом 18 по замкнутому контуру прокачивается жидкость из термостата 3. Так охлаждается сопло 19 резака и подводится дополнительная теплота в термостат 3. Жидкость, проходя через теплообменник 31, подогревает пропан на входе в газогенератор 26. Обратно в теплообменник жидкость попадает через сливной патрубок 33 и приемник 8, установленные на крышке 32 термостата. Уровень жидкости в термостате контролируется через окно 13.

Газогенератор установки ПКР (рис. 162) выполнен в виде сообщающихся и соосно расположенных предкамеры 1 с электроискровой свечой 2 и камеры сгорания 3 с соплом 4, которое крепится к обечайке 7 корпуса 6 гайкой 8. К соплу приварена рубашка охлаждения 5 со штуцерами для подвода и отвода охлаждающей ЖИДКОСТИ; Прокладки 9 и 10 обеспечивают герметичность разъемов.

Пропан и кислород, проходя в коллекторы между обечайкой 7 и корпусом 6, через форсунки попадают в камеру сгорания. Одновременно небольшая часть пропана по отверстию подается в предкамеру. При подаче электроэнергии к системе зажигания на свече возбуждается искра, которая воспламеняет топливную смесь в предкамере. Параметры предкамеры подобраны так, что в дальнейшем фронт пламени поддерживается в ней без участия искры. Образующиеся в предкамере продукты сгорания обеспечивают воспламенение свежих порций топливной смеси в основной камере сгорания. Из сопла истекает газовая струя с высокой температурой и скоростью. Аналогичную конструкцию имеют резаки, работающие на метане. Такие резаки многофункциональны; ими можно резать любые конструкции, металлы и неметаллы, включая бетон. Они использовались, в частности, при ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС.

Устройства второй группы (с окислительной струей) - это разработанные в МГТУ им. Н.Э. Баумана установки типа УТР-1 и УТР-2, а также установки производства фирмы "Нарвал". Кроме теплового и механического воздействия сверхзвуковой струи продуктов сгорания со скоростью до 2 000 м/с и температурой до 2 ООО К в них используется и химическое взаимодействие этой струи с разрезаемым металлом за счет повышенного расхода кислорода в топливе. В качестве горючего здесь применяются керосин, дизельное топливо, спирт и т.п.

В отличие от устройств, работающих на газах, для подачи жидких горючих требуется насос или дополнительное рабочее тело. В установке "Нарвал", например, для этого используется сжатый воздух (рис. 163). Система подачи кислорода 2 здесь аналогична устройствам типа ПКР, а для подачи керосина используется вытеснительная система. Из баллона 8 сжатый воздух поступает в емкость 7 с керосином, создавая в ней давление. Керосин через фильтр 4 поступает в резак 10, где воспламеняется электрической свечой 6 системы зажигания 3. Охлаждение резака обеспечивается циркуляцией воды из емкости 1 через рубашку охлаждения 5 газогенератора с помощью насоса 9. Установка "Нарвал" расходует 6... 16 м3/ч кислорода, 0,4...1,6 кг/ч керосина и 30...70 л/ч воды. Масса ее резака - 3 кг. Более высокий расход кислорода, чем у термогазоструйных резаков первой группы, позволяет разрезать установками такого типа легированные стали и чугун толщиной до 80 мм, а железобетон - до 150 мм. Однако они уступают в 1,5...2 раза по экономичности и производительности резакам с восстановительной струей при резке алюминиевых сплавов. В част

устройствами типа резки Шр, м/с, и расход со0, мм/стоплива тт, г/с, зависят от толщины разрезаемого материала 5, мм, его теплофизических свойств и режимных параметров резака. Если два последних фактора комплексно учесть коэффициентом D, то связь этих величин можно выразить следующим образом:

Расчеты по этой формуле позволяют построить номограмму (рис. 164) характеристик термогазоструйных резаков. Номограмма показывает определяющее влияние на процесс резки теплофизических свойств материала и расхода топлива. А так как расход топлива в резаках типа ПКР задается изготовителем и не меняется в процессе эксплуатации, то конкретный резак характеризуется предельной толщиной разрезаемого металла, которая в свою очередь зависит от его состава (табл. 28). С уменьшением толщины материала скорость резки возрастает.

Разделительная термогазоструйная резка выполняется аналогично традиционной кислородной, но объект резки не требует специальной подготовки поверхности: удаления окалины, ржавчины и других загрязнений. Они удаляются в процессе резки непосредственно режущей сверхзвуковой струей. Перед началом резки устанавливается давление кислорода и пропан-бутановой смеси (или керосина), указанное в паспорте установки, включается блок автоматического поддержания режимных параметров резака (в устройствах типа ПКР), проверяется наличие циркуляции охлаждающей (термостатирующей) жидкости и запускается резак. Затем он располагается перпендикулярно к разрезаемой поверхности на расстоянии 30...40 мм и все загрязнения удаляются из зоны реза мощной струей продуктов сгорания на 50... 100 мм от ее оси. Практически сразу начинается проплавление отверстия в металле (рис. 165) и резак 1 на 2...5° отклоняют от перпендикулярного направления так, чтобы частицы расплавленного металла 2 не попадали на резак и резчика. Слишком большое отклонение приводит к увеличению времени образования отверстия за счет снижения эффективности воздействия сверхзвуковой струи 3 на разрезаемый металл 4. При малой толщине материала и правильном положении резака время образования отверстия составляет доли секунды, а при толщине, близкой к предельной, может достигать десятков секунд. Этот режим является наиболее теплонапряженным для резака, так как струя продуктов сгорания вместе с частицами расплавленного металла отражается поверхностью плавления в сторону резака и обратные тепловые потоки дополнительно нагревают термостатирующую жидкость.

Производительные методы сварки

Подробности
  Сварочные электроды
   

Производительные методы сварки, разработанные передовикам — варщика и советскими учеными, находят в настоящее время широкое применение на отечественных, заводах. К таким методам следует отнести: сварку с глубоким проплавлением; сварку трехфазной дугой; сварку погруженной дугой; ванный способ сварки и другие. Сварка с глубоким проплавлением Метод сварки с глубоким проплавлением за последние годы нашел широкое применение на советских заводах. Этот метод был разработан Центральной научно-исследовательской лабораторией стальных сооружений (ЦНИЛСС) треста. Метод сварки с глубоким проплав­лением успешно применяется как для валиковых, так и стыковых швов. При этом повышается производительность труда сварщиков, а также экономия электродов и электроэнергии. Повышение производительное и, экономия электродов и электроэнергии при сварке валиковых и стыковых швов достигается в результате сокращения количества наплавленного металла, что возможно вследствие лучшего проплавления корня шва. При сварке стыковых швов количество наплавленного металла может быть сокращено благодаря рациональной подготовке кромок. Методом сварки с глубоким про* плавлением можно сваривать металл толщиной до 18 мм двусторонними швами без скоса кромок. Скос кромок при этом методе сварки осуществляется согласно а и б. Для сварки с глубоким проплавлением может быть приметено большинство отечественных толсто покрытых электродов. Техника метода сварки с глубоким проплавлением проста и может быть быстро освоена сварщиками.

Подготовка кромок стыковых швов при сварке с глубоким проплавлением. При сварке необходимо соблюдать следующие условия: 1) конец электрода должен опираться на кромки соединяемых листов; 2) электрод должен располагаться под углом 70-85° к линии шва; 3) сварка должна осуществляться на наибольшей допустимой для данной марки электрода силе тока.

скорость сварки должна быть наибольший, так как при этом обеспечивается лучшее проплавление основного металла, и отсутствуют дефекты в виде срезов; 5) валиковые швы должны свариваться по возможности «в лодочку». Режимы двусторонней сварки стыковых швов давления приведены в табл. 53. Таблица 53 Режимы сварки стыковых швов без скоса кромок методом дубового проплавления Толщина листов в мм. Требуемая минимальная глубина провара за каждый проход в мм Диаметр электрод в мм 1а»Рекомендуемый зазор в мм Сила тока в а V 6 4 5 1 350 8 5 6 1 400 10 6 6 1-1,5 450 12 7 6,7 1,5-2 500 16 9 6 1,5-2,5 570 18 10 8 2-2,5 620

Данные, приведенные в табл. 53, могут быть использованы при подборе режиме для сварки валиковых швов, а также стыковых швов с разделкой. Сварка погруженной дугой Метод сварки погруженной дугой разработан Я. А. Ларионовым. Этим методом можно сваривать стыковые соединения без скоса кромок толщиной до 20 мм и более. П и этом методе детали устанавливаются на стальную или медную прокладку. Между кромками оставляется зазор, величина которого должна быть больше диаметра электрода на 1- 1,5 мм. Кромки вдоль шва необходимо разводить с учетом после. Техника ручной дуговой сварки дующего сближения величин разводки кромок не должна превышать 10-20 мм. Для предотвращения вытекания расплавленного металла в начале и в конце шва ставятся ограничительные планки, которые впоследствии срубаются. Сварка производится электродами с тугоплавким покрытие которого и плавлении дает на конце небольшой козырек. Этим требованиям удовлетворяют электроды ЦМ-7с, УОНИ-13, К-5.

Вести сварку начинают на нижней подкладке. После образования ванны и постепенного увеличения ее электрод поднимают.

Стальная подкладка. Сварка погруженной дугой.

К верхним кромкам зазора, наклоняя его к другой кромке. Это необходимо делать для полного сплавления кромок основного металла с наплавленным. Затем электрод вновь опускается на дно зазора — «погружается» — рядом с только что наложенным «мостиком». Такие движения, которые напоминают ход иглы швейной машины. Слить шлак со шва и наложить сверху широкий валик. Этим валиком заполняются и выравниваются все неровности шва. Для сварки погруженной дугой применяют электроды диаметром 4-5-6 мм. Сила сварочного тока берется максимально допустимая для данной марки покрытия и диаметра электрода. 150 Сварка методом «погруженной дуги» может применяться высококвалифицированными сварщиками после специальной подготовки и проверки их на опытных образцах, На отечественных заводах применяется высокопроизводительная и экономическая варка трехфазной дугой. Разработка этого способа сварки прок лилась с 1934 г. докт. техн. наук Г. П. Михайловым в лаборатории сварки УПИ им. С. М. Кирова и в цехах Уралмаш завода. Ручная сварка трехфазной дугой производится по схеме, представленной на фиг. 62. В одном специальном электрододержателе закрепляете два фазного тёк а параллельных электрода с I J 1 качественным покрытием или один электрод с двумя стержня и (фиг. 63). К 1 электродам подводятся раз — УОНИ-2. Схема сварки трехфазной Фиг. 63. Расположение электродов дугой при сварке угловых швов дельно две фазы сварочного тока, третья фаза подключается к изделию. При трехфазно сварке две дуги горят между электродами и деталью и третья дуга между электродами. Зажигание трехфазной дуги производится касанием конца электродов поверхности свариваемого изделия.

Сварка трехфазной дугой применима для стыковых и вали­ковых швов. Сварку тавровых, нахлесточных и угловых соединений следует выполнять «в лодочку». При сварке валиковIаJp1 качественным покрытием

или один электрод с двумя стержнями (фиг. 63). К 1 электродам подводятся раз. Схема сварки трехфазной Фиг. 63. Расположение электродов дугой при сварке угловых швов дельно две фазы сварочного тока, третья фаза подключается к изделию. При трехфазной сварке две дуги горят между электродами и деталью и третья дуга между электродами. Зажигание трехфазной дуги производится касанием конца электродов поверхности свариваемого изделия однофазные сварочные трансформаторы, включая три трансформатора звездой или треугольник м. Устойчиво работает установка по схеме открытого треугольника, состоящая из двух трансформаторов и трех регуляторов. Для сварки трехфазной дугой применимы электроды с покрытием ОММ-5, УОНИ-13, К-5 и другие, применяемые для сварки малоуглеродистых сталей. Производительность сварки трехфазной дугой увеличивается на 100-120%, повышается коэффициент наплава электрододержателя, экономится электроэнергия на 15-20%. Сварные соединения при этом получаются с высокими механическими свойствами. Ванный способ сварки для сварки стержней арматуры большого диаметра в настоящее время широко применяется ванный способ сварки. Этот способ варки имеет следующие преимущества:

1. По сравнению со сваркой с накладками на каждом стыке экономится от 10 до 60 кг арматурной стали и от 0,5 до 2,5 кг электродов в зависимости от сечения свариваемых стержней. Может быть использовано стандартное сварочное оборудование для дуговой сварки. По сравнению со сваркой с накладками на каждом стыке экономится от 10 до 60 кг арматурной стали и от 0,5 до 2,5 кг электродов в зависимости от сечения свариваемых стержней. Может быть использовано стандартное сварочное оборудование для дуговой сварки.

 

На нижнем торце стержня скосы не делаются. Для удержания жидкого наплавленного металла к нижнему стержню предварительно приваривается чашка конусообразной формы (фиг. 66). Она состоит из двух штампованных половин. Материал чашки - малоуглеродистая сталь. Чашку следует устанавливать так, чтобы нижний конец верхнего стержня входил в нее на 10-15 мм. Сварка однофазной дугой. Для сварки горизонтальных сты­ков применяются электроды диаметром 5-8 мм с покрытиями ОНИ-13/50, УОИИ-13/55, К-5. Источник сварочного тока - трансформатор или сварочный агрегат постоянного тока дол­жен обеспечить силу тока до 400 а. Этим условиям удовлетво­ряют трансформатор СТЭ-34, агрегат ПАС-400-1, ПС-500 и др. Можно использовать источники сварочного тока меньшей мощ­ности, соединяя их в цепь параллельно. Сварку на постоянном токе рекомендуется осуществлять на обратной полярности, т. е. \ плюс на электроде. Сварочный ток устанавливается по табл. 56. Дуга возбуждается на нижней части скобы между торцами стержней. Электрод передвигается вдоль зазора. При этом свар­щик должен следить за тем, чтобы наплавляемый металл нахо­дился в жидком состоянии. Электроды менять нужно быстро. Сваривая вторую половину стержней (выше середины), необхо­димо уменьшить тепловое действие дуги. Направлять дугу следу­ет ближе к средней части ванны. Шов заваривается с усилением. Более быстрому застыванию ванны способствуют частые корот­кие замыкания дуги, что необходимо делать в конце сварки. Для сварки вертикальных стыков ванным способом применя­ются электроды диаметром 5-б мм ранее указанных марок. Сила сварочного тока устанавливается согласно табл. 57. Сварку начинают вести с наложения кольцевого валика, со­единяющего нижний стержень с внутренней поверхностью формы. Вслед за этим дугу быстро переводят под разделку верхнего стержня, совершая при этом полукольцевые движения электрод-дом. По мере накопления расплавленного металла' и оплавления кромок происходит соединение обоих стержней. После расплавления на одной стороне одного-двух электродов переходят на сварку другой стороны, потом обратно. Так произ­водят заполнение металлом всей формы. При сварке стержней большого диаметра скопившийся шлак затрудняет процесс сварки. Для его удаления рекомендуется прожигать электродом отверстие в форме. Если на верхнем стержне образуются подрезы, их нужно подваривать на умень­шенном сварочном токе. Сварка ванным способом трехфазной дугой. Сварка ванным способом трехфазной дугой разработана совместно УПИ им. Кирова, ЦНИИ МПС и УЗТМ. Сборка под сварку осуществляется так же, как и для сварки однофазной дугой. Необходимо только увеличить расстояние между стержнями (зазор). Для сварки применяют трехфазные электроды марок К-5 и К-5А диаметром 6+6 мм и 8+8 мм. Для лучшего использова­ния тепла мощной трехфазной дуги добавляются два присадоч­ных прутка, которые привязываются тонкой проволокой к обеим сторонам трехфазного электрода. Применение присадочных прутков уменьшает количество шлака на единицу наплавленного металла, снижает температуру сварки и увеличивает коэффици­ент наплавки до 20,1 г/час. Процесс сварки начинается с возбуждения дуги на дне колодца металлической формы. Приварив нижнюю кромку одного стержня к форме, электрод наклоняют к другой кромке стержня и также сваривают ее с дном. Затем электроду придают коле­бательные движения вдоль колодца - зазора. При этом движе­нии электрод следует наклонять попеременно то к одному, то к другому торцу стержней. Для лучшего проплавления дна ко­лодца первый электрод берется без присадочных прутков, а все последующие электроды с присадкой. Смену электродов надо делать быстро, не допуская застывания ванны. Если дуга начинает гореть с перебоями из-за большого количества образовавшегося шлака, его необходимо удалить спе­циальным черпаком. Шлак должен покрывать поверхность ме­талла на толщину не более 5-8 мм. Шов заканчивается усиле­нием высоты до 10 мм. Необходимо вести наблюдение за охлаж­дением шлака. Появление на поверхности шлака пузырей сви­детельствует об образовании в металле газовых раковин. В этом случае в месте появления раковины надо вновь зажечь дугу и расплавить застывший верхний слой наплавленного металла. Постепенное потемнение шлака до темно-вишневого цвета показывает, что металл шва плотный и затвердел на всю глубину ванны. При подборе режима сварки следует руководствоваться табл. 58. Таблица 58 Режимы сварки горизонтальных стыков ванным способом трехфазной дугой. Диаметр элек­тродов в мм Вес присадки стержней элек­тродов Сила свароч­ного то а в а на фазу Напряжение на дуге во Время сварки стыка в мин.

СВАРКА УГОЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДОМ

Дуговая электросварка угольным электродом о способу Н. Н. Бенардоса применяется в нашей промышленности, глав­ным образом, для сварки тонкостенных изделий с отбортовкой, Для горячей сварки чугуна, исправления дефектов в стальном литье, а также для сварки цветных металлов и наплавки твер­дых сплавов. Дуга зажигается между угольным (или графитовым) элект­родом и основным металлом. Для сварки угольным электродом применяется постоянный ток при прямой полярности (минус на электроде). Под действием выделяемого дугой тепла в основном металле образуется ванна расплавленного металла. При сварке на обратной полярности дуга горит неустойчиво. Кроме того, об­ратная полярность способствует науглероживанию основного металла. При этом содержание углерода в основном металле при сварке малоуглеродистой стали может возрасти до 0,6- 1,0%. Обратную полярность применяют при воздушно-дуговой резке. , Факел угольной дуги постоянного тока под действием маг­нитных сил и потока воздуха отклоняется, затрудняя ведение процесса сварки. С целью получения устойчивой дуги применяют катушку, состоящую из 6-10 витков. Катушку изготовляют обычно из меди. Один конец катушки зажимается в электродный держатель, в другой конец вставлен в электрод. Более совершенный электродный держатель показан на рис. 67. У него катушка изготовляется из медной трубки, через которую проходит вода. Угольным электродом без присадочного металла осущест­вляют сварку материала толщиной 1-3 мм (фиг. 68, а). При сварке металла большей толщины в шов предварительно укла­дывается присадочный металл в виде круглого прутка или по­лоски, который, расплавляясь вместе с основным металлом, об­разует шов (фиг. 68, б). Материал толщиной 0,3-1 мм сваривается следующим спо­собом. Присадочный пруток с ионизирующим покрытием подается левой рукой сварщика под углом 20-30° к месту сварки. Дуга направляется на конец прутка и, расплавляя его, дает плотный, ровный шов, без прожогов. Дуга при этом горит доста­точно устойчиво, чему способствует ионизирующее покрытие. Схема сварки тонколистового металла показана на фиг. 69. Таблица 59 Режимы сварки графитовыми электродами Диаметр электрода в мм Длина дуги в мм Сил тока в а 5 4 80-100 40-45 b 4-5 120-150 30-40 8 5-6 200-300 20-35

При сварке угольным электродом сила сварочного тока подбирается в зависимости от диаметра электрода и длины сва­риваемого материала. В табл. 59 даны режимы сварки для графитовых электродов. Величина силы тока при сварке различных видов соединений отличается незначительно и легко коррек­тируется. Для сварки предпочтительно применять не угольные, а гра­фитовые электроды. Графитовые электроды имеют хорошую электропроводимость.

Контроль сварочных работ

Подробности

ПОРОКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИИ

Высокое качество сварных изделий должно повседневно обеспечиваться тщательным и всесторонним контролем всего сварочного производства, начиная от контроля свариваемого металла, электродов, сварочной проволоки и флюсов, и кончая контролем самого процесса сварки и готовой продукции. Кроме ого, необходимо к выполнению сварочных работ (особенно от­ветственных) допускать только подготовленных сварщиков, про­шедших соответствующие испытания (см. приложения). Все контрольные функции выполняются на предприятиях обычно отделами технического контроля. Но ответственность за качество продукции не снимается с работников, занятых в сварочном производстве и, в первую очередь, со сварщиков. Именно от сварщика, его квалификации во многом зависит ка­чество сварных изделий. Главная задача контроля качества сварки сводится к выяв­лению пороков в сварных соединениях и устранению их. Пороки могут быть наружные и внутренние. К наружным порокам относятся: 1) неравномерное сечение шва по ширине и толщине; 2) несоответствие фактически выполненных размеров шва запроектированным в чертеже или ТУ; 3) подрезы кромок основного металла; 4) незаделанные глубокие кратеры швов; 5) пористость наружного слоя шва; 6) наплавы металла и нечистая поверхность шва; 7) наружные трещины в шве и основном металле. К внутренним порокам относятся: 1) непровар по кромкам основного металла; 2) несплавление валиков при многослойной сварке; 3) наличие шлаковых включений; 4) внутренние газовые поры; 5) внутренние трещины в шве и основном металле. Наружные пороки выявляются при осмотре сварной конструкции после зачистки швов. Внутренние пороки выявляются с помощью просвечивания рентгеном (рентгенографированием) и лучами радиоактивных элементов (гаммографированием), магнитным и ультразвуковым контролем, металлографическим анализом и механическими ис­пытаниями образцов, изготовленных из наплавленного металла и сварных соединений.

НАРУЖНЫЕ ПОРОКИ СВАРНЫХ ШВОВ

Неравномерное сечение шва по толщине и ширине. Этот по­рок часто встречается при ручной дуговой сварке у малоквали­фицированных сварщиков, не освоивших равномерное поступа­тельное движение электрода с поперечным колебательным двигателем. Отклонения в размерах швов: а - неравномерно сечение; б - несимметричность (ширина больше высоты); в ослаблено рабочее сечение; е - несоответствие профиля шва заданном); на чертеже.

Кроме того, неодинаковая ширина шва получается при плохой подготовке кромок, наличия неравномерных зазо­ров, неправильного подбора режима сварки, а также плохого формирования шва, вызванного ослаблено качеством покрытия электродов. При автоматической сварке основной причиной неравномер­ного сечения шва является неравномерный скос кромок. Неравномерные швы создают некрасивый внешний вид всей конструкции в целом. Несоответствие размеров шва запроектированным в черте­жах. Несоответствие размеров обычно снижает механическую прочность сварных соединений и подлежит исправлению. Этот порок встречается обычно при сварке внахлестку. При стыковых швах и швах внахлестку наружные размеры определяются толщиной свариваемых кромок. Швы уменьшенно­го против указанного на чертеже размера должны исправляться дополнительной подваркой. Увеличение размеров швов против заданных нежелательно, так как это ведет к излишним внутрен­ним напряжениям и деформациям и удорожает, сварку: увели­чивается расход электродов, электродной проволоки и флюсов, электроэнергии и затраты рабочей силы на сварку.

Подрезы на валиковых швах; б - на стыковых швах. На многих заводах считается допустимым при приемке швов больших сечений отступление от заданных размеров в сторону уменьшения на 1 мм, а в сторону увеличения на 2 мм. Фиг. 105. Подрез, обра­зующийся при неточном направлен и электрода в случае сварки валиковых швов под слоем флюса в нижнем положении. Подрезы. Подрезами называют продольные углубления, обра­зующиеся в основном металле по краям шва (фиг. 104). Подрезы получаются вследствие применения слишком большой силы тока при неправильном ведении процесса сварки. Подрезы - опасный и серьезный порок в сварных изделиях, так как они ослабляют сечение основного металла в наиболее опасной переходной зоне. Кроме того, подрезы, вызывая резкую местную концентрацию на­пряжений, могут служить причиной появления трещин. Избежать подрезов можно путем правильного подбора режи­ма сварки, внимательным наблюдением за движением электрода, а также выбором наиболее удобного для сварки положения шва в пространстве. Исправляются подрезы наложением тонкого шва электродом малого диаметра. Подрезы могут получаться при автоматической и полуавтоматической сварке под слоем флюса валиковых швов в нижнем положении. Основной причиной под­резов в этом случае является смещение электрода в сторону вер­тикальной кромки. Незаделанные кратеры получаются в результате небрежного и неумелого выполнения сварки. В месте кратера толщина шва резко уменьшается, что вызывает понижение прочности сварного соединения. При действии дина­мической нагрузки разрушение шва почти всегда начинаетсяс кратера, поэтому кратер необходимо обязательно заделывать. При сварке изделий из низкоуглеродистой стали заделка кратера может осуществляться как на самом шве, так и с вы­водом его на основной металл. На легированной стали кратеры должны заделываться только непосредственно на швах во избе­жание возникновения трещин в основном металле. Как уже отмечалось в главе VI, при автоматической сварке кратеры выводятся на специальные выводные планки. Пористость наружного слоя шва и внутренние газовые поры. Пористость в швах образуется при наличии газов, не успевших выделиться из жидкого металла при его быстром остывании. Причин образования пористости швов следующие: а) загрязнение свариваемой поверхности или электродной проволоки, маслом, краской, а также повышенная влажность покрытия или флюса. за повышенная скорость сварки на загрязнение свариваемой поверхности или электродной проволоки ржав иной, маслом, краской, а также повышенная влажность покрытия или флюса, повышенная скорость сварки, при которой ускоряется процесс затвердевания наплавленного металла и одновременно задерживается выделение газов; недостаточная раскисленность, насыщенность газами или окислами основного металла. Швы с большим количеством пор имеют низкую прочность и под ежат обязательному исправлению путем вырубки и по­вторной заварки металла находилась более продолжительное время в жидко сварку производить только по чистым кромкам; наложение шва вести с такой скоростью, чтобы ванна расплавленного металла находилась более продолжительное время в жидком состоянии. Для этого рекомендуется произво­дить кольцеобразные и петлеобразные возвратно-поступательные движения концом электрода; электроды и флюсы перед свар ой необходимо прокали­вать, Наплывы и нечистая поверхность шва. При быстром расплав­лении электрода наплавленный металл местами переполняет ванну и, растекаясь, застывает на основном металле, образуя местные наплывы. Наплывы могут быть в виде от­дельных капель, иногда наплывы имеют значительную протя­женность. При сварке под слоем флюса наплывы часто наблю­даются у валиковых швов, свариваемых в нижнем положении. Нечистая поверхность шва с каплями (брызгами) расплав­ленного металла и частицами шлака от покрытия непосредственно не оказывает отрицательного влияния на прочность шва, но указывает на небрежное выполнение и возможность существо­вания внутренних пороков. Швы необходимо защищать от остатков шлака, брызг метал­ла при помощи зубил, остроконечных молотков или других ин­струментов.

Наплывы при сварке валиковых швов; б - при сварке стыковых швов; при автоматической сварке, образующиеся из-за смещения элек­трода на верхний лист. Высокую производительность труда и хорошее качество обеспечивает очистка швов с помощью пневматических. Тре­щины при свар­ке од флюсом в валиковом шве. электрических машинок с закрепленной на валу стальной щет­кой. Наружные и внутренние трещины. Трещины в шве - один из самых опасных пороков, снижающих механическую прочность сварных изделий и зачастую делающих их непригодными к эксплуатации. Трещины в швах образуются под действием внутренних тер­мических напряжений, которые возникают при неравномерном нагреве и охлаждении сварных конструкций в процессе сварки. При сварке легированных сталей, чувствительных к закалке, по­мимо этого возникают также напряжения, вызываемые измене­ниями структуры. Совместное действие термических и структур­ных напряжений делает сварку легированных сталей более опасной в отношении образования трещин. Трещины в стыковых швах образуются чаще, чем в валико­вых. На валиковые швы термические напряжения влияют зна­чительно меньше. Различают трещины продольные и поперечные. Продольные трещины возникают чаще всего в кратере, а затем распростра­няются вдоль шва. В кратере металл при охлажден и испыты­вает растягивающие напряжения и более загрязнен вредными примесями, снижающими его пластичность. Поперечные трещины образуются преимущественно при сварке легированных сталей. Причем они часто располагаются на основном металле® зоне закалки, где пластично понижена. Помимо видимых (наружных) трещин, встречаются невидимые волосные трещины. Эти трещины особенно опасны, так как не могу быть обнаружены невооруженным глазом, Невидимые трещины чаще всего появляются на границе | сплавления наплавленного металла с основным из-за наличия с напряжений. В утренние пороки сварки в виде непровара невидимых частей, чаще всего появляются на границе сплавления наплавленного металла с основным из-за наличия ряжений. Внутренние пороки сварки в виде непровара кро­мок, крупных газовых пузырей или шлаковых включений так могут быть причиной возникновения трещин. На образование трещин оказывает сильное влияние избыточное содержание вред­ных примесей в наплавленном металле - серы и фосфора. Сера приводит к образованию «горячих трещин», образующихся при температуре выше 500-600°, а фосфор «холодных», образующих­ся при температуре ниже 500-600°.ба с трещинами сводится к получению наплавленного металла с повышенными пластическими свойствами. Необходимо также соблюдать правильный режим сварки, при котором с трещинами сводится к получению наплавленного металла с повышенными пластическими свойствами. Необходимо также соблюдать правильный режим сварки, при котором усадочные напряжения будут минимальными.


 

Непровар шва вместе с трещинами чрезвычайно опасен, так как резко снижает прочность.

 

Для предохранения швов от шлаковых включений необхо­димы следующие меры: 1) тщательная очистка поверхности свариваемых кромок и поверхности внутренних слоев швов при многослойной сварке металлографическими сварочной ванны, обеспечиваемое тщательная очистка поверхности свариваемых кромок и поверхности внутренних слоев швов при многослойной сварке; замедленное остывание сварочной ванны, обеспечиваемое увеличением шлакового покрова; усиленный прогрев и перемешивание расплавленного ме­талла, достигаемые путем выбора более сложного поперечного колебательного движения электрода. Образование внутренних газовых пор и внутренних трещи рассмотрено выше. В практике контроль сварных изделий организуется в сле­дующей последовательности: а) проверка квалификации свар­щиков; б) контроль качества исходных материалов; в) контроль оборудования и приспособлений; г) контр ль процесса сборки и сварки; д) контроль качества сварки швов и сварных соедине­ний (внешний осмотр, проверка на плотность, проведение ме­таллографического исследования, химического анализа, меха­нических испытаний и т. д.). Проверка квалификации сварщиков. Квалификация сварщи­ка определяется разрядом. Но для сварки объектов, инспектиру­емых Госгортехнадзором, сварщик должен иметь официальное разрешение (право), которое он получает после удовлетворительной сдачи теоретических и практических испытаний, про е­денных согласно правилам Госгортехнадзора (см. приложения). Сварщику, выдержавшему испытание, выдается паспорт или удостоверение, где указываются марка металла, конструкции изделий и расположения швов (нижние, вертикальные, горизонтальные, потолочные), которые он имеет право сваривать. Сварщики, имеющие паспорта, периодически, не реже одного раза в год, подвергаются контрольным испытаниям. Особое вни­мание следует обращать на подготовку сварщиков, допускаемых к сварке специальных легированных сталей: нержавеющих, жа­ропрочных и др. Контроль качества исходных материалов. К исходным мате­риалам относится свариваемый металл, электроды, сварочная проволока и флюсы. Заказ-323 Контроль свариваемого металла состоит в проверке химичес­кого состава, механических свойств и внешнего вида. Каждая партия стали, как правило, отправляется заводом-изготовителем вместе с сертификатом, в котором указаны номер плавки, химический состав и механические свойства. При наличии сертифика­та контроль стали сводится к сравнению свойств стали по сер­тификату с требованием проекта на изготовление сварных кон­струкций. У сталей, не имеющих сертификата, проверяются хи­мический состав и механические свойства (при растяжении, относительное удлинение и ударная вязкость) и проводится металлографическое исследование. Соответствие марки электродов и механических свойств на­плавленного металла требованиям, проекта проверяется также по сертификатам, представляемым поставщиком электродов. Если сертификаты не дают нужных характеристик или электроды совсем не имеют сертификатов, образцы наплавленного металла от каждой партии электродов подвергаются механическим испы­таниям для определения предела прочности, относительного удли­нения и ударной вязкости. Испытания механических свойств проводятся по ГОСТ 6696-54, а полученные данные должны удовлетворять требованиям ГОСТ 2523-51 и ГОСТ 9647-60. Подобным образом проверяется качество сварочной про­волоки и флюса при полуавтоматической и автоматической сварке. Технологические свойства электродов со временем изменя­ются, особенно при хранении в сыром месте. Поэтому рекомендуется, вне зависимости от наличия сертификата (паспорта) перед сваркой проверить электроды: определить разбрызгива­ние, пористость шва, характер шлака и др. Контроль сборочных приспособлений. Конт­роль оборудования и сборочных приспособлений заключается в определении их исправности, возможности выполнения на них аварки »по заданной технологии при соблюдении требований техники безопасности и промышленной санитарии. К основному оборудованию относятся: сварочные генераторы или трансформаторы с ре­гуляторами, многопостовые установки, полуавтоматы и автоматы для сварки под слоем флюса, различные приспособления для сборки и сварки, сборочные плиты или стеллажи и нагревательные установки. Контроль процесса сборки и сварки. Перед сборкой детали осматриваются для определения качества поверхности и кромок (трещины, надрывы, окалина, ржавчина, масло, грязь не допус­каются). При контроле сборки необходимо обращать особое внимание на правильное расположение деталей по чертежу, на припуски для компенсации возможных деформаций, на величину зазоров, на места и порядок расположения прихваток и, нако­нец, на правильность действия приспособлений. При контроле за процессом сварки проверяется правильность выполнения всех операций сварки. Обязательно контролируются температура подогрева изделия (при сварке с подогревом), температура окружающей среды, правильность выбранного рода сварочного тока, полярность, сила сварочного тока, дл на дуги, движение электрода и скорость сварки, правильность последо­вательности заполнения многослойных швов и наложения каж­дого шва в отдельности. Сварочный пост должен быть снабжен приборами: амперметром для проверки силы тока, вольтметром для проверки напряжения на дуге. Наружный осмотр сварных швов. Все швы изделия обяза­тельно подвергаются наружному контролю. Наружный осмотр проводится квалифицированным и опытным контролером после тщательного удаления с поверхности шва шлака, окалины, брызг, грязи, ржавчины, масла и т. д. Известен ряд признаков, по которым судят о возможных дефектах внутри шва. Грубая чешуйчатость шва со шлаковыми вкраплениями и ноздреватость дают основание предполагать о повышенной пористости шва. Неравномерность складок (че­шуек), разная ширина и высота шва указывают на частые об­рывы дуги и изменение ее мощности, что обычно ведет к непроварам и неплотностям шва. Следует обращать внимание на наличие подрезов, которые вызывают ослабление сварного соединения. Наплывы свиде­тельствуют о наличии в шве непроваров по той кромке, на кото­рой имеется наплыв металла. Особенно тщательно следует осматривать кратеры. Слишком ноздреватый кратер указывает на чрезмерно повы­шенную силу сварочного тока и возможную пористость; слишком малый кратер свидетельствует о малой силе тока, а следова­тельно, о непроваре. В кратере раньше других мест могут обра­зоваться трещины. При наружном осмотре шва с помощью лупы можно обнаружить волосные трещины, выходящие на поверхность наплавлен­ного и основного металлов. При наружном осмотре проверяются размеры швов, указан­ные на чертеже, при помощи специальных шаблонов или других измерительных приборов, имеющихся у контролера и у сварщика. Контроль швов на непроницаемость. Контроль швов на не­проницаемость применяется в сварных изделиях, предназначен­ных для хранения жидкостей, газов или работающих в условиях вакуума. Испытание на плотность производится после предвари­тельного контроля сварных швов наружным осмотром. Эти испытания выполняются с помощью керосина, а также воздуха или воды под давлением. Способы испытания зависят от назначения конструкции и технических условий на изготовление. Испытания на плотность обычно производятся не менее двух раз: предварительное для выявления пороков и повторное после их исправления. Испытание керосином. Для испытания открытых сосудов и различны стационарных резервуаров часто используется ке­росин. Швы сосудов для лучшего выявления пороков покрывают­ся мелом, разведенным на клее. Швы с обратной стороны обиль­но смазывают керосином и выдерживают от 10 мин. до 3 час, в зависимости от толщины материала и назначения конструкции. При многократном смазывании керосином время выдержки зна­чительно сокращается. Время испытания указывается в техни­ческих условиях. Если в течение установленного времени на поверхности шва, покрытого меловой краской, не появились жирные темные пятна керосина, то данный сварной шов считает­ся выдержавшим испытание. Испытание воздухом. Испытание сжатым воздухом применя­ется только для закрытых сосудов. Для испытания в сосуд с предварительно заглушёнными отверстиями подается сжатый воздух под давлением 1,0-2,0 атм. Снаружи все швы смачива­ются мыльной водой, и сжатый воздух, выходя через неплотно­сти, образует мыльные пузыри, по которым определяют пороки в швах и исправляют их. Необходимо отметить, что испытание воздухом при непра­вильной подготовке изделий или подаче воздуха без чувстви­тельного манометра и предохранительного клапана представля­ет значительную опасность. Крышки и заглушки перед испыта­нием должны быть надежно закреплены. Применять сжатый воздух давлением свыше 2 атмосфер не рекомендуется вследствие опасности разрушения конструк­ций. Гидравлическое испытание. При гидравлическом испытании проверяется прочность и плотность различных сосудов, котлов и трубопроводов, работающих под давлением. При этом испыта­нии сосуд с плотно закрытыми отверстиями наполняется водой. Воздух из него выходит через верхнее отверстие, которое после заполнения также заглушается. Затем давление доводится до необходимой величины, и сосуд подвергается тщательному осмотру. Швы, имеющие пороки, дают течь и потение, а слабые места даже разрушаются. После выдержки и осмотра давление в сосуде доводится до рабочего, и металл сосуда на расстоянии 15-20 мм от швов подвергается отстукиванию легкими ударами молотка (весом 0,4--1,5 кг) с круглым бойком для предупрежде­ния образования вмятин. Величина давления при испытании устанавливается соответствующими инструкциями по контролю и правилами освидетельствования. Обычно испытательное дав­ление на 25-100% больше рабочего. Рабочее место, где произ­водится 0,4--1,5 должно быть оборудовано в соответствии с правилами по технике безопасности. Испытание аммиаком по способу, предложенному С. Т. Наза­ровым. При этом способе внутрь испытуемого изделия подается аммиак в количестве 1% от объема воздуха, находящегося в изделии при нормальном дав­лении. После этого в сосуд на­гнетается воздух до давления, принятого для испытания. Швы, подлежащие испытанию, покрываются бумажной лен­той, пропитанной 5%-ным вод­ным раствором азотнокислой ртути. Бумажная лента может быть заменена обычным меди­цинским бинтом, пропитанным тем же раствором. Бинт более выгоден, так как после про­мывки в воде вновь пригоден к употреблению. При наличии в шве пор, трещин или других дефектов, влияю­щих на плотность швов, аммиак проходит через них и действует химически на пропитанную азотнокислой ртутью бумагу. В мес­тах неплотностей на бумаге остаются черные пятна. Выдержка под давлением составляет 1-5 мин., после чего бумаг (или бинт) снимают. Она служит документом при определении каче­ства шва. Схема испытания плотности аммиаком показана на фиг. 110. Испытание аммиаком более производительно, дешевле и точ­нее, чем способ испытания воздухом. Большим преимуществом проверки на плотность швов амми­аком является возможность применить этот способ в зимних условиях при низких температурах.


 

Схема испытания плотности швов аммиака. Обнаружение неплотностей в сварном шве галоидным течеискателем типа ГТИ-2. Для выявления полной непроницаемости сварных соединений в сосудах, работающих в условиях глубо­кого вакуума или в сосудах (системах), в которых находятся под давлением различные газы (или воздух), с успехом может быть применен весьма чувствительный галоидный течеискатель типа ГТИ-2. С его помощью выявляются такие микроскопиче­ские неплотности, через которые в течение года вытекает 0,5 г фреона (Ф-12) под давлением 5-6 атм. Течеискатель ГТИ-2 - переносный прибор, состоящий из вы­носного щупа, оформленного для удобства пользования в виде пистолета, и измерительного блока (электроаппаратуры с регу­лирующими и измерительными устройствами). Питание произво­дится от сети переменного тока промышленной частоты напряжением 220 в. Вес выносного щупа 2 кг, измерительного блока 11,5 кг. При отыскании неплотностей в сосуде или другом каком-либо объекте его предварительно испытывают сжатым воздухом для выявления сравнительно больших течей и устранения их. Затем внутренний объем сосуда заполняется газом, содержащим га­лоиды - фреон, четыреххлористый углерод, хлороформ, под давлением, несколько превышающим атмосферное. Эти газы могут применяться как в чистом виде, так и в смеси с воздухом. По шву, который проверяют, медленно проводят наконечник щупа. Появление звукового сигнала (увеличение частоты звука) и отклонение стрелки выходного прибора указывают на наличие неплотности в шве. Прибор ГТИ-2 удостоен Золотой метали на Всемирной вы­ставке 1958 г. в г. Брюсселе. Рентгеновское просвечивание. Рентгеновские лучи, представ­ляющие собой электромагнитные колебания с очень короткой волной, способны проникать сквозь непрозрачные предметы и металлы. Изготовляемые отечественной промышленностью рентгенов­ские аппараты для контроля сварных соединений в цеховых условиях предназначены для просвечивания сварных швов при сварке металла толщиной до 80-100 мм. Рентгеновским просвечиванием можно выявить в сварном шве трещины, непровары, газовые поры, шлаковые включения, вели­чина которых составляет не менее 2% толщины просвечиваемого металла. Все эти дефекты при просвечивании фиксируются на фотопленку. При контроле сварных соединений из легких сплавов (алю­миний, дюралюминий и др.) вместо фотопленки применяется флюоресцирующий экран. Схема рентгеновского просвечивания показана на фиг. Для получения снимка пучок рентгеновских лучей направ­ляется от трубки на шов, а снизу шва устанавливается кассета с рентгеновской пленкой. Все стыковые соединения просвечиваются в перпендикуляр­ном к шву направлении и в направлении плоскости скоса кромок на одной линии в количестве более трех с расстоянием между ними равным трехкратной величине дефектов или ме­нее ее; К скоплению дефектов (группа В) относятся дефекты с груп­повым расположением в количестве более трех. Расстояние меж­ду ними равно трехкратной величине и менее. Размеры дефектов указываются в миллиметрах. При наличии группы дефектов одного вида, но разных размеров указывается средний ил преобладающий размер. Если выявлены дефекты, размеры которых значительно превышают средний или преобла­дающий, то они отмечаются отдельно. В заключении по рентгеновским снимкам каждая группа дефектов указывается отдельно и обозначается следующими знаками: буквой сокращенного названия дефекта; буквой, определяющей группу дефектов; цифрой, указывающей размер дефекта; цифрой, которая определяет количество дефектов или протя­женность дефектного участка шва. Если на снимке не обнаружены дефекты по какой-либо груп­пе или по всем группам, то этот результат в заключении указы­вается соответствующим буквенным обозначение и знаком нуль (0), Например, на рентгеноснимке, сделанном на участке шва длиной 150 мм, обнаружены такие дефекты: цепочка из пор раз­мером в среднем 1,5 мм на протяжении 45 мм, 7 шлаковых вклю­чений размером по 3 мм и две продольные трещины по 10 мм, непровара шва нет. В заключении по снимку эти результат за­писываются в таком виде: ПБ-1,5-45; ША-3-7; Тпр-10-2; Н-0. Результаты каждого рентгеноконтроля шва заносятся в специ­альный журнал. Оценку по качеству сварного шва производят в зависимости от регламентированных (допускаемых) дефектов, которые ука­заны в технических условиях или других руководящих материа­лах. Безусловно, годными считаются такие соединения, в кото­рых все дефекты будут обозначены нулевыми знаками. Оценка качества сварных швов может также производиться методом сравнения контрольных рентгеноснимков с эталонными снимками. При этом эталонные снимки должны быть утвержде­ны соответствующими ведомствами. Просвечивание гамма-лучами радиоактивных элементов. Гам­ма-лучи, получающиеся вследствие распада радиоактивных эле­ментов, имеют высокую проникающую способность. Благодаря более короткой длине волны гамма-лучи способны просвечивать сталь на толщину до 300 мм. В СССР для просвечивания сварных швов используются ра­дий, радиоактивный кобальт, цезий и др. Радиоактивные веще­ства упаковываются в ампулы. Для хранения и переноски их применяются свинцовые контейнеры.

Показана схема просвечивания сварных швов гамма-лучами. На испытываемый участок сварного шва устанав­ливается кассета с рентгеновской пленкой, а с другой стороны - ампула на расстоянии 300-600 мм. Выявленные дефекты фикси­руются на пленке.

Гамма-лучи действуют во всех направлениях с одинаковой силой. Это свойство используется для просвечивания за одну.Схема контроля швов ультразвуком по кругу. Гамма-лучи дают возможность выявлять дефекты размером т 2 о 5% от толщины просвечиваемого материала. Оценка качества сварных соединений производится по ГОСТ 7512-55. По сравнению с рентгеновскими лучами просвечивание гам­ма-луча и обладает следующими преимуществами: большая проникающая способность; простота съемки; простота аппарату­ры; возможность просвечивания в полевых условиях, так как не нужен источник энергии; возможность просвечивание в узких труднодоступных местах. Недостатки: требуется большое время экспозиции, меньшая чувствительность к выявлению дефектов при малых толщинах материала (до 50 мм). Контроль ультразвуком. Этот метод контроля основан на спо­собности звуковых колебаний, имеющих частоту более 20 кг распространяться с определенной скоростью в различных средах, и в частности в металле. В контролируемое изделие ультразвуковые колебания вво­дятся с помощью пластины излучателя, оформленной в виде щупа, соединенного с импульсным генератором гибким шлангом. Место приложения щупа к изделию покрывается тонким слоем масла, чтобы обеспечить проникновение колебаний в изделие. Для обеспечения нормального прохождения колебаний поверх­ность контролируемого изделия должна быть ровной. При прохождении через металл ультразвуковые колебания будут отражаться от границы раздела металл - воздух. Такой границей будет задняя стенка изделия или дефекты сварного шва: поры, раковины, несплавления. Отраженные колебания через некоторый промежуток времени возвращаются обратно, вызывая появление электриче­скиmso-ascii-font-family: Calibri; mso-hansi-font-family: Calibri; mso-bidi-font-family: Ca height=img src=libri;х импульсов, которые усиливаются и подаются на вертикаль­ные пластины электронно-лучевой трубки и фиксируются на экране этой трубки в виде всплесков. Если в сварном соединении дефектов нет, то колебания отра­зятся от задней стенки. Если дефекты есть, то часть колебаний отразится от дефекта, а часть от задней стенки. Колебания, отраженные от дефекта, приходят на щуп раньше, чем от задней стенки. На экране будут два всплеска. По расстоянию между ними можно судить о глубине залегания де­фекта. Благодаря хорошей проникающей способности ультразвуко­вых колебаний этот метод контроля нашел промышленное при­менение при установлении качества многих ответственных свар­ных изделий и, в частности, трубопроводов высокого давления, паровых котлов, химических аппаратов, мостов и др. Для того вида контроля промышленностью выпускается ряд дефектоскопов, получивших сокращенное название УЗД (УЗД-7Н, УЗД-НИИМ-2, УЗД-12). Эти дефектоскопы позволяют определить глубину залегания дефекта и его размеры, э Контроль ультразвуком применяется, главным образом, для стыковых швов при толщине металла не менее 15 мм. К недостатку контроля ультразвуком относится невозможность. установить форму дефекта. В связи с этим ультразвук применяют обычно в сочетании с рентгено- или гаммографированием. При этом с помощью ульт­развукового дефектоскопа проверяют весь сварной шов. Подо­зрительные участки сварного шва в последующем подвергают рентгено- или гаммографированию. Механические испытания сварных соединений. Механические испытания выявляют качество наплавленного металла и сварно­го соединения в целом и широко применяются при определении качества сварки ответственных конструкций (подъемно-транс­портных машин, котлов, и т. д.). Механические испытания сварных соединений регламентированы ГОСТ 6996- 54. Однако число вырезаемых образцов ограничивается трудно­стями заделки мест выреза, а ограниченное количество образцов не может отразить полного состояния всех швов. Поэтому этот вид испытаний является дополнительным. Контроль с помощью засверловок. Этим способом могут вы­являться: 1) непровары по границе шва и между отдельными слоями; 2) газовые и шлаковые включения; 3) трещины в шве и в местах сплавления.

Контроль качества швов засверловкой.

Засверловка швов производится ручной пневматической или электрической дрелью, сверлом с углом заточки 90°. Сверло следует подбирать так, чтобы было вскрыто все сечение шва и захвачен основной металл по 1,5-3,0 мм на сторону. При швах шире 20 мм сверление отверстий производится на части шва с обязательным захватом зоны сплавления. Сверление про­изводится до вскрытия вершины шва. Стенки засверленного от­верстия должны иметь гладкую поверхность. Для выявления границ сплавления засверленное место про­травляют химическим реактивом (хорошие результаты дает ре­актив: двойная соль хлорной меди и аммония 10 а на 100 см3 ©оды). Осмотр засверленной лунки после травления производит­ся невооруженным глазом или с помощью лупы. При обнаруже­нии непровара или иных пороков шва в одной лунке производят дополнительное сверление для определения их границ. Участки шва, имеющие пороки, должны вырубаться и завариваться вновь. Места и количество отверстий устанавливаются в соответст­вии с размерами конструкций и длиной швов, но не менее трех на конструкцию. Засверленные отверстия в швах ответственных конструкций (котлах, трубопроводах и др.) подлежат заварке; в строительных конструкциях они часто остаются не заваренными.


 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМЫ ВРЕМЕНИ И НОРМЫ ВЫРАБОТКИ

Нормированием сварочных работ определяются нормы вре­мени, нормы выработки, нормы расхода электродов и электро­энергии. Правильно поставленное нормирование - важный фак­тор процесса сварки и снижения себестоимости продукции. Нормы в современном производстве должны стимулировать увеличение производительности труда, экономию материалов и средств. Поэтому они не должны быть среднеарифметическими величинами, формально составленными на основе среднего уровня производительности, расхода электро­дов и электроэнергии. Нормы времени и расхода электродов должны отвечать требованиям, предъявляемым к среднепрогрессивным нормам, базирующимся на опыте работы передовых ра­бочих, на строгом техническом расчете. Под нормой времени понимают время, которое необходимо затратить для выполнения единицы определенной работы. За единицу работы при определении нормы времени в сварочном производстве 1 кг наплавленного металла, или 1 м сварного шва, или одно сварное изделие. Наиболее часто норму времени выражают в минутах на 1 метр шва. Под нормой выработки понимают количество работы, которое необходимо выполнить за единицу времени. Часто норму выработки выражают в метрах сварного шва, выполненных за смену или за 1 час работы. Нормы времени (Г) складываются из основного (t0CH), вспо­могательного (tecn), подготовительно-заключительного (tnod2.3QKA) времени, времени на обслуживание рабочего места (to6cjl) и на отдых.

Основное (или машинное) время - это время непосредствен­ного наложения шва, время горения дуги. Во вспомогательное время входят затраты рабочего времени на смену электрода, установку новой бухты проволоки, засыпку и уборку флюса, зачистку шва от шлака, промер и осмотр сварного шва, укладку и снятие изделия, зачистку свари­ваемых кромок и переходы во время сварки. В подготовительно-заключительное время входят затраты ра­бочего времени на получение производственного задания, указа­ний и инструкций, на ознакомление с работой и сдачу работы. Время на обслуживание рабочего места это - затраты рабо­чего времени на подключение кабеля к сварочному агрегату, включение и выключение агрегата, отключение и сворачивание кабеля, уборку рабочего места и др. Чтобы определить норму времени по приведенному выше уравнению (1), необходимо прежде определить все составляю­щие, входящие в уравнение. Расчетным путем наиболее точно можно определить только основное время. Для его определения пользуются уравнением:

(3) В уравнениях (2) и (3) вес наплавленного металла или пло­щадь сечения шва можно определить по табл. 45-50 или подоб­ным таблицам, а при отсутствии таблиц - по размерам шва, ко­торые можно взять из чертежа на сварное изделие или из норма­лей сварных соединений, а также из замеров выполненных швов. Удельный вес металла шва при сварке сталей принимают равным 7,8 г/см. Коэффициент наплавки берут из табл. 22, 24, 27, 30, 33; силу сварочного тока - из технологических карт на сварку изделия.


 

Как правило, швы, выполненные ЭШС, отличаются высокими прочностными показателями, химической однородностью, отсутствием неметаллических включений и трещин. Однако при нарушениях технологического процесса сварки и техники выполнения швов могут возникать дефекты, отрицательно сказывающиеся на работоспособности сварного соединения. К дефектам, образующимся в швах при ЭШС конструкционных углеродистых и низколегированных сталей, можно отнести трубчатые поры, кристаллизационные (горячие) трещины в металле шва, трещины в около шовной зоне, шлаковые включения, усадочные трещины и несплошности по оси шва, непровары и несплавления, неметаллические включения, а также дефекты поверхности шва.

Трубчатые поры (рис. 107, а) образуются при неблагоприятных условиях дегазации металлической ванны при выделении окиси углерода. Кристаллизационные трещины являются наиболее распространенным дефектом, встречающимся практически во всех сталях. Чаще всего они возникают в швах изделий при жестком закреплении кромок, например на участке замыкания кольцевого стыка, а также при малых коэффициентах формы шва. Трещины располагаются по оси шва по границам дендритов. На поверхность шва они не выходят.

Холодные трещины чаще всего встречаются при ЭШС среднелегированных сталей. Образуются они в интервале температур от 200 °С и ниже. Причиной появления трещин можно считать низкую деформационную способность металла при закалке, а также возникновение деформаций от фазовых превращений при неравномерном охлаждении. Чаще всего холодные трещины-отколы возникают по линии сплавления, а трещины-надрывы - в около шовной зоне. Для предотвращения трещин применяют режимы сварки с небольшими скоростями подачи электродов, с предварительным и сопутствующим подогревом до температуры 150...200 °С. Шлаковые включения, усадочные трещины, непровары, несплавления образуются при грубых нарушениях техники и технологии ЭШС.

ПОДГОТОВКА ДЕТАЛЕЙ К СВАРКЕ

Кромки под ЭШС разделывают, как правило, под прямым углом. При сварке изделий из металлопроката подготовку торцевых поверхностей кромок выполняют термическими способами разделительной резки, а для деталей, изготавливаемых из литья, поковок, а также из легированных сталей, - механической обработкой (токарной, фрезеровкой или строжкой). Допускаемая величина отдельных гребешков и выхватов при термической резке - до 3 мм, а наибольшее отклонение от прямоугольности кромки - до 4 мм.

Иногда при ЭШС литых деталей кромки последних вообще могут не обрабатываться. Зазор под ЭШС, образуемый между двумя свариваемыми кромками, является одним из важнейших технологических параметров. Различают расчетные и сборочные зазоры. Расчетный зазор регламентируется чертежом сварной конструкции, а сборочный зазор устанавливается технологическим процессом и учитывает деформации при сварке.

Для компенсации деформации, связанной с угловым поворотом деталей при сварке, сборочный зазор делают клиновидным, расширяющимся кверху (рис. 108). Угол раскрытия зазора определяется нижним и верхним сборочными зазорами (Ьв и Ьн) и длиной стыка деталей. В зависимости от марки стали, способа ЭШС, ее режима и условий закрепления принимают у = 1...2° (0,02...0,03 рад).

Соединение свариваемых деталей между собой при сборке производят скобами, привариваемыми вдоль стыка через 500... 1000 мм. Внизу, в начале стыка, устанавливают так называемый входной карман для разведения шлаковой ванны, а вверху - выходной карман для вывода усадочной рыхлости образующейся в конце шва. После сварки карманы срезают газовой резкой. При ЭШС однотипных изделий входной и выходной карманы делают медными водоохлаждаемыми.

Элементы сварных соединений при ЭШС классифицируют по поперечным сечениям швов и форме их продольного сечения.

Швы применяют в сочетании со всеми типами сварных соединений, причем качественное сварное соединение может быть получено при отклонении оси шва от вертикали не более чем на 15...20°. Кольцевые швы выполняют обычно стыковыми. Техника ЭШС кольцевых швов более сложная, поэтому допуски на смещение кромок необходимо задавать более жесткими. Наибольшая разность диаметров соединяемых деталей должна быть не более 1 мм, а смещение кромок 0,5... 1 мм. При сварке кольцевых швов цилиндрических изделий большого диаметра с малой толщиной стенки, изготавливаемых из проката без механической обработки кромок, смещение последних допускается до 3 мм.

Наиболее трудна сварка швов сложной формы, выполняемая по профилю проектного сечения. В ряде случаев сечение дополняют до прямоугольной формы пластинами из проката или местными приливами в сварно-литых конструкциях.


 

Для формирования наружной поверхности шва применяют медные водоохлаждаемые ползуны или неподвижные накладки (рис. 110). Ползуны применяют при ЭШС проволочными электродами и устанавливают их на подвесках сварочных аппаратов, а переставные накладки - при сварке пластинчатыми электродами и плавящимся мундштуком. Медные накладки крепят и поджимают к свариваемым кромкам с помощью электромагнитов или с помощью клиньев и Г-образных планок из листа толщиной 10... 15 мм, привариваемых к изделию по всей длине стыка через 250...400 мм.

Многолетний опыт применения ЭШС показал, что наиболее ответственным элементом аппаратуры для сварки проволокой является мундштук (или мундштуки), с помощью которого (которых) осуществляют направление электродной проволоки в шлаковую ванну и подводят к проволоке сварочный ток. Существуют две конструкции мундштуков: роликовый и трубчатый (рис. 111). Роликовый мундштук применяют лишь для сварки металла толщиной до 150 мм. Трубчатые мундштуки позволяют более точно регулировать положение электродной проволоки в зазоре, что обеспечивает равномерный провар кромок.

Существующая конструкция мундштуков не обеспечивает длительной стойкости направляющих трубок: происходит их интенсивный износ. Как правило, после 8...12 ч работы наконечник направляющей трубки прорезается проволокой, поэтому возникает необходимость замены мундштука. При более длительном времени сварки стыка обычно используют два сварочных аппарата: когда износ мундштуков достигает критического, выключают и отводят от стыка первый аппарат и быстро, пока сохраняется шлаковая ванна в жидком состоянии, подводят второй аппарат и продолжают процесс сварки.

На надежность процесса ЭШС и качество соединений влияет чистота поверхности электродной проволоки, равномерность намотки ее на катушку. Очистку и намотку проволоки обычно совмещают в одном устройстве. Проволока из бухты, уложенной на вертушке, проходит через трубу или короб, наполненный флюсом, и с помощью электропривода наматывается на катушку. Но очистка поверхности проволоки от мыльно-графитовой смазки с помощью флюса ненадежна, поэтому лучше применять абразивную очистку проволоки на специальных станках с гидравлическим приводом намотки.

Другим важным фактором является стабильность поступления воды в формирующие устройства. Вода для охлаждения формирующих устройств поступает из цеховой магистрали или от системы автономного водоснабжения. Расход воды 15...25 л/мин для каждого устройства. Давление воды 0,2...0,3 МПа. В монтажных условиях при отрицательной температуре применяют установки автономного охлаждения антифризом.

По типу применяемого электрода различают аппараты для ЭШС электродными проволоками, пластинчатыми и ленточными электродами, а также плавящимся мундштуком. По числу электродов и способу их подключения к источнику питания аппараты могут быть одно или многоэлектродными, однофазными или трехфазными. По наличию устройств для перемещения вдоль свариваемых кромок аппараты делятся на самоходные (рельсовые и безрельсовые) и подвесные. В зависимости от способа принудительного формирования шва бывают аппараты со скользящими ползунами или с переставляемыми накладками. Например, аппарат рельсового типа А-535 обеспечивает вертикальное перемещение формирующих ползунов по мере образования шва и поперечные колебания электродов в сварочной ванне. Его применяют для сварки прямолинейных и кольцевых швов стыковых и угловых соединений проволочными и пластинчатыми электродами. На базе этого аппарата создан автомат АШ-112 с тремя индивидуальными приводами подачи проволоки. Он обеспечивает механизированное изменение "сухого" вылета электрода в процессе сварки и имеет систему автоматизированного контроля режимов сварки на базе микропроцессора с электронным программатором, а также индикатор уровня сварочной ванны.

Безрельсовые аппараты перемещаются непосредственно по поверхности свариваемых заготовок, по одной или двум кромкам. Одноэлектродный аппарат А-612 для сварки прямолинейных швов состоит из двух тележек, расположенных по обе стороны свариваемого стыка. Тележки пружинным устройством через тягу, проходящую в зазоре между кромками, притягиваются к изделию. К тележкам подвешены ползуны. Передняя тележка - приводная. На ней закреплены механизм подачи электродных проволок с мундштуками, механизм поперечных колебаний и пульт управления.

Автомат А-550 У предназначен для сварки пластинчатым электродом большого сечения, который прикрепляют к зажиму, связанному с суппортом винтового механизма. По мере оплавления электрода кронштейн с зажимом опускается. Зажим служит сварочным токоподводом. Аппараты для ЭШС плавящимися мундштуками содержат механизм подачи одной или нескольких проволок и токоподводящее устройство к плавящемуся мундштуку. Они предназначены для сварки стыковых соединений любой формы сечения. Аппараты крепятся непосредственно на верхней кромке свариваемого изделия или подвешиваются над стыком. Подающие механизмы аппарата А-645 обеспечивают подачу шести проволок диаметром 3 мм, А-1304 - четырех, а АШ-113 - трех. Эти аппараты предназначены для сварки плавящимися мундштуками стыковых соединений с любой формой сечения.

Приведенные примеры не исчерпывают всего многообразия применяемых для ЭШС аппаратов, однако они дают представление о принципах работы таких аппаратов.

Электрошлаковые аппараты комплектуются источниками питания переменного тока: трансформаторами однофазными ТШС-1000-1, ТШС-3000-1, ТШС-10000-1, ТРМК-3000-1 и трехфазными ТШС-1000-3, ТШС-3000-3. Для ЭШС на постоянном токе используют преобразователи и выпрямители с жесткой внешней вольтамперной характеристикой.

Сварочные материалы

При ЭШС используют электродную проволоку диаметром 3...5 мм по ГОСТ 2346-70 и флюсы по ГОСТ 9087-69. Опыт применения ЭШС показал, что при сварке протяженных стыков углеродистых и низколегированных сталей электродными проволоками Св 08А, Св 08ГА, Св 08Г2С лучшими технологическими свойствами обладают флюсы АН-8, АН-8М, а при сварке легированных сталей - АН-22. Все флюсы (табл. 22), применяемые для ЭШС, плавленные.

Флюсы для ЭШС обеспечивают быстрое и легкое начало электрошлакового процесса и поддерживают устойчивое его течение даже при небольшой глубине сварочной ванны, не отжимают ползуны от кромок свариваемого изделия, обеспечивают хорошее формирование поверхности шва и образуют легко отделяемый шлак. Эти флюсы имеют высокую температуру кипения.


 

Общая длительность изготовления сварной конструкции складывается из длительности основных операций (заготовительных, обрабатывающих, сборочных, сварочных, отделочных) , вспомогательных (контрольных, транспортных) и дополнительного времени (операции обслуживания, пролеживание деталей между операциями и др.). Норма времени Т на основные операции (резка, сборка, сварка) слагается из пяти элементов: подготовительного времени /п, основного времени t0, вспомогательного времени /в, дополнительного времени /д и заключительного времени. Подготовительное время выделяется на получение рабочим задания, на подготовку и наладку оборудования я приспособлений. Основное технологическое время — время выполнения непосредственно основной операции (время горения дуги при сварке, время резки). Вспомогательное время включает время на смену электродов, очистку кромок и швов, их осмотр, клеймение, переходы на другую позицию и пр. Сумма основного и вспомогательного (неперекрываемого) времени называется оперативным временем t0nev=t0+tB. Дополнительное время предусматривается на обслуживание рабочего места, на отдых и естественные надобности. Заключительное время расходуется на приведение в поря док рабочего места после окончания работы и на сдачу работы. Сумма подготовительного и заключительного времени называется подготовительно-заключительным временем Таким образом, норму времени Т на основные операции можно представить. При укрупненном нормировании общее время Т обычно определяют через одновременное время t0 и коэффициент учета организации труда Куч по формуле T=tJKy4. Коэффициент зависит от условий сварки и организации труда; чем выше /Су9, тем выше организация труда. При ручной сварке Куч=0,25-т-0,40, при автоматической — 0,60—0,80. Примерная трудоемкость работ сварочных цехов мелко серийного и серийного производства приведена в табл. 21.

Как видно из таблицы, трудоемкость сварки составляет примерно одну треть общей трудоемкости изготовления сварной конструкции, поэтому дальнейшее сокращение времени изготовления сварных конструкций, наряду с механизацией и автоматизацией самого процесса сварки, предусматривается за счет комплексной механизации и автоматизации всех производственных процессов, составляющих технологический цикл изготовления сварной конструкции (заготовительных, обрабатывающих, сборочно-сварочных, отделочных, контрольных и вспомогательных). Исходным объектом нормирования при определении основного времени на сварку и резку является участок прямолинейного шва, выполненного в нижнем положении. Для учета вида, положения и протяженности швов изготовляемого изделия при определении основного времени применяют поправочные коэффициенты приведенные в табл. Нормирование времени на сварку и резку Нормирование ручной дуговой сварки. Основное время t0> мин, т. е. время горения дуги, определяется выражением to=60Fnly/(aH/св), где Fa — площадь поперечного сечения наплавленного металла шва, см5?; / — длина шва, см; ун — удельная плотность наплавленного металла, г/см3; ан — коэффициент наплавки, г/ /(А'ч); /св — сварочный ток, A; FJyB==GH — масса наплавленного металла, г. Площадь поперечного сечения FH зависит от типа шва, вида сварки, разделки и может быть определена как сумма площадей элементарных геометрических фигур, на которые разбивается сечение наплавленного металла (см. рис. 27). Плотность наплавленного металла принимается равной плотности основного металла (для стали Y=7,85 Г/СМ3). Сила тока устанавливается в зависимости от марки и диаметра электрода, толщины металла, вида и положения шва при сварке (см. § 11). Значение ан, зависящего от рода сварочного тока, его полярности и плотности, типа электрода, указывают по каждой марке электродов. Основное время, мин, сварки шва погонной длиной 1 м при однопроходной сварке to=60yaF/(anIcl). При многопроходной сварке основное время определяется как сумма времени всех проходов. Вспомогательное время делится на время, связанное с выполнением сварных швов (время на смену электродов, осмотр и очистку кромок свариваемых деталей, очистку швов от шлака и брызг расплавленного металла, измерение и клеймение швов и т. д.), и на время, связанное со сварным изделием (время на установку, повороты, закрепление и снятие его, перемещение сварщика с инструментом и т. д.). Время обслуживания рабочего места при ручной дуговой сварке составляет в среднем 3—5% 4пер> время на отдых и личные надобности принимается в среднем 5—15%.опер в зависимости от условий сварки. При сварке в удобном положении оно составляет 5—7%, в неудобном ~9, в напряженном ~13% от /0ПЕР. Подготовительно-заключительное время /п 3 в серийном производстве принимается 2—4% tonev. В единичном производстве значительно и колеблется в широких интервалах в зависимости от сложности свариваемого изделия и его положения. Нормирование газовой сварки. Основное время при ацетиленокислородной сварке определяется временем сварки и временем разогрева кромок и зависит от толщины свариваемого металла, вида соединения, подготовки свариваемых кромок, режима и способа сварки шва — основное время сварки вместе с разогревом кромок; t0 — основное время сварки 1 м шва; tv — время разогрева свариваемых кромок; I — расчетная длина шва; nv — число разогревов. Вспомогательное время, связанное со свариваемым швом и со свариваемым изделием, может быть определено по нормативам на вспомогательное время при ручной дуговой сварке. Время обслуживания рабочего места t0$c при централизованной подаче газов от магистрали составляет 3—4 %t0JJeVm При питании сварочного поста от баллона затраты этого времени увеличиваются и зависят от расхода газа; они изменяются в пределах 5—12%.0ПеР. Время на отдых в единичном и мелкосерийном производстве составляет приблизительно 6—10%fonep, а время на естественные надобности — приблизительно 2% от этого же времени. Подготовительно-заключительное время затрачивается при кислородно-ацетиленовой сварке на оформление, получение производственного задания, инструктаж, ознакомление с работой, сдачу работы, подготовку баллонов к сварке, подключение и отключение газов и т.д. Подготовительно-заключительное время составляет от 0,5 ч при простой работе до 0,75 ч при сложной работе в смену.

Нормирование механизированной и автоматической сварки под флюсом 

Основное время при образовании шва за счет наплавленного электродного металла определяется по формулам, приведенным для ручной дуговой сварки. Для сварки однопроходных швов при заданной скорости сварки основное время может быть рассчитано по формуле t0=l0n/vCB, где /оп — протяженность швов данного размера в узле, свариваемых за операцию, м; vCh— скорость сварки шва данного размера, м/ч. Для многопроходных швов основное время определяется как сумма времени всех проходов: где aCBr»fcB2t.>св — скорость сварки на соответствующем проходе, м/ч. Вспомогательное время затрачивается на зачистку свариваемых кромок от ржавчины, собирание флюса со шва и засыпку его в бункер, зачистку шва от шлака после каждого прохода, осмотр, измерение и клеймение шва и т. д. Время обслуживания рабочего места затрачивается на регулирование режима сварки, включение и выключение оборудования и механизмов, раокладку и уборку инструмента, установку и смену кассеты с электродной проволокой, заправку флюса в начале и уборку его после окончания работы, промывку и продувку шланга при механизированной сварке, уборку рабочего места и т. д. Это время составляет при автоматической сварке под флюсом на стационарных установках ~5% , при сварке переносными автоматами б—9% от .0Пер, при механизированной сварке — от 7 до 18% toneр в зависимости от сложности и положения сварки. Время на отдых и личные надобности составляет для автоматической сварки 4—12% t0пер, для механизированной ~6—27%*опер. Подготовительно-заключительное время в зависимости от типа производства, конструктивной и технологической сложности изготовляемых сварных конструкций может быть принято 2—4% от .опер. Нормирование газовой резки. Основным временем /0.газ при газовой резке называется время, в течение которого струя кислорода и пламя резака действуют на металл. Оно складывается из времени резки и времени подогрева металла t0, газ =:= У+ гд е — основное время резки погонной длины реза 1м, мин; I — расчетная длина реза на одну деталь, мин; t2 — основное время на один подогрев в начале реза, мин; п — число подогревов в начале резки на одну деталь. Время ^=1000/^, где у,—скорость резки, устанавливаемая по паспортным данным аппаратуры и оборудования, мм/мин. Вспомогательное время, связанное с резом и зависящее от его длины, затрачивается на осмотр и очистку металла вдоль линии реза, регулировку движения резака относительно линии реза, осмотр и проверку качества обрезаемых кромок, зачистку кромок от шлака. Вспомогательное время, связанное с изделием и работой оборудования, затрачивается на установку, повороты и снятие изделий, переходы газорезчика, установку резака в исходное положение на заданный режим, передвижение и выверку копиров, клеймение и т. д. Время обслуживания рабочего места в зависимости от вида оборудования, условий выполнения работы, толщины разрезаемого металла составляет приблизительно при ручной резке 7—10%, при машинной резке — 5—6% от /опер. Подготовительно-заключительное время в серийном и крупносерийном производстве составляет 2% от /0пер* § 46. Нормирование сварочных материалов и электроэнергии при сварке Нормирование расхода электродов при ручной дуговой сварке. Расход электродов G3 на погонную длину 1 м шва определяется выражением Оэ—Кбю где 6Н — масса наплавленного металла, г; коэффициент расхода электродов, учитывающий потери электрода на угар, разбрызгивание, огарки. Этот коэффициент в зависимости от марки электрода, типа электрододержателя, технологии и условий сварки ориентировочно равен 1,35—1,45. Масса наплавленного металла на один погонный метр шва определяется как GH=FHy, где FH  поперечная площадь наплавленного металла шва, см3; у — удельная масса наплавленного металла, г/см. Общий расход электродов при сварке изделия определяется выражением Ga изд = где I — общая длина свариваемых швов. Расход электродной проволоки и флюса при автоматической и механизированной сварке. Расход электродной проволоки на 1 погонный метр шва определяется выражением Gagl=GH/Cn, где GH— масса наплавленного металла на 1 погонный метр шва, г; /Сп — коэффициент, учитывающий неизбежные потери электродной проволоки при наладке оборудования, неиспользованные концы проволоки в бухте, обрубку концов проволоки при зарядке кассет и т. д. При автоматической сварке 1,03 (3% потерь), при механизированной сварке /(п«1,10 (до 10% потерь). Расход флюса определяют опытным путем, ориентировочно его расход может быть принят 1,2—1,4 от массы расходуемой электродной проволоки. "Расход электроэнергии при дуговой сварке . Расход электроэнергии на погонную длину 1 м шва при ручной дуговой сварке определяется выражением M=48GH, где GH — масса наплавленного металла на погонную длину 1 м шва, кг; Аа — удельный расход электроэнергии, кВт *ч/кг, т. е. количество энергии, расходуемой на 1 кг массы наплавленного металла. С учетом потерь в сети и на подстанциях (при укрупненных расчетах) удельный расход электроэнергии при ручной дуговоp class=й сварке может быть принят: при сварке на переменном токе для однопостового сварочного трансформатора 3—5 кВт «ч/кг, при сварке на постоянном токе для однопостового агрегата 6—7 кВт «ч/кг, для многопостовой сварочной машины 8—11 кВт-ч/кг. Расход электроэнергии на погонную длину 1 м шва при автоматической и механизированной сварке определяется по уравнению ЛЭЛ1.м=<7э/(т]0св), гДе Л — коэффициент полезного действия установки, принимаемой в зависимости от ее типа; vCB — скорость сварки, м/ч; <7э==0,001/1/д — мощность сварочной дуги, кВт; /, С/л — соответственно сварочный ток и напряжение дуги. Расход кислорода и ацетилена при сварке, резке, подогреве определяется путем фиксации фактического потребления их непосредственно на постах по показаниям расходомеров газа.

Контроль качества сварки

Подробности

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СТЫКОВОЙ СВАРКИ

При правильном выборе машин, хорошей их наладке и соблюдении требований технологии стыковая сварка обеспечивает высокую прочность сварного соединения. Даже в случае снятия усиления в месте сварки прочность сварного соединения близка к прочности основного металла.

Схема наладки машины при положении сварки оплавлением. При стыковой сварке контролируются: подготовка машины, состояние заготовок перед сваркой и детали после сварки. Контроль подготовки машины заключается в проверке зажимов, направляющих, люфта в соединениях подающего устройства. Схема может быть использована при настройке процесса стыковой сварки на любой машине, в том числе и на машинах с механизированным приводом осадки. Кроме того, у машин с пружинным приводом контролируется сжатие пружины, от которого зависит давление; у машин с рычажным управлением рычагов, которые к концу осадки должны располагаться почти по прямой линии. У машин с гидравлическим приводом контролируется давление масла в цилиндре, у машин с электромоторным приводом, снабженных пружинным буфером, контролируется степень сжатия пружины буфера. Требуется ежедневная обязательная проверка работы контакторов, неисправность которых также вызывает брак. Периодически у стыковых машин должны проверяться и зачищаться контакты электрических цепей, в первую очередь сварочных, так как их загрязнение приводит к появлению пороков. При контроле заготовок следует проверять размеры, форму и состояние поверхности. Заготовки с отклонениями по размерам, искаженной формой и загрязненной поверхностью нельзя сваривать, так как это приводит к плохому качеству сварки и большим потерям из-за брака. Контроль сваренных деталей сводится к наружному осмотру, проверке размеров и прочности. Осмотр необходимо производить после очистки заготовок от грата и окалины. Прочность проверяется выборочно путем нагружения сваренных деталей до расчетных усилий или до разрушения, а также выявлением пороков без разрушения заготовок магнитным способом, просвечиванием. Нагружение деталей до разрушения производится при проверке прочности в случае сварки большого количества одинаковых деталей (при сварке звеньев цепей и др.)

ПОРОКИ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ И ИХ УСТРАНЕНИЕ

Пороки точечной сварки есть результат неправильного выбора и настройки машин, а также плохой подготовки заготовок к сварке. Эти пороки в зависимости от расположения разделяются на наружные и внутренние. К наружным относятся: неправильное положение заготовок, наличие гофр, глубокие вмятины в местах постановки точек, односторонние вмятины, наличие по краям вмятины заусенцев, прожоги, подплавление поверхностей в месте сварки, значительное потемнение защитного слоя при сварке сталей, покрытых цинком или другими металлами, и наружные трещины. К внутренним порокам относятся: непровар, раковины, внутренний выплеск, трещины. Неправильное положение заготовок. Этот порок приводит к искажению формы и размеров детали и является результатом неправильной сборки или смещения заготовок электродами машины при их опускании. Чтобы устранить смещение, рекомендуется применять при сборке под точечную сварку сборочные приспособления, а конструкция электродов должна быть такой, чтобы они перемещались при опускании, не задевая свариваемые заготовки. Гофры. Гофры у свариваемых деталей получаются при сборке заготовок с искривленной поверхностью. Постановка точек на гофрах обычно приводит к непроварам. При сборке необходимо добиться плотного прилегания свариваемых поверхностей. Глубокие вмятины в местах постановки точек. При неправильно выбранном давлении глубокие вмятины получаются вследствие малого диаметра контактной поверхности наконечников электродов, продолжительного включения тока и загрязнения контактных поверхностей у заготовок и наконечников электродов. Глубокие вмятины снижают прочность точечной сварки. При нормальной сварке глубина вмятины не должна превышать 10% от толщины свариваемого листа. Односторонние вмятины. Односторонние вмятины получаются при неполном касании контактной поверхностью электродов свариваемых заготовок. Это является результатом перекоса заготовок при сварке или плохой подготовки контактной поверхности электродов. Прочность точек с односторонними вмятинами снижается за счет неполного провара. Появление односторонних вмятин можно предотвратить, обеспечив полное прилегание контактной поверхности электродов к поверхности заготовки. Наличие по краям вмятины заусенцев. Заусенцы в местах постановки точки портят внешний вид деталей, затрудняют их окраску. Заусенцы обычно сопровождают односторонние вмятины, когда поверхности заготовок и электродов загрязнены, а также когда ток включается при недостаточном давлении. Появление заусенцев устраняется ликвидацией указанных причин. Прожоги и подплавление поверхности. Прожоги очень сильно снижают прочность сварного соединения, они являются результатом неправильной настройки выключающего устройства машины и загрязнения поверхности заготовок и электродов. Прожоги наблюдаются в случае включения или выключения тока при недостаточном давлении. При сварке алюминиевых сплавов прожоги часто возникают при слишком длительном включении тока. Подплавление поверхности происходит по той же причине, что и прожог. Помимо снижения прочности, прожоги и подплавления ухудшают внешний вид деталей. Значительное потемнение защитного слоя. Этот вид порока портит внешний вид деталей и вызывает необходимость в дополнительных операциях по окраске или повторному покрытию. Потемнение защитного слоя сильнее проявляется при сварке на мягких режимах, а также при загрязнении контактной поверхности электродов. Для предупреждения этого порока сварку сталей с защитным покрытием следует производить на жестких режимах (табл. 109), при хорошо зачищенных контактных поверхностях электродов. Кроме того, необходимо учитывать, что при сгорании таких металлов, как цинк и свинец, воздух загрязняется ядовитыми окислами, которые вызывают отравление работающих в этом отделении. Наружные трещины. Трещины появляются, главным образом, при сварке закаливающихся сталей. Основная причина трещин - загрязнение поверхности заготовок, наконечников электродов и сварка на слишком жестких режимах (при небольшой продолжительности включения тока). Наружные трещины выявляются осмотром сваренных деталей. Непровар сильно снижает прочность сварного соединения. Причины непровара: слишком малая сила тока. Контроль качества точечной сварки мерно большое давление, малое время включения тока, большая контактная поверхность электрода, а также загрязнение поверхностей заготовок и электродов и неплотное прилегание заготовок. Раковины, Раковины снижают прочность сварного соединения. Они являются результатом внутренних всплесков и усадки расплавленного металла при недостаточном давлении. Внутренний выплеск. Внутренний выплеск может привести к снижению прочности из-за появления глубоких вмятин или раковин. Выплеск наблюдается при недостаточном давлении во время прохождения тока, а также при сварке загрязненных заготовок. Внутренние трещины. Внутренние трещины снижают прочность соединения и возникают, как и наружные, при сварке закаливающихся сталей на жестких режимах. Часто трещины возникают у точек, имеющих раковины. Устраняется возможность образования трещин увеличением продолжительности включения тока с одновременным увеличением давления и уменьшением силы тока, а также применением отпуска непосредственно на машине после сварки.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ

При правильном ведении процесса и соблюдении требований технологии точечная сварка обеспечивает достаточно высокую прочность сварного соединения. Приведены данные прочности одной точки при испытании на срез для низкоуглеродистой и нержавеющей сталей. Прочность одной точки при испытании на срез толщина заготовок в мм. Контроль качества сваркиПри крестообразной точечной сварке стержней сварное соединение получается также достаточно прочным. Образцы для проверки прочности точек: а - для испытания точек на срез; б - для выявления влияния шунтирования тока; в - для испытания точки на отрыв. Прочность точки при сварке стержней в крест. Диаметр сваренных стержней в мм., разрушающее усилие среза в кгДиаметр сваренных стержней в мм. Разрушающее усилие среза в кг Проверка прочности точки на срез производится на образце, показанном, приведен образец для испытания ряда точек. При сварке такого образца одновременно проверяется влияние шунтирования на прочность точки, дана схема проверки прочности точки на отрыв. При точечной сварке контролируются подготовка машины, заготовки перед сваркой и детали после сварки. При контроле подготовки машины проверяется состояние электродов и правильность их положения при опускании верхнего электрода, давление на электродах и работа выключающего устройства. Необходимо, чтобы оси электродов совпадали, а размеры контактной поверхности соответствовали толщине свариваемого материала. Контактная поверхность электродов и заготовок должна быть чистой; наконечники электродов должны касаться заготовок всей контактной поверхностью. Давление должно соответствовать виду металла и толщине заготовок. Давление зависит от степени сжатия пружины или давления воздуха и проверяется исходя из конструкции сжимающего устройства. Если усилие пружины или поршня направлено непосредственно на электрод, давление подсчитывается по уравнениям: где - давление воздуха в цилиндре машины в кг см; d - диаметр цилиндра в см. Если усилие на электроды передается через систему рычагов, то необходимо учитывать их влияние на давление. При проверке машины необходимо добиться того, чтобы ток включался и выключался при достаточном давлении. Это достигается опусканием верхнего или подъемом нижнего электрода, или регулированием включающего устройства. Помимо этого, периодически необходимо проверять состояние всех контактов электрических цепей, а также состояние подвижных соединений механизмов машины. При контроле заготовок следует проверять состояние их поверхности, форму и размеры. Сварка загрязненных заготовок приводит к прожогам, непроварам, повышенному износу электродов и другим ненормальным явлениям. Контроль сварных деталей сводится к наружному осмотру, проверке прочности и размеров. Прочность проверяется нагружением деталей или отдельных узлов, вырезанных из них. Последний способ применяется, главным образом, при наладке точечной сварки, а также при сварке большой партии деталей. В этом случае от партии отбирается несколько деталей, которые разрушаются. По показателям прочности судят о качестве сварки партии. Проверка прочности разрушением связана с большими затратами, а поэтому при точечной сварке необходимо большое внимание уделять контролю в процессе изготовления деталей.

ПОРОКИ РЕЛЬЕФНОЙ СВАРКИ И ИХ УСТРАНЕНИЕ

Пороки рельефной сварки появляются в результате неправильного выбора и подготовки машины, а также плохой подготовки заготовок к сварке. Эти пороки в зависимости от расположения разделяются на наружные и внутренние. К наружным относятся: неправильное положение заготовок, односторонние зазоры и неполное обжатие рельефов, подгары на поверхности заготовок, раковины в местах расположения рельефов, наружные трещины. К внутренним порокам относятся: непровар всех рельефов, односторонний непровар, раковины в местах сварки, внутренние выплески, трещины. Неправильное положение заготовок. Этот порок приводит к искажению формы и размеров детали и является результатом отсутствия фиксирующих устройств или неправильного их положения. Для устранения этого дефекта машина должна оснащаться удобными для установки заготовок и выверенными фиксирующими приспособлениями. Односторонние зазоры. Односторонние зазоры приводят к снижению прочности сварки, так как сопровождаются непроварами. Рельефы на участках зазоров бывают обжаты недостаточно. При нормальном состоянии исходных заготовок этот порок является результатом одностороннего износа контактных плит и устраняется их обработкой или регулированием, при этом добиваются плотного прилегания контактной поверхности плит к поверхности заготовок. Подгары на поверхности заготовок. Подгары портят внешний вид деталей и являются результатом загрязнения контактных плит, а также включения или выключения тока при недостаточном давлении. Этот порок устраняется хорошей очисткой заготовок, контактных поверхностей плит и правильным регулированием выключающего устройства. Раковины в местах расположения рельефа. При большом размере раковины сильно снижают прочность соединения. Они появляются в результате сварки загрязненных заготовок и недостаточного давления при большой силе тока. Появление этого порока предотвращается удалением с заготовок загрязнений и повышением давления. Наружные трещины. Трещины снижают прочность сварного соединения. Они наблюдаются при сварке высокоуглеродистых и некоторых легированных сталей при слишком быстром охлаждении. Для предотвращения образования трещин необходим правильный подбор режима (силы тока, давления, времени включения тока). Непровар всех рельефов. К причинам полного непровара относится слишком малая сила тока, чрезмерно большое давление, малое время включения тока и загрязнение поверхностей заготовок и контактных плит. Для получения хорошего провара необходимо устранить указанные причины. При этом рекомендуется вначале хорошо очистить контактные поверхности, затем повысить ток переключением трансформатора на более высокую ступень, после чего увеличивать продолжительность включения тока и снижать давление. Односторонний непровар. При нормальной подготовке заготовок и равномерной толщине материала односторонний непровар является следствием неравномерного (одностороннего) износа контактных плит. Односторонний непровар устраняется аналогично устранению одностороннего зазора. Раковины в местах сварки. Раковины при рельефной сварке-результат загрязнения отдельных участков заготовок или контактных поверхностей плит, сварки на повышенной силе тока при недостаточном давлении, включения тока при недостаточном давлении, а также слишком большой продолжительности протекания тока. Они значительно снижают прочность соединения. Образование раковин предотвращается очисткой заготовок, увеличением давления или уменьшением силы тока и продолжительности пропускания его через заготовки. Внутренние выплески. Внутренние выплески могут привести к снижению прочности, так как сопровождаются раковинами и наблюдаются, когда сварка производится при недостаточном давлении. Помимо этого, выплески наблюдаются при сварке на слишком большой силе тока, включении тока при недостаточном давлении, а также при сварке заготовок с загрязненной (особенно ржавой) поверхностью. Эти пороки не образуются при устранении указанных выше причин. Внутренние трещины. Внутренние трещины снижают прочность соединения. Они обычно сопровождают наружные трещины при сварке высокоуглеродистых и некоторых легированных сталей. Появление трещин предупреждается правильным подбором режима сварки.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА РЕЛЬЕФНОЙ СВАРКИ

Рельефная сварка обеспечивает более высокую производительность труда по сравнению с другими способами сварки. Перед началом сварки необходимо проверить подготовку машины, исходные заготовки и детали после сварки. Мощность сварочных прессов или точечных машин, используемых для рельефной сварки, должна быть достаточной, так как это основное условие получения прочного соединения. Машина должна обеспечивать получение достаточного давления. При проверке подготовки машины необходимо обращать внимание на правильность контактных поверхностей плит и их чистоту, а также на правильность фиксирующих приспособлений, которыми оснащается машина. Заготовки для рельефной сварки необходимо штамповать с достаточной точностью из материала одинаковой толщины, подвергать зачистке и контролировать правильность формы и размеры выступов. В контроль сваренных деталей входит проверка формы и размеров, наружный осмотр мест сварки и выборочная проверка прочности. Большое внимание при рельефной сварке следует уделять подготовке заготовок, подготовке машины, подбору режимов, так как на этих этапах всегда возможно предупредить брак. Исправлять брак рельефной сварки исключительно трудно, а в большинстве случаев даже невозможно.

ПОРОКИ ШОВНОЙ СВАРКИ И ИХ УСТРАНЕНИЕ

Пороки шовной сварки - результат плохой подготовки поверхности заготовок, неправильного выбора и настройки машины. На поверхности заготовок, подвергаемых шовной сварке, не допускается наличие окислов, ржавчины, масла и других загрязнений, вызывающих пороки. Мощность шовных машин должна быть достаточной и соответствовать роду металла и его толщине в месте сварки. Ролики подбираются правильной цилиндрической формы с ровной и чистой контактной поверхностью, ширина которой выбирается в зависимости от толщины металла. Выключающее устройство должно обеспечивать включение и выключение тока при достаточном давлении, а в случае применения прерывателей время включения и выключения тока необходимо устанавливать в соответствии с данными режима шовной сварки (см. табл. 114- 117). Все пороки, которые могут возникнуть при шовной сварке, разделяются на наружные и внутренние. К наружным порокам относятся: смещение кромок листов в месте сварки, прожоги, подплавления на поверхности листов, глубокие вмятины, слишком мелкие вмятины, односторонние вмятины, раковины, трещины. К внутренним порокам относятся: непровары, вмятины, раковины, трещины. Причины появления пороков шовной сварки те же, что при точечной, но они проявляются более резко. Особо следует отметить необходимость тщательной подготовки к сварке роликов, хорошего охлаждения их при сварке, а также тщательного подбора и контроля режимов сварки (силы тока, давления, работы прерывателя).

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ШОВНОЙ СВАРКИ

При изготовлении деталей с помощью шовной сварки необходимо контролировать исходные заготовки, настройку машины, периодически в процессе сварки производить контроль режимов сварки, проверять детали после сварки. У заготовок проверяются размеры, форма, а также состояние поверхности. Размеры и форма заготовок должны соответствовать требованиям, указанным в XVI главе. У шовных машин необходимо контролировать размеры и форму роликов и состояние их осей и подшипников, работу выключающего устройства, а также на пробных образцах проверять правильность' выбранного режима. При сварке с прерывателем необходимо проверить правильность его работы. Размеры контактной поверхности роликов должны соответствовать данным, приведенным в табл. 114-117. Выключающее устройство необходимо отрегулировать так, чтобы ток включался и выключался при достаточном давлении. Проверка правильности выбранных режимов при работе с прерывателем и без прерывателя осуществляется сваркой опытных образцов и испытанием их на прочность и герметичность. Такую пробную сварку необходимо проводить периодически. Это устранит появление брака. Детали после сварки контролируются путем наружного осмотра, проверки размеров, формы, прочности и плотности. Прочность деталей проверяется гидравлической опрессовкой при давлении выше расчетного на 25-50% (в зависимости от назначения сосуда) или механическим испытанием образцов, вырезанных в местах сварки у отдельных деталей. При гидравлической опрессовке одновременно с прочностью проверяется и плотность. Проверяя прочность на образцах, необходимо дополнительно проверить плотность при помощи керосина или воздуха. При этом поверхность шва, доступная для осмотра, окрашивается белой меловой краской, а вторая сторона смазывается керосином. В местах прожогов, непроваров, сквозных пор керосин выступает на белой краске в виде маслянисто-желтоватых пятен. Воздух для проверки плотности подается в сосуд под давлением, а наружная сторона смачивается мыльной водой. Вспенивание пленки мыльной воды указывает на наличие неплотностей. Неплотности, выявленные при проверке, устраняются газовой сваркой, имеющей, как известно, значительно меньшую производительность. Контроль шовной сварки необходимо производить операционно, что позволит устранить брак. Форма образцов для механических испытаний выбирается в зависимости от конструкции детали и типа соединения. Однако при выборе формы образцов необходимо добиваться того, чтобы сварной шов испытывался в соответствии с условиями его работы.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРКИ ПО СПОСОБУ А. М. ИГНАТЬЕВА

При сварке по способу А. М. Игнатьева необходимо контролировать подготовку заготовок, наладку приспособлений, правильность выбранных режимов и качество сварки. Поверхности заготовок в местах подвода тока и сварки должны быть совершенно чистыми и ровными, так как загрязнения приводят к непроварам, а зазоры в месте сварки вызывают окисление поверхности заготовок. Приспособление должно обеспечивать необходимое давление, мощность машины должна быть достаточной для быстрого нагрева заготовок, так как медленный нагрев вызывает чрезмерное окисление поверхностей заготовок. После сварки заготовки подвергаются термообработке. Прочность заготовок при сварке по способу А. М. Игнатьева контролируется после термообработки и зачистки места сварки. Кроме того, необходимо проводить выборочное испытание деталей после сварки на изгиб или отрыв. При тщательном осмотре деталей возможно выявление пороков в виде непровара, трещин, выплесков и пор. Непровар является следствием сварки загрязненных заготовок или осадки их при недостаточном нагреве или давлении. Непровар выявляется по наличию в месте сварки черной полосы. Трещины при сварке по способу А. М. Игнатьева могут появиться при слишком большой (более 5% толщины заготовок) осадке или перегреве. Выплески и поры являются в основном следствием перегрева. Непровар, трещины, выплеск и поры значительно снижают прочность деталей и должны предупреждаться правильным подбором режимов сварки, наладкой приспособлений и машины. Если процесс сварки ведется правильно, способ А. М. Игнатьева обеспечивает достаточную прочность. Так, по данным А. М. Лушникова (ЛАРИГ), при сварке инструментальных сталей с углеродистыми сопротивление изгибу по шву составляет 50-100 кг/мм2, при сварке инструментальных сталей с хромистыми 70-95 кг!мм2. Инструментальные стали типа Р18 при сварке с углеродистыми и хромистыми сталями дают сопротивление изгибу по шву от 65 до 100 кг!мм2.


 

 

 

Тщательность контроля температуры существенно влияет на качество нагреваемых заготовок и расход электроэнергии. При длительной выдержке заготовок под током наблюдается сильное окисление их поверхности, перегрев металла и значительно возрастает расход электроэнергии. Способы контроля при электронагреве выбираются в зависимости от температуры нагрева, размеров и формы нагреваемого участка и количества одинаковых нагреваемых заготовок. При электронагреве применяются следующие способы контроля температуры: по цвету нагреваемой заготовки, продолжительности прохождения тока, термопарой, фотоэлектрическим пирометром и термокарандашами. Контроль по цвету нагреваемой заготовки. Этот способ контроля самый несовершенный. Точность определения температуры зависит от навыка нагревальщика. Температура углеродистой стали при горячей посадке может определяться по цвету побежалости. Если углеродистая сталь нагревается под ковку, штамповку, высадку, гибку и другие кузнечные операции, температуру заготовок можно определять по цвету каления (табл. 121). Как цвет побежалости, так и цвет каления во многом зависят от освещения рабочего места и времени нагрева. В дневное время рабочее место должно хорошо освещаться дневным светом, а в ночное лампами дневного света. Контроль по цвету применим при небольшом объеме работ по электронагреву. Контроль по продолжительности прохождения тока. Этим способом температура контролируется с достаточной точностью при устойчивом напряжении в первичной сети, при одинаковой форме и размерах нагреваемой заготовки или детали, при хорошей очистке их поверхностей (в случае контактного нагрева) и хорошем состоянии электрических устройств установки. При контроле по продолжительности прохождения тока электронагревательная установка снабжается часовым механизмом, автоматически отключающим ее от сети через определенный период времени. Наличие световой или звуковой сигнализации позволяет своевременно передавать заготовки на другие операции. Контроль температуры термопарой. Этот способ контроля основан на возникновении электродвижущей силы при нагреве спая двух различных металлов. Чувствительный электроизмерительный прибор, подключенный к отводам от этих металлов, по отклонению стрелки показывает температуру спая. Термопарой можно достаточно точно контролировать температуру нагреваемой детали или заготовки. Способ контроля температуры термопарой сравнительно легко автоматизировать, если соединить термопару через усилитель со световой или звуковой сигнализацией, или выключающим устройством электронагревательной установки. В последнем случае контролирующее устройство автоматически отключает ток при заданной температуре. В табл. 122 указаны термопары, применяемые для контроля температуры. При электронагреве для контроля температуры необходимо применять термопары, у которых спай впаивается в пластинку, имеющую одинаковую форму с нагреваемой поверхностью. Такие термопары называют контактными. Для удобства контактная термопара может быть закреплена на подвижной части зажимного устройства. Крепление необходимо производить таким образом, чтобы при зажатии детали Контроль температуры при электронагреве заготовки контактная пластинка была прижата к нагреваемой поверхности. Контроль температуры фотоэлектрическим пирометром. Этот способ контроля основан на применении специальных ламп-фотоэлементов, включенных в усилительную схему. Фотоэлектрический пирометр применяется для определения температуры заготовок, нагреваемых для выполнения кузнечных операций. В случае применения фотоэлектрического пирометра в качестве регистратора можно устанавливать электроизмерительный прибор с температурной градуировкой шкалы, световую или звуковую сигнализацию. Кроме того, возможна автоматизация процесса нагрева, которая позволяет отключать установку, когда заготовка нагрета до нужной температуры. Контроль температуры термокарандашами. Этот способ основан на применении специальных красок, изменяющих свой цвет при нагревании. Для удобства пользования краски оформляются в виде карандашей. При контроле пользуются наборами карандашей. Контроль термокарандашами применим в случае электронагрева с целью отпуска закаленных зон, а также при горячей посадке, т. е4 при относительно малой температуре.

 

НОРМИРОВАНИЕ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМЫ ВРЕМЕНИ И НОРМЫ ВЫРАБОТКИ

При контактной сварке под нормой времени понимают время, необходимое для выполнения единицы работы. За единицу работы обычно принимают одно свариваемое изделие. Нормой выработки в этом случае будет количество изделий, свариваемых в час или за смену. Норма времени при контактной сварке складывается так же, как и в случае электродуговой сварки, из основного, вспомогательного, подготовительно-заключительного времени, времени обслуживания рабочего места и времени отдыха. Основное время - время работы контактной машины при изготовлении изделия. Основное время зависит от степени механизации контактной машины и ее мощности. Основное время обычно имеет меньшее значение при работе на механизированных контактных машинах. Вспомогательное время - время, затрачиваемое на установку заготовок, их центровку, зажатие (при стыковой сварке), перемещение (главным образом при точечной сварке) и др. Вспомогательное время зависит от конструкции зажимных устройств, требуемой точности при сварке и наличия приспособлений, фиксирующих заготовки. Подготовительно-заключитleftельное время - время, затрачиваемое на получение задания, инструкций и сдачу работы. Подготовительно-заключительное время при контактной сварке имеет сравнительно небольшое значение. Время обслуживания рабочего места - время, затрачиваемое на подготовку машины к сварке (смена электродов, их зачистка, зачистка контактов контактора). При нормировании контактной сварки основное и вспомогательное время можно определять по таблицам. Подготовительно-заключительное время, время обслуживания рабочего места и время отдыха составляют 10-20% от суммы основного и дополнительного времени.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ИНСТРУМЕНТА

При контактной сварке происходит износ рабочих контактных частей машины. При стыковой сварке изнашиваются контактные губки, при точечной - электроды, шовной - ролики, рельефной - контактные плиты. Быстрота износа этих частей зависит от материала, из которого они изготовлены, чистоты поверхности свариваемых заготовок и режима сварки. Стойкость рабочих частей машины повышается, если их изготовлять из более твердых материалов, тщательно зачищать свариваемые поверхности заготовок от загрязнений, а также зачищать контактные поверхности самих рабочих частей машины. Определение расхода инструмента При точечной и роликовой сварке рабочие контактные части машин следует делать из специальных сплавов, что повышает их стойкость в 2-3 раза. При подсчетах стойкость рабочих частей и расход меди на их изготовление могут быть взяты по данным табл. 127.

МОНТАЖ КОНТАКТНЫХ МАШИН И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРОВОДА, ЗАЩИТА, ЗАЗЕМЛЕНИЕ И УСТАНОВКА МАШИН

При подключении контактных машин и электронагревателей, снабженных однофазными трансформаторами, к трехфазной сети необходимо добиваться равномерного распределения нагрузки по фазам. Подводящие провода должны иметь достаточное сечение. Падение напряжения в проводах при сварке не должно превышать 5-8%'. При большем падении возможны непровары. Кроме того, при значительном падении напряжения в подводящих проводах возможно самопроизвольное отключение контактных машин, снабженных электромагнитными контакторами. Небольшие контактные машины, устанавливаемые на столе, верстаке или подставке, необходимо надежно крепить. Нормальные контактные машины обычно устанавливаются на полу без закрепления. Иногда контактные машины устанавливаются на тележке для обслуживания нескольких рабочих мест. Электронагревательные установки могут быть закреплены стационарно или смонтированы на тележках. Корпус контактной машины независимо от способа установки необходимо заземлять подключением заземляющего провода к общему цеховому заземлению. Сечение медного заземляющего провода должно быть не менее 6 мм , а железного не менее 12 мм2. Кроме того, стыковые машины необходимо снабжать щитами для предохранения работающих от брызг расплавленного металла. Сварочная цепь должна быть всегда соединена с корпусом машины. При отсутствии заземления и порче изоляции в первичной цепи трансформатора и подводящих проводах работающий на контактной машине может быть поражен электрическим током. Порча изоляции первичной цепи и подводящих проводов возможна прожиганием каплями расплавленного металла, искрами, а также при перегреве из-за перегрузок. Кроме того, отдельные места проводов при их неправильной прокладке могут получить механические повреждения. Подводящие провода для предохранения от повреждений необходимо прокладывать в трубах или использовать для подводящих проводов бронированный кабель. Трубы и броня кабеля должны быть также надежно заземлены. Для предупреждения порчи обмоток и проводов водой необходимо следить за исправностью шлангов и мест присоединения их к охлаждаемым узлам машины. Приступая к осмотру или ремонту, машину необходимо отключить от сети, повесив на выключающее устройство щиток с надписью «Не включать». После осмотра или ремонта необходимо установить на место все снятые защитные щитки и автоматические выключающие устройства. Перед переключением ступеней необходимо отключать машину от сети, так как переключатель может находиться под напряжением. Подключение к сети контактных машин, имеющих обычные электромоторы, необходимо производить через трех полюсный рубильник или разъединитель. Для безопасности маневровые цепи стыковых машин с ручным рычажным приводом питаются от вспомогательного трансформатора напряжением 24 в. Остальные машины имеют, как правило, маневровую цепь, включаемую в сеть с напряжением 220, 380 или 500 в. Поэтому необходимо систематически наблюдать за состоянием проводников и электрических устройств, доступных прикосновению. При всех способах контактной сварки работающий на машине должен иметь очки с простыми стеклами для защиты глаз от брызг расплавленного металла и искр. Разбрызгивание наблюдается при точечной и шовной сварке на неправильно выбранных режимах, при неправильном регулировании выключающего устройства и сварке неочищенного металла. Особенно сильно разбрызгивание происходит при стыковой сварке оплавлением сталей и цветных металлов и при сварке сопротивлением цветных.


 

 

Нормирование электродуговой сварки Таким образом, норма времени на 1 м сварного шва определяется с применением нескольких таблиц. Изложенная методика определения норм времени громоздка и неудобна в производственных условиях. Наиболее часто норму времени определяют по уравнению:

 

где к - коэффициент использования сварочного поста. При пользовании этим уравнением основное время определяется по уравнению (2), (3) или по заранее составленным таблицам норм основного времени, а коэффициент использования сварочного поста для различных условий аварки устанавливается опытным путем. В. А. Жданов [13] приводит величины коэффициентов использования сварочного поста, указанные в табл. 73. Значения коэффициентов использования сварочного поста Характер сварочных работ Коэффициент использования сварочного поста Ремонтная сварка в неудобном положении при значительных количествах поворотов и охлаждении детали; сварка чугунаСварка прерывистых швов и монтажная сварка на высоте Наплавочные работы, сварка в полевых условиях погонных швов, сварка трубопроводовСварка решетчатых металлических конструкций в цехах при отделении сборки от сваркиСварка котельно-резервуарных и балочных конструкций в хорошо организованных цехах

Норма выработки - величина, обратная норме времени: где N - норма выработки в м за мин.; Т - норма времени в мин. Для определения нормы выработки в метрах за час или за смену можно пользоваться следующими уравнениями:

где m - число рабочих часов в смене.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМЫ РАСХОДА ЭЛЕКТРОДОВ И СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ

Норму расхода электродов, как и норму времени можно относить к 1 кг наплавленного металла, к 1 м шва или к одному свариваемому изделию. Норма расхода электродов р кг на 1 м шва определяется по уравнению Q,= k9GH1где Q3 - норма расхода электродов в кг на 1 м шва; GH - вес наплавленного металла на одном метре шва в кг; к9 - коэффициент расхода электродов. Коэффициент расхода электродов зависит от веса покрытия (Рпок ) и потерь на огарки (Рог ), выраженных в долях от веса электродного стержня, а также от потерь на разбрызгивание и угар (Рр), выраженных в долях от веса расплавленного электродного металла:

Средние значения веса покрытия для различных марок электродов приведены в табл. 22, 25, 28, 31, 34, а средние значения потерь на разбрызгивание и угар - в табл. 22, 24, 27, 30, 33. Величина потерь на огарки зависит главным образом от конструкции электрододержателя и силы сварочного тока. Нормально потери на огарки не должны превышать 7-10% от веса электродного стержня. Расход электродной проволоки определяют по весу наплавленного металла с учетом потерь, составляющих от 1 до 3%.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Расход электроэнергии - важная технико-экономическая характеристика процесса сварки. Обыкновенно расход электроэнергии выражают в квт-час на 1 кг наплавленного металла и определяют по уравнению:

где А - расход. электроэнергии на 1 кг наплавленного металла в квт-час [кг; Uд - напряжение на дуге при сварке в в; 1св - сила сварочного тока в а\ •*) - коэффициент полезного действия сварочного поста; Т - полное время сварки в часах; t - время горения дуги за время Т в часах; GH - вес наплавленного металла за время Т в кг; W0 - мощность холостого хода сварочного трансформатора или генератора в кет. В числителе правой части уравнения первое слагаемое представляет расход электроэнергии, имевший место при горении дуги в течение времени t, а второе слагаемое представляет потери энергии при холостом ходе источника питания дуги. В табл. 74 приведены средние значения т\ и Wo при сварке на переменном и постоянном токе. Таблица 74 Значения ?] и W0 при сварке на переменном и постоянном токе Вид сварки К. п. д. с Мощность холостого хода источника тока в кет К. п. д. с Мощность холостого хода источника тока в кет Сварка на переменном токе. Однопостовая сварка на постоянном токе

Потери энергии во время холостого хода зависят от коэффициента использования сварочного поста. Например, при сварке на постоянном токе с коэффициентом использования поста 0,5 потери холостого хода составляют примерно 20-30% от общего расхода энергии на 1 кг наплавленного металла, а при коэффициенте использования, равном 0,3, потери холостого хода составят около половины общего расхода энергии. Потери холостого хода при средних условиях сварки на переменном токе составляют 2-5%. Для расчетного определения расхода электроэнергии при за¬данных режимах и условиях сварки можно пользоваться уравнением (9), полученным путем преобразования уравнения (8):

где ан - коэффициент наплавки в г/а-час; к коэффициент использования сварочного поста. В уравнении (9) первое слагаемое представляет расход энергии в квт-час/кг при горении дуги (без учета потерь холостого хода), а второе слагаемое - расход энергии при холостом ходе, приходящийся на 1 кг наплавленного металла. Для случаев определения расхода энергии без учета потерь холостого хода уравнение (9) имеет вид.

ТЕХНИКА ВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА СВАРКИ ПО СПОСОБУ А. М. ИГНАТЬЕВА

Способ сварки, разработанный А. М. Игнатьевым, применяется для получения двухслойных и многослойных лент и.брусков. Необходимым условием получения хорошего качества сварки при этом способе является тщательная очистка свариваемых поверхностей и мест подвода тока. Наличие загрязнений на свариваемых поверхностях приводит к непроварам, а загрязнение мест подвода тока вызывает оплавление поверхности заготовок и порчу токоподводящих устройств машин. Способ А. М. Игнатьева применяют главным образом для сварки средне-и высоколегированных сталей с углеродистыми и низколегированными сталями. Поэтому для получения прочного соединения требуется высокая температура нагрева, достаточное обжатие и давление. Нагрев при этом способе сварки осуществляется до 1200-1300°, обжатие до 5%, а давление не менее 1,5 кг на 1 мм2 свариваемой поверхности. Для предупреждения трещин в результате быстрого охлаждения заготовки после сварки подвергаются отжигу с последующим медленным охлаждением. Температура отжига, его длительность и скорость охлаждения выбираются в зависимости от марки стали. Так, при сварке быстрорежущей стали заготовки рекомендуется помещать в печь с температурой 730-750° (технология ВНИИ), выдерживать при этой температуре 4-6 час., охлаждать с печью до 400°, после чего охлаждать на воздухе. Заготовки из углеродистой и низколегированной стали выбираются в виде отдельных плоских брусьев или в виде брусьев с пазами. Заготовки из инструментальной стали берутся в виде пластин. Форма заготовок при сварке по способу А. М. Игнатьева приведена на фиг. 181. Согласно данным ВНИИ (Н. А. Бухман и К. П. Имшенник), конструкция заготовок при сварке не прессах или контактных машинах со специальными приспособлениями должна удовлетворять следующим требованиям: 1) общая ширина заготовки В должна быть не более полуторной толщины ее Я (В<1,5 Н, фиг. 181, а), толщина пластинки А должна составлять не более одной трети от общей толщины заготовки; об 3) толщина пластинки из легированной стали без врезки в паз (фиг. 181,6) должна быть не более 4 мм, а ширина равной ширине заготовки из углеродистой стали; длина заготовок выбирается в зависимости от расположения мест подвода тока. При подводе тока с торцов при подводе тока сверху

где Н - общая высота заготовки в месте сварки в мм; I - длина пластинки из легированной стали; 4) 5) при вварке пластинки в паз (см. фиг. 181, а, в, г) она должна выступать не менее чем на 0,05 от высоты нижней заготовки; плоскости соприкосновения заготовок для плотного прилегания необходимо обрабатывать тщательно; пр ориентировочно мощность машины можно подсчитать исходя из размеров заготовок, считая, что для нагрева 1 кг металла требуется 50 ква. При меньшей мощности нагрев может сильно затянуться, что приводит к чрезмерному окислению и плохому качеству сварки. Примеры разрезки заготовок, сваренных по способу А. М. Игнатьева, приведены на фиг. 183. Заготовки, полученные после разрезки сваренных пластин, приваривают на стыковых машинах к державкам из поделочной стали и получают режущий инстру¬мент самой различной формы.


 

 

 

При контактном электронагреве, как и при различных способах контактной сварки, места токоподвода должны быть чистыми. Скорость электронагрева устанавливается в зависимости от формы нагреваемой заготовки. Заготовки простой формы в виде стержней, полос, уголков можно нагревать быстрее заготовок сложной формы в виде заклепок, стержней или полос переменного сечения. Скорость нагрева заготовок зависит от плотности тока, теплоемкости металла и теплоотдачи. В среднем продолжительность нагрева стали до 1200° колеблется от 0,5 до 1,5 мин. При увеличении продолжительности нагрева мощность установки снижается. Расход электроэнергии при нагреве 1 т стали до 1200° составляет от 230 квт-час (А. С. Гельман) до 326 квт-час (В. А. Лапшин). На процесс нагрева влияет форма токоподводящих контактов, которая выбирается в зависимости от расположения мест нагрева и положения заготовки между Техника ведения процесса контактного электронагрева ними. При сплошном нагреве заготовки удобен торцовый токоподвод, поверхность которого при неровных концах заготовок делается плоской. При ровных концах заготовок (заготовки, полученные на токарных, фрезерных станках и пилах) поверхность токоподводящих контактов делается зубчатой, что обеспечивает более равномерную температуру по длине заготовки. При нагреве средних участков заготовок токоподвод делается по типу Фиг. 184. Схема токоподвода при электронагреве. а - к торцам; б - к торцу и к боковой поверхности в - к боковой поверхности. устройств стыковых машин. При нагреве одного конца заготовки токоподвод делается комбинированным. Со стороны нагреваемого конца устанавливается торцовое токоподводящее устройство, а второй токоподвод осуществляется по типу зажимов стыковых машин. Схемы токоподвода в зависимости от расположения нагреваемых мест приведены. На процесс электронагрева влияет также величина давления электродов на нагреваемую заготовку. Величина давления выбирается исходя из условия обеспечения хорошего контакта. При недостаточном давлении тепло выделяется в местах токоподвода, что вызывает перегрев этих мест и неравномерное распределение температуры по длине заготовки. При слишком большом давлении заготовка в местах токоподвода нагревается слабо, а ее участки между контактами могут быть деформированы, так как нагретый металл обладает небольшой прочностью. При торцовом токоподводе давление не должно превышать 200-250 кг, а при токоподводе, представленном 2500-3000 кг. Автоматизация контроля температуры нагрева позволяет снизить расход электроэнергии и предупреждает порчу заготовок из-за перегрева.

получается в результате недостаточного оплавления, т. е. слишком раннего начала осадки. Кроме того, слишком большое утолщение получается при сварке сопротивлением заготовок, предназначенных для сварки оплавлением, когда припуск на сварку значительно выше. Этот порок отсутствует при соблюдении величины припуска на осадку. Наружные трещины. Трещины появляются при стыковой сварке высокоуглеродистых и легированных сталей в результате слишком быстрого охлаждения места сварки, что наблюдается при сварке этих сталей непрерывным оплавлением и при длительном нахождении сваренной детали в зажимах машины.

Внешний вид сварного стыка с раковиной.

Иногда трещины возникают при охлаждении сваренных заготовок на воздухе. Для предупреждения этого порока сварку высокоуглеродистых и легированных сталей необходимо производить оплавлением с подогревом, а после сварки детали немедленно освобождать из зажимов машины. Образование трещин предупреждается также быстрым помещением сваренных заготовок в теплоизоляционную среду (угольная или асбестовая крошка) или в нагретую печь. Подгары поверхности в местах токоподвода. Этот порок получается при загрязнении токоподводящих губок машины и заготовок, при недостаточном усилии зажатия и может сопровождаться наружными раковинами и трещинами. Порок устраняется предварительной очисткой заготовок, токоподводящих губок и созданием достаточного усилия зажатия. Наружные пороки выявляют осмотром и замером сваренных деталей. Трещины выявляются после зачистки наждаком. Этот вид порока часто встречается при сварке заготовок инструмента на машинах с ручным приводом при отсутствии концевого выключателя тока. Раковины образуются при длительной выдержке заготовок под током в момент осадки, а иногда и после окончания осадки. Раковины могут образоваться также при стыковой сварке тонкостенных заготовок на машинах большой мощности из-за повышенной силы тока в момент осадки. Подобные дефекты зачастую приводят к неисправимому браку или вынуждают применять для устранения малопроизводительные способы сварки (газовую и ручную электродуговую). Устраняются раковины точным соблюдением величины осадки под током, повышением скорости осадки, а также ограничением силы тока путем включения в первичную цепь трансформатора машины дросселя. Непровары - результат неправильного подбора и настройки машин, а также нарушения требований техники ведения сварки и технологии. К непосредственным причинам появления непроваров относятся: недостаточная мощность машины, низкое давление осадки, недостаточный нагрев кондов заготовок, недостаточный припуск на сварку и осадку, плохая подготовка торцов заготовок, слишком раннее выключение тока (перед началом осадки). Кроме того, непровары имеют место при сварке на стыковых машинах с большими люфтами в отдельных узлах подающего устройства, плохом состоянии направляющих и контактов сварочной или первичной цепей. Непровары часто сопровождаются расслоением и отсутствием усиления в месте сварки. Непровары снижают прочность сварного соединения. Выявляются они микроисследованием. Перегрев места сварки. Этот вид порока характеризуется наличием крупного зерна и является результатом слишком длительной выдержки нагретых до высокой температуры концов заготовок. Перегрев выявляется металлографическим исследованием. Устраняется отжигом или нормализацией. Внутренние трещины. Внутренние трещины часто сопровождаются наружными трещинами и возникают по тем же причинам. Кроме того, они могут появиться в результате наличия в свариваемом металле неметаллических включений. Внутренние трещины выявляются металлографическим исследованием места сварки и прилегающих участков. Меры борьбы те же, что и при наружных трещинах. Шлаковые включения. Шлаковые включения представляют собой главным образом окислы элементов, входящих в состав свариваемого металла. Шлаковые включения наблюдаются при неустойчивом оплавлении, при недостаточной величине осадки и преждевременном выключении тока. Часто шлаковые включения сопровождают непровар и выявляются теми же методами. Устранить наличие шлаковых включений в месте сварки можно путем устойчивого ведения процесса оплавления и соблюдения требований технологии.


 

 

 

Дефекты сварных швов являются следствием неправильного выбора или нарушения технологического процесса изготовления сварной конструкции. Дефекты разделяются на внешние и внутренние. К внешним дефектам относятся: нарушение установленных размеров и формы шва (ширина и высота шва), непровар, подрезы, пережоги, прожоги, наплывы, натеки, грубая чешуйчатость поверхности шва, внешняя пористость, не заваренные кратеры, шлаковые включения и трещины на поверхности шва. К внутренним дефектам относятся: пористость, неметаллические включения, непровары, пережог и перегрев металла шва, а также внутренние трещины. Нарушение основных установленных размеров и формы шва выражается в неполномерности ширины и высоты шва, в чрезмерном усилении и резких переходах от основного металла к наплавленному. Эти дефекты при ручной сварке являются результатом низкой квалификации сварщика, плохой подготовки свариваемых кромок, неправильного выбора величины сварочного тока, низкого качества сборки под сварку. Дефекты формы шва могут быть и следствием колебания напряжения в сети. При автоматической сварке нарушения формы и размеров шва являются следствием неправильной разделки шва или нарушения режима в процессе сварки (скорости сварки, скорости подачи электродной проволоки, величины сварочного тока). Непровар - неполное оплавление свариваемых кромок основного и наплавленного металла - является следствием низкой квалификации сварщика, некачественной подготовки свариваемых кромок (малый угол скоса, отсутствие зазора, большое притупление), смещения электрода к одной из кромок, быстрого перемещения электрода по шву. Подрезы - узкие углубления в основном металле вдоль края сварного шва - образуются при сварке большим током или удлиненной дугой, при завышенной мощности горелки, неправильном положении электрода или горелки и присадочного прутка. Пережог - окисление металла шва и прилегающего к нему основного металла. Причинами пережога являются сильно окисляющая среда, большая длина дуги, чрезмерно большая мощность сварочной горелки или слишком большая величина сварочного тока, замедленное перемещение электрода или горелки вдоль шва. Прожог - местное сквозное проплавление свариваемых частей. Основными причинами прожога являются большой сварочный ток, завышенная мощность сварочной горелки, малая толщина основного металла, малая величина притупления свариваемых кромок и неравномерный зазор между ними по длине. Наплывы, натеки - результат стекания наплавленного металла на непрогретую поверхность основного металла или стекания расплавленного металла при сварке потолочных швов. Такие дефекты могут быть при низкой квалификации сварщика, недоброкачественных электродах и несоответствии скорости сварки и величины сварочного тока разделке кромок шва. Г рубая чешуйчатость поверхности шва получается при недоброкачественных электродах и от неумения правильно перемещать электрод или горелку и присадочный пруток. Пористость на поверхности и внутри сварного шва возникает вследствие попадания в металл шва газов {водород, азот, углекислый газ и др.), образовавшихся при сварке. Водород образуется из влаги, масла и компонентов покрытия электродов. Азот в металл шва попадает из атмосферного воздуха при недостаточно качественной защите расплавленного металла шва. Окись углерода образуется в процессе сварки стали при выгорании углерода, содержащегося в металле. Если свариваемая сталь и электроды имеют повышенное содержание углерода, то при недостатке в сварочной ванне раскислителей и при большой скорости сварки окись углерода не успевает выделиться и остается в металле шва. Таким образом, пористость является результатом плохой подготовки свариваемых кромок (загрязненность, ржавчина, замасленность), применения электродов с сырым покрытием, влажного флюса, недостатка раскислителей, больших скоростей сварки. Неметаллические включения образуются при сварке малым сварочным током, применении недоброкачественных электродов, сварочной проволоки, флюса, загрязненных швах и плохой очистке шва от шлака при многослойной сварке. При неправильно выбранном режиме сварки шлаки и окислы не успевают всплыть на поверхность и остаются в металле шва в виде неметаллических включений. Трещины наружные и внутренние являются самыми опасными и недопустимыми дефектами сварных швов Они образуются вследствие напряжений, возникающих в металле от его неравномерного нагрева, охлаждения и усадки. Высокоуглеродистые и легированные стали после сварки при охлаждении закаливаются, в результате чего также могут образоваться трещины. Причиной возникновения трещин служит также повышенное содержание в стали вредных примесей (серы и фосфора). Для получения сварных швов высокого качества следует точно изучить свойства свариваемых металлов и составить наиболее целесообразный и технически правильный технологический процесс сварки (подготовка кромок, режим сварки, электрод или присадочный материал и другие параметры процесса сварки). Методы устранения дефектов сварных швов Неполномерность швов устраняется наплавкой дополнительного слоя металла. При этом наплавляемую поверхность необходимо тщательно очистить до металлического блеска абразивным инструментом или металлической щеткой. Чрезмерное усиление шва устраняют с помощью абразивного инструмента или пневматического зубила. Непровар, кратеры, пористость и неметаллические включения устраняют путем вырубки пневматическим зубилом или расчистки абразивным инструментом всего дефектного участка с последующей заваркой. Часто применяют выплавку дефектного участка резаком для поверхностной кислородной или воздушно-дуговой резки. Подрезы заваривают тонкими валиковыми швами. Наплывы и натеки устраняют обработкой абразивным инструментом или с помощью пневматического зубила. Грубая чешуйчатость устраняется снятием поверхностного слоя металла шва зубилом или абразивным инструментом с последующей наплавкой поверхности до установленного по чертежу и техническим условиям размера. Наружные трещины устраняются путем разделки и последующей заварки. Для предупреждения распространения трещины необходимо по концам ее засверлить отверстия. Разделку трещины выполняют зубилом или резаком. Кромки разделки зачищают от шлака, брызг металла, окалины и затем заваривают. Швы с внутренними трещинами вырубают в дефектных участках и заваривают заново. При наличии сетки трещин дефектный участок вырезают и взамен сваркой накладывают «заплату». Виды контроля сварных соединений Для получения сварного соединения хорошего качества необходимо осуществлять контроль, начиная от качества подготовки шва и кончая проверкой полученного сварного соединения. Качество основного металла, электродной проволоки, присадочного металла, флюса и других материалов проверяют по сертификатам и заводским документам. Маркировка и качество должны соответствовать ус тановленным техническим условиspan style=/spanям и технологическому процессу сварки. Сборку под сварку и разделку кромок шва проверяют по техническим условиям и по ГОСТ 5264-69 и 8713-70. Сварное соединение проверяется внешним осмотром, металлографическими исследованиями, химическим анализом, механическими испытаниями, просвечиванием рентгеновскими и гамма-лучами, магнитными методами и с помощью ультразвука. Предварительно сварное соединение тщательно очищают от шлака, окалины и металлических брызг.


 

Внешним осмотром выявляют наружные дефекты шва. Осмотр производят невооруженным глазом или с помощью лупы с десятикратным увеличением. Размеры сварных швов проверяют шаблонами и мерительным инструментом. Металлографические исследования производят, как правило, путем засверливания и последующего травления поверхности в течение 1 ... 3 мин 10%-ным водным раствором двойной соли хлорной меди и аммония. Осадок меди удаляют водой. Засверленная поверхность должна захватывать шов и основной металл. Протравленную поверхность осматривают невооруженным глазом или с помощью лупы. При этом выявляют качество провара и отсутствие внутренних дефектов. Для ответственных сварных конструкций производят более полные металлографические исследования. Для этой цели приготовляют макро-и микрошлифы из специально сваренных контрольных пластин или из пластин, вырезанных из сварных соединений. Химический анализ определяет состав основного и наплавленного металла и электродов, а также их соответствие установленным техническим условиям на изготовление сварного изделия. Методы отбора проб для химического и спектрального анализов предусмотрены ГОСТ 7122-75. Механические испытания сварного соединения производят либо на специально сваренных контрольных образцах, либо используют образцы, вырезанные из сварного соединения. Определяют предел прочности на растяжение, ударную вязкость, твердость и угол загиба. Форма и размеры образцов установлены по ГОСТ 6996-66. Рентгеновское просвечивание основано на различном поглощении лучей металлом и неметаллическими включениями. При этом методе обнаруживают поры, раковины, трещины, непровары, шлаковые включения. Рентгеновские лучи направляют на сварной шов, а с обратной стороны прикладывают фотографическую (или рентгеновскую) пленку со светочувствительной эмульсией. Дефектные места шва (поры, шлаковые включения, трещины и др.) пропускают лучи с меньшим поглощением, чем сплошной металл. После проявления на пленке хорошо видны очертания дефектов шва. Рентгеновские лучи получают в специальных рентгеновских трубках. Сама трубка представляет собой стеклянный баллон, из которого тщательно откачан воздух. Баллон снабжен вольфрамовыми электродами для подвода высокого постоянного напряжения (порядка десятков и сотен киловольт). Трубка питается через трансформатор, повышающий сетевое напряжение, и выпрямитель. Поток электронов, излучаемый катодом, разгоняется электрическим полем и направляется на так называемый антикатод. При ударе электронов высокой энергии об антикатод возбуждается рентгеновское излучение. Следует иметь в виду, что эти лучи вредны для человеческого организма. Поэтому рентгеновская трубка изолируется защитным свинцовым кожухом, в котором имеется узкая щель для выхода лучей, направляемых на контролируемое изделие. Наибольшее распространение получили очень удобные малогабаритные отечественные рентгеновские аппараты типов РУП-120-5-1,? ИРА-1Д, ИРА-2Д и др. Максимальная толщина металла, которая может контролироваться этими аппаратами, достигает 100 мм. Схема просвечивания рентгеновскими лучами показана на рис. 116, где / - рентгеновская трубка; 2 - контролируемый шов; 3- фотопленка. Просвечивание гамма-лучами также основано на различном поглощении лучей металлом и неметаллическими включениями. Гамма-лучи действуют на пленку так же, как и рентгеновские, показывая очертания дефектов сваренного шва. Гамма-лучи получаются при ядерном распаде естественных и искусственных радиоактивных веществ (радия, мезатория, кобальта, цезия, иридия и др.). В настоящее время наибольшее распространение как более дешевые получили радиоактивные изотопы кобальта (Со-60), цезия (Cs-137) и иридия (Iг-192). Гамма-лучи обладают большой проникающей способностью и позволяют контролировать металл толщиной до 350 мм. Гамма-просвечивание значительно проще, чем просвечивание рентгеновскими лучами. Вместе с этим следует учесть, что гамма-лучи также вредны для человека. Поэтому ампула с радиоактивным веществом помещается в специальные переносные свинцовые контейнеры или в стационарные аппараты с дистанционным управлением. Контейнер устанавливают против контролируемого участка, а с обратной стороны сварного шва помещают кассету с пленкой. Затем с помощью дистанционного управления выдвигают ампулу из аппарата или открывают щель в контейнере для выхода гамма-лучей. Следует учесть, что тан-кие изделия лучше контролируются рентгеновскими лучами, а толстые более качественно проверяются гамма-лучами. На рис. 117, а показана схема просвечивания гамма-лучами сварного шва, где / - контейнер; 2 - ампула; 3 - контролируемый шов; 4 - кассета с пленкой; на рис. 117, б - схема устройства ампулы с радиоактивным веществом , где 1 - радиоактивное вещество; 2 - стеклянная ампула; 3 - вата; 4 - латунная или алюминиевая оболочка; 5- крышка; 6-свинцовый футляр. Отечественной промышленностью выпускаются аппараты ГУП-1г-5-2, ГУП-Сз-2-1 и др. Методы контроля рентгенографированием и гамма-графированием сварных швов определены в ГОСТ 7512-75. Магнитные методы контроля основаны на создании неоднородного магнитного поля с образованием потоков рассеяния в местах расположения дефектов шва при намагничивании контролируемого изделия. Применяется несколько методов магнитного исследования (контроля) сварного шва: метод порошковой дефектоскопии, магнитографический метод и индукционный метод контроля.


 

Метод порошковой дефектоскопии является наиболее простым, но и менее четким. После намагничивания изделия сварной шов опыливают магнитным порошком или покрывают суспензией магнитного порошка (смесь с керосином, маслом или другими веществами). В качестве вещества для изготовления магнитного порошка применяют железную окалину. На поверхности изделия порошок распределяется неравномерно; по скоплениям порошка определяют расположение дефектов в сварном шве. Для большей наглядности магнитный порошок или суспензию окрашивают в яркие цвета. Магнитографический контроль сварных швов разработан Всесоюзным научно-исследовательским институтом по строительству трубопроводов. Этот метод широко применяется при контроле сварных швов магистральных трубопроводов. Магнитографический метод заключается в том, что состояние сварного шва записывают на специальную пленку, применяемую для магнитной звукозаписи. Для этого на сварной шов трубы накладывают ферромагнитную пленку, а затем намагничивают шов соленоидом или обкатывают дисковым магнитом. В зависимости от вида и величины дефектов шва в соответствующих местах пленки будет та или иная степень намагниченности. Для воспроизведения записанных на пленку дефектов ее пропускают через специальное устройство, преобразующее магнитную запись в звуковую (магнитофон) или электрическую (электронный осциллограф). Наиболее совершенные аппараты для магнитографического контроля содержат осциллографы. Такие аппараты позволяют проверять сварные швы со скоростью 0,5 ... 1 м/мин. Кроме высокой производительности этот метод отличается большой точностью (не уступающей рентгеновскому и гамма-просвечиванию), простотой выполнения, дешевизной применяемых материалов, возможностью проверки швов в различных пространственных положениях и безопасностью работы. Индукционный метод контроля основан на использовании магнитного потока, рассеиваемого в местах расположения дефектов шва, для наведения электродвижущей силы в специальной катушке, передвигаемой вдоль изделия. Наведенный индукционный ток усиливается и подается на телефон, сигнальную лампу или на специальный магнитоэлектрическии прибор. По звуку, отклонению стрелки прибора или зажиганию специальной лампы определяют расположение дефекта. Индукционный контроль производят дефектоскопом МД-138. Ультразвуковой метод контроля основан на способности ультразвуковых колебаний проникать в толщу металла на значительную глубину и отражаться от неметаллических включений и других дефектных участков шва. Ультразвуковые дефектоскопы работают по следующему принципу. Пластинка из кварца или сегнетовой соли под действием переменного электрического поля высокой частоты .дает ультразвуковые колебания, которые с помощью щупа направляются на проверяемое сварное соединение. На границе между однородным металлом и дефектом эти волны частично отражаются и воспринимаются второй пластинкой. Под действием переменного давления ультразвуковой волны на гранях этой пластинки появляется переменная разность потенциалов, зависящая от интенсивности отраженной волны. Электрические колебания от граней пластинки усиливаются и направляются в осциллограф. На экране осциллографа одновременно изображаются импульсы излучаемой и отражаемой от дефектов волн. По относительному расположению этих импульсов и по интенсивности отраженного импульса можно судить о местонахождении и характере дефекта в сварном шве. В настоящее время выпускают ультразвуковые дефектоскопы, работающие на одной пластинке, которая подает короткими импульсами ультразвуковые волны на контролируемый шов. Отраженные волны воспринимаются этой же пластинкой в промежутки времени между импульсами излучения. При этом получается высокая четкость излучаемых и отраженных ультразвуковых волн. Ультразвуковой метод контроля позволяет обнаружить все основные дефекты сварных швов. «Кроме того, ультразвуковые дефектоскопы УЗД-7н имеют специальное приспособление для настройки на заданную толщину шва и определения глубины расположения обнаруженного дефекта. Временными недостатками ультразвукового контроля являются трудности проверки швов толщиной менее 10 мм и определения характера дефекта. Испытание сварных швов на непроницаемость производят керосином, сжатым воздухом, вакуум-аппаратом, аммиаком, а также гидравлическим методом. Керосином испытывают сварные швы резервуаров и других емкостей, работающих без избыточного давления. Для этой цели сварной шов с внешней стороны покрывают меловым водным раствором, а с внутренней стороны - керосином. При наличии даже мельчайших пор, трещин или неплотностей керосин просачивается через них и на покрытой мелом поверхности образуются керосиновые пятна. Испытание сжатым воздухом производят нагнетанием в испытываемый резервуар сжатого воздуха до давления, указанного в технических условиях на изготовление резервуара. Швы покрывают мыльной эмульсией и по мыльным пузырям определяют наличие в них дефектов. Если габариты позволяют погрузить испытуемый резервуар в ванну с водой, тогда дефекты определяются по пузырькам воздуха. Трубопроводы и большие резервуары испытывают сжатым воз¬духом на величину потери давления на время, установленное техническими условиями. Вакуум-аппарат применяют при контроле сварных швов, имеющих односторонний доступ, когда невозможно использовать керосин, воздух или воду. Аппарат состоит из камеры с вакуумметром и насоса. Контролируемый сварной шов покрывают мыльной эмульсией, на нее устанавливают камеру и включают насос. Для герметичности камера имеет в торце мягкую резиновую прокладку. Если шов имеет дефекты (поры, трещины, неплотности), то образуются мыльные пузыри, которые наблюдаются через стекло камеры. Испытание аммиаком производят путем нагнетания в испытуемый резервуар воздуха до рабочего давления или давления, указанного в технических условиях на изготовление изделия. Затем добавляют 1 % аммиака от объема воздуха в резервуаре при нормальном давлении. Контролируемые сварные швы обертывают бумагой, пропитанной 5%-ным водным раствором азотнокислой ртути. При наличии неплотности (поры, трещины и др.) аммиак проходит через них и, взаимодействуя с азотнокислой ртутью, дает на бумаге черные пятна. Гидравлическое испытание производят с целью проверки не только плотности швов, но и их прочности. Такому испытанию подвергают сварные трубопроводы, сосуды и резервуары для газа или жидкости, работающие под давлением. Для этой цели все отверстия изделия плотно закрывают заглушками и заполняют его водой. С помощью гидравлического пресса создают давление, в 1,5 раза превышающее рабочее давление изделия, и выдерживают в течение времени, указанного в технических условиях на изготовление изделия. Затем снижают давление до рабочего значения и проверяют наличие «потения» и пропусков воды в швах. При этом производят обстукивание изделия молотком на расстоянии 20 мм от сварного шва. Вертикальные цилиндрические резервуары обстукивать при испытании водой не разрешается.


 

В различных отраслях промышленности и строительства расчет сварных металлических конструкций производят, основываясь на различных исходных положениях. Например, в машиностроении расчет ведется по допускаемым напряжениям, а в промышленном строительстве - по предельным состояниям. При расчете по допускаемым напряжениям исходят из того, что действующие в отдельных элементах конструкции напряжения не должны превосходить предел упругости, т. е. вся работа конструкции должна протекать в упругой стадии материала. Практически в качестве предельных напряжений принимается предел текучести материала. Значение допускаемых напряжений зависит от свойств материалов, точности производимых расчетов, вида усилий (растяжение, сжатие, изгиб или срез), особенностей технологического процесса, характера нагрузок, при которых работает конструкция. Основная формула расчета: а < [а] = ап/л, где [а] - допускаемое напряжение; ап - предельное напряжение для данного материала (для пластичных материалов это предел текучести от, для хрупких - предел прочности ав); п - коэффициент запаса прочности, который устанавливают на основании опытных данных применительно к конкретным изделиям. Принцип расчета конструкций по предельным состояниям заключается в том, что указанные конструкции рассчитывают на такие силовые воздействия, при которых они перестают удовлетворять требованиям, заданным при проектировании. При расчете по предельным состояниям за основные характеристики сопротивления стали силовым воздействиям приняты нормативные сопротивления: наименьшее значение предела текучести атили временного сопротивления разрыву ав. Расчетное сопротивление для сварного соединения определяют в зависимости от величины расчетного сопротивления основного материала, конструктивных особенностей соединения, технологии его выполнения и характера нагрузок. Сварные соединения должны быть по возможности равнопрочными с основным металлом элементов конструкции при всех температурах во время эксплуатации, а также при всех видах нагрузки (статических, ударных и вибрационных). Допускаемые напряжения и расчетные сопротивления для сварных соединений назначают в долях от основных величин допускаемых напряжений и расчетных сопротивлений для основного металла. Если элемент конструкции работает при продольной растягивающей силе, то расчетным усилием для его соединения является где N - продольная сила, действующая на соединение; [а]р - допускаемое напряжение растяжения; Fm - площадь сечения шва. Если же элемент работает при продольной сжимающей силе, расчетное усилие N= [а]сж^ш, где [а]сж - допускаемое напряжение сжатия. При изгибе элемента расчетный момент М - [a]p Wm> где Wm - момент сопротивления сечения шва. В металле швов сварных конструкций могут возникать напряжения двух родов: рабочие и связующие. На рис. 28, а две полосы, соединенные стыковым швом, подвергаются растяжению. Очевидно, что сварной шов в этой конструкции необходим, так как при разрушении шва разрушится и вся конструкция. То же самое произойдет и в соединении, изображенном на рис. 28, б. Сварной шов в этом соединении также необходим. Сварные соединения, разрушение которых влечет за собой выход из строя конструкции, будем называть рабочими, а напряжения, действующие в этих соединениях, - рабочими напряжениями. Иначе работает наплавленный металл в шве, расположенном вдоль направления нагрузки (рис. 28, в, г). Шов здесь деформируется вместе с основным металлом; при этом возникают напряжения, которые не опасны для прочности конструкции. Их называют связующими. Стыковые соединения представляют собой наиболее совершенную форму сварных соединений, в которых концентрация напряжений невелика. Проверочный расчет стыковых соединений по допускаемым напряжениям производят определением напряжения в сварном шве и сравнением его с допускаемым. Если элемент работает на растяжение, то допускаемое усилие в сварном стыковом соединении N=[G%S1P. '-Щ При сжатии допускаемое усилие где [а']р и [а']сж - допускаемые напряжения растяжения и сжатия стыкового шва; S - толщина основного металла, так как усиление шва не учитывается; /р - расчетная длина шва. 
Проверка прочности угловых швов заключается в сравнении на 3 пряжений, возникающих под действием приложенных к сварному соединению усилий, с соответствующими нормативными расчетными сопротивлениями и коэффициентами условий работы. При этом сравнивать можно как по напряжениям, возникающим в металле шва, так и по напряжениям в металле участка сплавления. При действии на угловые швы (лобовые и фланговые) продольной или поперечной силы прочность их проверяют на условный срез: где п - число швов в соединении; (3 - коэффициент, который характе ризует вид сварки, положение шва и толщину свариваемых де талей; Ry - расчетное сопротивление срезу углового шва. Угловые соединения в связующих элементах расчету на прочность не подлежат. Наибольшая концентрация напряжений имеет место в нахлесточных соединениях, а также при приварке усиливающих элементов непосредственно к сварному узлу. Такие сварные узлы в большей степени подвержены усталостным разрушениям. Специальный расчет прочности стыков, сваренных контактной сваркой и работающих при статической нагрузке, не производится. Прочность стыка обеспечивается прочностью самого элемента. Проверка выносливости сварных соединений производится по 1 формуле где а - коэффициент учета числа циклов; Rv - расчетное сопротивление усталости; yv - коэффициент, зависящий от алгебраического знака наибольшего по абсолютному значению напряжения.


 

НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ИЗДЕЛИЙ

Радиационные методы контроля основаны на регистрации и анализе ионизирующего излучения при его взаимодействии с контролируемым изделием. Наиболее часто применяются методы контроля прошедшим излучением, основанные на различном поглощении ионизирующих излучений при прохождении через дефект и бездефектный участок сварного соединения (рис. 178). Интенсивность прошедшего излучения будет больше на участках меньшей толщины или меньшей плотности, в частности в местах дефектов - несплошностей или неметаллических включений.

Методы радиационного контроля классифицируются прежде всего по виду (и источнику) ионизирующего излучения и по виду детектора ионизирующего изучения.

Ионизирующим называют изучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов. Так как ионизирующее излучение, состоящее из заряженных частиц, имеет малую проникающую способность, то для радиационного контроля сварных соединений обычно используют излучение фотонов или нейтронов. Наиболее широко используется рентгеновское излучение (Х-лучи). Это фотонное излучение с длиной волны 6-10"13...1-10~9 м. Имея ту же природу, что и видимый свет, но меньшую длину волны (у видимого света 4...7 • 10-7 м), рентгеновское излучение обладает высокой проникающей способностью и может проходить через достаточно большие толщины конструкционных материалов. При взаимодействии с материалом контролируемого изделия интенсивность рентгеновского излучения уменьшается, что и используется при контроле. Рентгеновское излучение обеспечивает наибольшую чувствительность контроля.

Получают рентгеновское излучение в рентгеновских трубках. Испускаемые с накаленного катода электроны под действием высокого напряжения разгоняются в герметичном баллоне, из которого откачан воздух, и попадают на анод. При торможении электронов на аноде их энергия выделяется в виде фотонов различной длины волны, в том числе и рентгеновских. Чем больше ускоряющее напряжение, тем больше энергия образующихся фотонов и их проникающая способность.

Существуют различные схемы и большое количество марок рентгеновских аппаратов, как стационарных, так и переносных. В последнее время все большее распространение получают малогабаритные импульсные аппараты, позволяющие при малой мощности за счет малого времени импульса (1...3 мкс) при сравнительно большом токе (100...200 А) просвечивать достаточно большие толщины.

Другим распространенным видом ионизирующего излучения, используемым при контроле сварных соединений, является излучение.

Это фотонное излучение с длиной волны 1 • 10~13...4 • 10"12м, возникающее при распаде радиоактивных изотопов, источником излучения при радиационном контроле обычно являются радиоактивные изотопы тулия, иридия, цезия; кобальта: 170 Ти, 1921г, 137 Cs, 60 Со и др. Источники излучения компактны и не требуют больших затрат электроэнергии (только на освещение и, возможно, на перемещение радиоактивного изотопа в рабочее положение и обратно). Однако излучение более опасно для человека и, в отличие от рентгеновского, не может быть выключено. Проникающая способность излучения выше, чем рентгеновского, поэтому могут просвечиваться изделия большей толщины, но чувствительность контроля при этом ниже, различие между дефектными и бездефектными участками менее заметно. Поэтому область применения дефектоскопии - контроль изделий большой толщины (малые дефекты в этом случае менее опасны), контроль в монтажных и полевых условиях, в частности трубопроводов и крупногабаритных резервуаров, просвечивание изделий сложной формы, если разместить рентгеновский аппарат нельзя.

Гораздо реже (при контроле изделий еще большей толщины) используется тормозное излучение высоких энергий (1...100 МэВ, в то время как энергия рентгеновских фотонов не превышает 0,5 МэВ) с длиной волны 1 • 10~16...1 • Ю-12 м, обладающее еще большей проникающей способностью. Такое излучение получают при бомбардировке мишеней электронами, ускоренными в линейных или циклических ускорителях: микротронах, бетатронах. Поэтому контроль с использованием тормозного излучения высоких энергий называют бетатронной дефектоскопией. О возможностях этого метода можно судить по таким данным: излучение с энергией 35 МэВ позволяет просвечивать сплавы на основе железа толщиной до 450 мм или сплавы на основе алюминия толщиной до 1800 мм.

Для контроля изделий из тяжелых элементов, для контроля наличия соединений водорода, бора, лития и других легких элементов в капсулах из тяжелых элементов, а также при контроле радиоактивных изделий используют нейтронное излучение, которое получают в ядерных реакторах либо с использованием радиоизотопных источников. В зависимости от методов детектирования (обнаружения и регистрации) ионизирующего изучения различают радиографию, при которой фиксирование изображения внутренней структуры изделия происходит на пленке или бумаге, радиоскопию (изображение наблюдается на экране) и радиометрию (регистрируются электрические сигналы). Радиография получила наибольшее распространение с связи с простотой, наглядностью и документальным подтверждением результатов контроля. При радиографическом контроле для регистрации интенсивности прошедшего через металл излучения применяют радиографическую пленку или фотобумагу (метод прямой экспозиции), металлические активируемые экраны или заряженные полупроводниковые пластины (метод переноса изображения). Более распространен метод прямой экспозиции. При нем могут использоваться все рассмотренные виды ионизирующих излучений. Оптическая плотность почернения радиографической пленки или фотобумаги зависит от дозы ионизирующего излучения, она больше на местах, перекрытых менее плотными участками контролируемого объекта. Поэтому такие дефекты, как поры, трещины, непровары, а также шлаковые включения, будут выглядеть на радиографической пленке в виде темных пятен соответствующей формы. Включения более плотные, чем основной металл (например, вольфрамовые при сварке алюминия неплавящимся электродом), будут на радиограммах иметь вид светлых пятен. Для лучшего выявления дефекта направление излучения должно по возможности совпадать с направлением его максимального размера.


 

Просвечивание стыковых швов обычно проводят перпендикулярно поверхности либо по направлению разделки кромок, так как возможно образование дефектов по линии сплавления. При контроле угловых швов направление просвечивания выбирают по биссектрисе угла либо по направлению разделки кромок. При контроле сварных соединений труб и коробчатых конструкций наилучшим вариантом является размещение источника излучения внутри изделия, так как в этом случае, во-первых, появляется возможность панорамного просвечивания за одну экспозицию, а во-вторых, стенки изделия ослабляют поток ионизирующего излучения в окружающую среду. При невозможности помещения источника излучения внутри просвечивание проводят снаружи, в том числе через две стенки под углом к оси шва во избежание наложения изображений швов друг на друга (рис. 179, в). Лишь около 1 % фотонов ионизирующего излучения, проходящих через пленку, взаимодействуют с ней. Поэтому для повышения чувствительности контроля и ускорения просвечивания используют усиливающие флуоресцентные или металлические экраны из фольги тяжелых металлов (чаще свинца), наклеенной на гибкий пластик.

 

Флуоресцентные экраны представляют собой пластмассовую или картонную подложку, на которую нанесен слой люминофора - вещества, светящегося под воздействием ионизирующего излучения. Они используются со специальными пленками, чувствительными к видимому ультрафиолетовому и инфракрасному излучениям. Наименьшие экспозиции получаются при использовании флуоресцентных экранов, а наилучшая чувствительность - при использовании металлических экранов.

Радиографические пленки характеризуются чувствительностью к излучению и контрастностью. Чем больше чувствительность пленки, тем выше производительность контроля. Чем выше контрастность пленки, тем выше чувствительность контроля. Поэтому высококонтрастные пленки применяют при просвечивании ответственных изделий, а также легких металлов и деталей малой толщины.

Выявляемость дефектов при радиографическом контроле зависит также от резкости изображения. Причинами нерезкости могут быть образование в эмульсионном слое пленки фотоэлектронов (внутренняя нерезкость), рассеяние излучения в материале изделия (особенно при просвечивании изделий большой толщины), смещение или колебания относительного расположения источника, изделия и детектора (устраняются жестким закреплением) и отличие реальной формы источника излучения от точечной (геометрическая нерезкость). Для уменьшения геометрической нерезкости применяют источники излучения с возможно меньшим размером фокусного пятна, максимально приближают пленку к контролируемому изделию и увеличивают фокусное расстояние (от источника излучения до пленки).

Подготовка к просвечиванию при радиографии заключается в предварительном осмотре сварного соединения и очистке его от шлака, масла и других загрязнений. Наружные дефекты удаляют. Участки шва маркируют с помощью свинцовых знаков, либо помечают пленку или флуоресцентные экраны. На поверхность изделия вблизи контролируемого шва устанавливаются эталоны чувствительности, чаще всего - канавочный: пластинка с канавками переменной глубины и ширины.

Время просвечивания определяется по номограммам экспозиции, которые обычно строят для каждого материала в зависимости от его толщины, энергии излучения (в частности, напряжения на аноде рентгеновской трубки), фокусного расстояния, типа применяемой пленки и усиливающих экранов.

Метод переноса изображения применяется сравнительно редко: при контроле радиоактивных изделий и при ксерорадиографии.

При радиографии радиоактивных изделий используют в качестве излучения нейтроны, а в качестве детектора - металлические активированные экраны, которые активируются в нейтронном потоке и не чувствительны к излучению. Затем скрытое изображение переносят на радиографическую пленку, прикладывая ее к металлическому экрану.

Ксерорадиография позволяет исключить применение радиографической пленки. При этом достигается повышение производительности контроля за счет исключения трудоемкой фотообработки, а также уменьшение затрат в связи с исключением расхода серебра, входящего в состав пленки. В качестве детектора при ксерорадиографии используют специальные ксерорадиографические пластины, состоящие из проводящей подложки (алюминия, латуни, стекла или бумаги с проводящим покрытием), на которую нанесено полупроводниковое покрытие (чаще всего селеновое). В качестве источника излучения в основном используют рентгеновские аппараты, реже - радиоизотопные источники тормозного или излучения. При ксерорадиографии заряжают ксерорадиографическую пластину с помощью коронного разряда и помещают в светонепроницаемую кассету. В процессе просвечивания селен становится проводником, происходит утечка заряда. Чем больше интенсивность прошедшего излучения, тем меньше остаточный заряд. Затем на пластинку наносят красящее вещество. Краситель переносят на бумагу контактным способом, закрепляют на ней ацетоном или другим растворителем. Время контроля по сравнению с обычной радиографией уменьшается в десятки раз. Одна ксерорадиографическая пластина может использоваться до 1000 раз.

Радиоскопия основана на просвечивании контролируемых объектов ионизирующим излучением, преобразовании прошедшего излучения в светотеневое или электронное изображение с последующим усилением, передачей и анализом изображения на экране оптического устройства или телевизионного приемника. Применение телевизионных систем обеспечивает радиационную безопасность персонала, позволяет усиливать яркость и контрастность и изменять масштаб изображения.

В качестве ис; /* electrowelder большой прямоугольник */ google_ad_slot = class=точника ионизирtext/javascriptующего излучения при радиоскопии чаще применяют рентгеновские аппараты, реже линейные и циклические ускорители, а также радиоизотопные источники большой мощности. Перспективно применение нейтронного излучения, получаемого в ядерных реакторах или генераторах нейтронов.

Радиоскопия позволяет рассмотреть внутреннюю структуру объекта непосредственно в момент просвечивания, при этом сохраняются достоинства радиографии: возможность определения типа, характера и формы дефекта. Малая инерционность преобразования радиационного изображения позволяет за короткое время исследовать объект под различными углами, что повышает вероятность выявления скрытых дефектов. Чувствительность радиоскопии ниже чувствительности радиографии, производительность - выше. В установках для радиоскопии может быть предусмотрена отметка и последующая радиография выявленных дефектных участков.

Радиометрия основана на просвечивании изделия ионизирующим излучением и преобразовании плотности потока или спектрального состава прошедшего излучения в электрический сигнал. В качестве источника излучения применяют в основном радиоизотопы (у-излучение), ускорители, реже - рентгеновские аппараты и источники нейтронов. В качестве детекторов используют ионизационные камеры, газоразрядные счетчики (пропорциональные и счетчики Гейгера), фиксирующие ионизацию или газовый разряд под действием ионизирующего излучения, а также сцинтилляционные счетчики, основанные на измерении с помощью электронных умножителей интенсивности световых вспышек в люминофорах.


 

В отличие от радиографического и радиоскопического методов при радиометрии объект просвечивается узким пучком излучения. Если в просвечиваемом изделии будет дефект, то регистрационное устройство отметит изменение интенсивности излучения.

Преимущества радиометрии: высокая чувствительность (выше, чем у радиографического метода), высокая производительность, возможность бесконтактного контроля качества движущегося изделия, что особенно удобно при поточном производстве (возможно осуществление обратной связи с технологическим процессом). Основной недостаток радиометрии: интегрирующие свойства - одновременная регистрация сигнала от дефекта и от изменения толщины изделия. Это затрудняет возможность определения формы, размеров и глубины залегания дефекта - иногда оказывается необходимым снимать или зачищать усиление сварного шва.

Дальнейшим развитием радиографии является радиационная вычислительная томография. В отличие от обычной радиографии объект просвечивается большим количеством источников излучения, прошедшее излучение фиксируется большим количеством детекторов, изделие перемещается по определенной программе, результаты контроля запоминаются и анализируются с помощью ЭВМ, а затем на основе созданной модели внутренней структуры объекта формируется ее изображение на экране, т.е. обеспечивается наглядность, отсутствующая при обычной радиографии.

С помощью радиационных методов контроля выявляются трещины, непровары, непропаи, включения, поры, подрезы и другие дефекты. Результаты контроля наглядны (кроме обычной радиометрии), поэтому по сравнению с другими методами неразрушающего контроля при радиационном контроле легче определить вид дефекта. Как правило, не требуется высокая чистота поверхности сварных швов и изделий, можно контролировать сравнительно большие толщины.

К недостаткам радиационных методов необходимо прежде всего отнести вредность для человека, в связи с чем требуются специальные меры радиационной безопасности: экранирование, увеличение расстояния от источника излучения и ограничение времени пребывания оператора в опасной зоне. Кроме того, радиационными методами плохо выявляются несплошности малого раскрытия (трещины, непровары), расположенные под углом более 7... 12° к направлению просвечивания, метод малоэффективен для угловых швов.

19.5.2. Акустические методы контроля Различают пассивные и активные акустические методы контроля сварных соединений. Пассивные методы основаны на исследовании упругих волн, возникающих в контролируемом изделии во время или по окончании технологического процесса, или при нагружении, в частности в момент образования или развития несплошностей. К ним относятся методы контроля, использующие акустическую эмиссию, а также шумо-и вибродиагностика. Активные методы основаны на исследовании распространения колебаний специально вводимых в контролируемое изделие.

Акустические колебания - это механические колебания среды. При акустическом контроле обычно используют колебания с частотой 0,5...25 МГц, т. е. ультразвуковые. Поэтому большинство акустических методов являются ультразвуковыми, хотя известны случаи использования и колебаний звуковой частоты, в частности импедансный метод контроля, используемый при контроле паяных, клееных или сваренных контактной сваркой конструкций.

Для возбуждения и регистрации ультразвуковых колебаний используют пьезоэлектрический эффект: некоторые материалы (кварц, титанат бария, титанат-цирконат свинца и др.) под действием переменного электрического поля меняют свои размеры с частотой изменения поля. Пьезоэлектрическую пластину помещают в специальном устройстве - пьезопреобразователе (искателе). Материалы, используемые в пьезопреобразователях: плексиглас, капролон, фторопласт, полистирол, - способствуют гашению отраженной волны, так как имеют большие коэффициенты затухания ультразвуковых колебаний и малую скорость их распространения.

Пьезопреобразователи, предназначенные для ввода волны в направлении, перпендикулярном поверхности, называют прямыми, или нормальными, а для ввода под некоторым углом -наклонными, или призматическими. Пьезопреобразователи включаются по раздельной, совмещенной или раздельно-совмещенной схемам. В последнем случае в одном корпусе размещаются два пьезопреобразователя, разделенных между собой экраном. При падении ультразвуковой волны на поверхность раздела двух сред, в частности на границу дефекта, часть энергии отражается, что и используется при контроле. Для анализа распространения ультразвуковых колебаний в контролируемом изделии используют три основных метода: теневой, зеркально-теневой и эхо-метод.

При тенево м метод е признаком обнаружения дефекта служит уменьшение интенсивности (амплитуды) ультразвуковой волны, прошедшей от излучающего пьезопреобразователя к приемному (рис. 180, а). Недостатки метода - необходимость двустороннего доступа к изделию и малая точность оценки координат дефектов, достоинство - высокая помехоустойчивость. Метод может применяться для изделий с грубо обработанной поверхностью.

При зеркально-теневом методе признаком обнаружения дефекта является уменьшение интенсивности (амплитуды) ультразвуковой волны, отраженной от противоположной поверхности изделия (рис. 180, б). Отраженный сигнал называется донным. Метод не требует двустороннего доступа к контролируемому изделию, позволяет более достоверно выявлять корневые дефекты в стыковых швах, помехоустойчив, применяется для изделий небольшой толщины с грубо обработанной поверхностью. Однако точность определения координат дефекта и при этом методе невысока.


 

При эхо-методе признаком обнаружения дефекта является прием эхо-сигнала, отраженного от дефекта (рис. 180, в). При зеркальнотеневом и эхо-методе возможно использование одного пьезопреобразователя в качестве излучателя и приемника (при эхо-методе, как правило, так и делается), однако сигнал при этом должен подаваться импульсами. Если дефект расположен слишком близко к поверхности, то сигнал от него приходит раньше, чем закончится зондирующий импульс, и этот сигнал не будет заметен на фоне зондирующего импульса дефект не обнаруживается. Слой материала, непосредственно прилегающий к пьезопреобразователю, в котором дефект не обнаруживается, называется мертвой зоной. Эхо-метод по сравнению с ранее рассмотренными позволяет достаточно точно определить не только наличие дефекта, но и его характеристики. Если длина волны ультразвуковых колебаний больше размера дефекта, то будет происходить его огибание и дефект не обнаружится. При большой величине зерен металла происходит значительное затухание колебаний. Так как длина волны обратно пропорциональна частоте колебаний, то с увеличением частоты повышается чувствительность к более мелким дефектам, но возрастают структурные помехи. Это необходимо учитывать при выборе частоты. При контроле сварных соединений обычно используются частоты от 0,5 до 10 МГц. Ультразвуковой контроль (УЗК) крупнозернистых материалов (чугуна, меди, аустенитных сталей) затруднен. Возможно существенное ослабление колебаний в около шовной зоне сварного соединения. Зависимость коэффициента затухания от величины зерна используют в ультразвуковых структурных анализаторах.

 

Перед УЗК производят подготовку: выбирают основные параметры контроля, настраивают дефектоскоп, очищают поверхности, по которым должен перемещаться искатель, от отслаивающейся окалины, брызг, грязи, пыли, покрывают их слоем контактной жидкости (минеральное масло, глицерин и др.) для осуществления акустического контакта. Для контроля вертикальных и потолочных швов на участки, по которым будет перемещаться пьезопреобразователь, перед нанесением жидкости накатывают полиэтиленовую пленку толщиной около 0,1 мм. Затем ведут поиск дефектов, после чего определяют их характеристики: максимальную амплитуду эхо-сигнала, его координаты, условные размеры, конфигурацию и ориентацию. Для определения условных размеров дефекта перемещают пьезопреобразователь вдоль (для определения длины) и поперек (для определения ширины) шва до исчезновения сигнала либо до заданного уровня его уменьшения. Условную высоту определяют по разности времени между зондирующим и эхо-импульсом при крайних положениях пьезопреобразователя, при которых измерялась условная ширина дефекта (рис. 181). Для оценки конфигурации и ориентации дефекта применяют специальные методики, включающие прозвучивание под различными углами и в различных направлениях и вращение пьезопреобразователя.

Стыковые и тавровые соединения контролируют, как правило, эхо-методом, совмещенным пьезопреобразователем с углом ввода (3 = 30...40°, реже 50°. При толщине изделия свыше 150 мм прозвучивание ведут с двух его противоположных поверхностей. Нахлесточные соединения контролируют однократно отраженным лучом со стороны основного листа, пьезопреобразователь включают по совмещенной схеме. Таким образом выявляют трещины, непровары вертикальной кромки и корня шва. Для обнаружения горизонтального непровара лучше применять зеркально-теневой метод, включая пьезопреобразователь по раздельной схеме.

При контроле точечной контактной сварки можно использовать зеркально-теневой метод: если соединение качественное, колебания проникают сквозь шов в нижний лист и не попадают на приемник. При отсутствии сварки имеется донный сигнал от первого листа. Однако дефекты типа слипания выявляются плохо, так как они практически не отражают ультразвук. Преимущества УЗК: возможность контроля большой толщины (для толщины свыше 80 мм это наиболее надежный способ), меньшие затраты по сравнению о радиографией, безопасность, выявление дефектов малого раскрытия. Это перспективный метод, постепенно вытесняющий радиационные методы. Однако он имеет и ряд недостатков: объемные дефекты выявляются хуже, чем плоские, не выявляются дефекты, имеющие в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны, размер меньше длины волны, сложнее по сравнению с радиационными методами определить вид дефекта, из-за большого уровня структурных помех некоторые материалы нельзя контролировать. Основной недостаток УЗК - субъективность: зависимость результатов от квалификации и внимательности оператора. Для устранения этого недостатка механизируют перемещение пьезопреобразователя относительно изделия, создают приборы, в которых с помощью ЭВМ сигналы в процессе сканирования запоминаются, а по его окончании - анализируются и выдаются в наглядной форме.

Магнитные и вихретоковые методы контроля Магнитные методы контроля применяются для ферромагнитных материалов. Они основаны на измерении и анализе результатов взаимодействия электромагнитного поля с контролируемым объектом. При наличии в шве несплошностей, вследствие меньшей магнитной проницаемости дефекта, магнитный силовой поток будет огибать дефект, создавая магнитные потоки рассеяния (рис. 182).

Изделия контролируют в наложенном постоянном или переменном магнитном поле либо после намагничивания в остаточном поле. Намагничивают детали постоянным, импульсным униполярным, переменным или комбинированным магнитным полем. После контроля детали размагничивают нагревом выше точки Кюри или переменным магнитным полем с амплитудой, равномерно уменьшающейся от некоторой максимальной величины (равной или несколько большей амплитуды намагничивающего поля) до нуля.

По приемам регистрации магнитных полей и их неоднородностей магнитные методы контроля подразделяют на магнитопорошковый, магнитографический, магнитоферрозондовый, индукционный, вихретоковый и др.

При магнитопорошковом методе на поверхность намагниченной детали наносят ферромагнитный порошок. Под действием магнитных полей частицы порошка скапливаются над дефектами. Возможно выявление тонких и мелких трещин с раскрытием больше 0,0025 мм и высотой не менее 0,025 мм. В стыковых сварных соединениях с усилением, выполненных автоматической сваркой, выявляются трещины с раскрытием не менее 0,01 мм и высотой не менее 0,1 мм, в соединениях, выполненных ручной сваркой, - соответственно 0,025 мм и 0,25 мм. Можно использовать порошки разного цвета. Для деталей с блестящей светлой поверхностью применяют черный порошок магнетита Fe3C>4. При контроле деталей с черной поверхностью используют цветные, окрашенные или отожженные, кирпично-красные, серебристые или темно-коричневые порошки либо люминисцентные порошки, светящиеся при ультрафиолетовом облучении. Часто для удобства нанесения используют магнитные, в том числе магнитолюминисцентные, суспензии на маслянокеросиновой или водной основе (5...6 г мыла, 1 г жидкого стекла, 50...100 г магнитного порошка на 1 л воды).

Подготовка деталей к контролю заключается в очистке их поверхностей от отслаивающейся ржавчины и грязи. Если применяется сухой метод контроля или используется водная суспензия, то контролируемые поверхности следует очистить от смазки и масла. Иногда перед выполнением контрольных операций контролируемые поверхности покрывают тонким просвечивающимся слоем белой краски или белого нитролака, чтобы черный порошок был лучше виден. Преимущества магнитопорошкового метода: высокая чувствительность к тонким и мелким трещинам, простота, оперативность и наглядность, возможность применения для деталей практически любых форм и размеров.


 

При магнитографическом методе магнитные поля рассеяния записывают на магнитную ленту, наложенную на участок контроля. Магнитные ленты состоят из основы толщиной 100 мкм, сделанной из триацетата или лавсана, и магнитного слоя толщиной 10...20 мкм, состоящего из окиси железа, взвешенной в лаке. Они могут использоваться многократно. Записи на ленте преобразуются в электрические сигналы и наблюдаются на экране дефектоскопа. В автоматических устройствах применяется непрерывная запись и воспроизведение с бесконечной магнитной ленты в виде петли.

Преимущества магнитографического метода контроля: высокая разрешающая способность (возможность выявления мелких дефектов), позволяющая регистрировать неоднородные магнитные поля, соизмеримые с размером частиц магнитного слоя ленты (порядка 1 мкм), возможность регистрации дефектов на сложных поверхностях и в узких зазорах. Недостатки: необходимость вторичного преобразования информации, регистрируются только составляющие магнитных полей вдоль поверхности ленты, сложность размагничивания и хранения ленты - необходимо предотвращать воздействие внешних магнитных полей.

При магнитоферрозо н д овом методе используются датчики - феррозонды. Они имеют катушки, генерирующие магнитное поле, взаимодействующее с остаточным или наведенным полем контролируемой детали. При попадании дефекта в зону взаимодействия этих полей в катушках датчика возникнет электрический сигнал, по его величине судят о дефекте. Этот метод имеет высокую чувствительность, но для обеспечения достоверности результатов поверхность изделия должна иметь хорошую чистоту обработки.

При индукционном методе для регистрации магнитных полей рассеяния, образующихся около дефектов в намагниченной детали, используют катушку, которую двигают вдоль шва с постоянной скоростью. Магнитным полем детали в катушке наводится электродвижущая сила (ЭДС). В местах рассеяния поля ЭДС изменяется - образуется электрический сигнал, по которому судят о дефекте. Катушка намотана на сердечнике из металла с высокой магнитной проницаемостью - вместе они составляют магнитную индукционную головку. Она проще феррозонда, так как не требует генератора для питания. Метод отличается повышенной надежностью, может работать в сильных магнитных полях, однако требует перемещения магнитной головки с постоянной скоростью вдоль направления магнитного поля, при этом щель рабочего зазора в сердечнике должна быть перпендикулярна к направлению движения. Поэтому его рационально применять в массовом производстве (при большой длине швов). Индукционный метод используется, например, для контроля сварных труб, перемещающихся относительно индукционной головки. Магнитные методы контроля широко применяются для ферромагнитных материалов, преимущественно для обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов в стыковых швах. Достоинства магнитных методов: высокая производительность, безвредность, экономичность. Основные недостатки: усиление шва существенно снижает чувствительность магнитных методов контроля. Объемные включения выявляются хуже, чем плоские трещиноподобные.

Зихретоковые методы контроля (ранее назывались электромагнитными) могут применяться для электропроводных материалов. При воздействии переменного электромагнитного поля, создаваемого генераторной катушкой, в металле контролируемой детали возникают вихревые токи, которые создают свое электромагнитное поле, противодействующее внешнему полю. Поле вихревых токов фиксируется измерительной катушкой. Нарушения сплошности контролируемого изделия увеличивают электрическое сопротивление поверхностного слоя металла, что приводит к ослаблению вихревых токов. Метод вихревых токов можно использовать для выявления поверхностных и подповерхностных дефектов, в том числе и в неферромагнитных материалах. Он может использоваться для контроля контактной сварки сталей и алюминиевых сплавов. Он применяется для измерения электропроводности металлов, изучения их структуры, физико-механических свойств, твердости и др. В частности, им можно определить величину остаточных напряжений после сварки.


 

Контроль проникающими веществами включает две группы методов: капиллярные и методы контроля течеисканием.

 

Капиллярные методы контроля основаны на капиллярном проникновении жидкостей (пенетрантов) в дефекты и их контрастном изображении. Эти методы применяются для выявления поверхностных дефектов, в основном в изделиях из неметаллов и сплавов, для которых невозможно использовать магнитные методы контроля. Капиллярный контроль осуществляют следующим образом. После подготовки (очистки, обезжиривания) поверхности контролируемой детали на нее наносят индикаторную жидкость, например смесь керосина со скипидаром с добавкой красителя (рис. 183). Жидкость проникает внутрь дефектов. Чтобы дефекты лучше и быстрее заполнялись, при нанесении жидкости повышают или понижают давление, воздействуют на деталь звуковыми или ультразвуковыми колебаниями или статической нагрузкой, подогревают жидкость, напыляют ее в виде аэрозоля. После нанесения жидкость с поверхности убирают (вытирают или сдувают), но в дефектах она остается. Далее струей газа, кистью или щеткой припудриванием наносят на поверхность проявитель. Это может быть, например, раствор каолина (белой глины) в этиловом спирте. Проявитель высыхает, в него всасывается из дефектов индикаторная жидкость, окрашивая места дефектов. Проявитель может быть в виде порошка (сухой способ). Можно наносить в качестве проявителя растворы люминофоров (в летучем растворителе) - тогда дефект будет светиться в ультрафиолетовых лучах (беспорошковый способ). Если добавить в индикаторную жидкость краситель и после очистки от нее поверхности нагреть деталь, то жидкость выступит на кромки дефекта, испарится, а затвердевший краситель покажет расположение дефекта. Дефекты выявляют внешним осмотром с помощью лупы; если применялись люминофоры, можно использовать фотодатчики. Капиллярным контролем выявляют дефекты шириной от 1 мкм, глубиной от 10 мкм и длиной от 0,1 мм.

Методы контроля течеисканием применяются для обнаружения сквозных дефектов. Для многих изделий (сосуды, замкнутые объемы) важнейшим эксплуатационным требованием является герметичность, т.е. свойство изделия обеспечивать настолько малое проникновение газа или жидкости, чтобы им можно было пренебречь в рабочих условиях. Особо высокие требования предъявляются к изделиям, работающим в вакууме, такие изделия должны обладать вакуумной плотностью. Сквозные дефекты могут сказываться и на других характеристиках соединения (прочности, коррозионной стойкости, электропроводности и др.), поэтому метод контроля течеисканием применим и для других изделий, даже для сварных листов. Методы контроля течеисканием подразделяются на гидравлические, пневматические, вакуумные, химической индикации течей, керосином и пенетрантами, газоаналитические и др.

В гидравлических методах в качестве проникающего вещества используется жидкость, обычно вода, которая подается под давлением с одной стороны шва. Дефект обнаруживается по появлению жидкости с противоположной стороны шва. Применяются различные варианты гидравлического контроля. При испытаниях избыточным гидравлическим давлением в изделие подается вода под давлением, которое в 1,5...2 раза превышает рабочее. Изделие выдерживают определенное время, следя за давлением по манометру, затем обстукивают молотком, течи выявляются в виде струек и отпотевания поверхности контролируемого изделия. Этим методом выявляются дефекты диаметром до 0,001 мм. Гидравлические испытания под давлением менее опасны, чем пневматические, так как жидкость несжимаема и течь ведет к падению давления без взрыва. Для открытых сосудов и корпусов возможен контроль наливом воды. Возможны испытания сварных швов поливом воды под давлением от 0,1 до 1,0 МПа и осмотром места течи с противоположной стороны. При этом способе контроля выявляются дефекты диаметром от 0,5 мм. При люминисцентно-гидравлическом методе негерметичность шва определяется по течи и свечению индикаторной жидкости. Иногда в индикаторную жидкость добавляют радиоактивные вещества, которые дают возможность фиксировать очень мелкие дефекты с помощью датчиков ионизирующего излучения.

Пневматические испытания производятся давлением воздуха, равным 1...1,2 рабочего давления. Разновидностью пневматических испытаний является манометрический метод, при котором изделие выдерживается под давлением от 10 до 100 ч. Изменение давления, наблюдаемое по манометру, не должно превышать допускаемой величины. Испытания под высоким давлением опасны, поэтому их проводят редко. Возможно определение места течи при испытаниях невысоким давлением (0,03...0,3 МПа). Для индикации используют мыльную пену или пенные индикаторы на основе моющих средств. Поры диаметром Ю-3...Ю-4 мм можно обнаружить, обдувая поверхность сварного шва воздухом из шланга под давлением примерно 0,4 МПа. Иногда проводят пневмогидравлические испытания, создавая внутри изделия избыточное давление и погружая его в воду. Возможны и другие варианты пневматических методов контроля, например акустический метод, когда по наличию колебаний воздуха или газа, проходящего через несплошности с частотой приблизительно около 4 кГц, можно определить наличие дефектов.

Вакуумны е метод ы основаны на перепаде давления, создаваемого откачкой воздуха из изделия. К ним относятся манометрический метод, электроискровой и др. Широко используется метод мыльной индикации: на проверяемый участок шва, предварительно смазанный мыльным раствором, накладывается прозрачная камера на присосках, в которой создается низкий вакуум. При наличии в шве дефектов воздух проникает через несплошности и на поверхности шва образуются мыльные пузыри, наблюдаемые через прозрачное стекло камеры. Метод можно использовать для контроля стыковых и нахлесточных соединений.

Метод химической индикации течей заключается в том, что на контролируемые стыки сосуда наносят индикаторную массу, пасту или ленту. В сосуд подают пробный газ под избыточным давлением. Пробный газ проникает через неплотности и окрашивает индикатор. В качестве пробного газа используют аммиак или углекислый газ, в качестве индикатора - 5 %-й раствор азотнокислой ртути (при наличии течи появляются черные или фиолетовые пятна) или фенолфталеин (появляются бесцветные пятна на малиновом фоне).

Метод контроля керосином (бензином или спиртом ) основан на высокой проникающей способности керосина или другого пенетранта, например бензина или спирта. Обычно контролируемый шов покрывают меловой краской со стороны, доступной для осмотра и устранения дефектов. Затем шов смачивают керосином с другой стороны и выдерживают необходимое время (обычно 15...60 мин). Дефекты выявляют по ржавым полосам и пятнам на слое мела. Иногда добавляют в пробную жидкость краску или люминофор.


 

Газоаналитические методы (контроль с помощью течеискателей) заключаются в следующем: с одной стороны сварного шва в замкнутом изделии подается пробный газ, с другой стороны - отбирается проба газа, которая подается в анализатор течеискателя. Существуют различные схемы контроля с помощью течеискателей: опрессовка - пробный газ подается под избыточным давлением внутрь сосуда, обдув контролируемого шва пробным газом и отбор пробы газа из сосуда, аккумулирование - изделие выдерживается в атмосфере пробного газа, а затем производится отбор пробы газа из изделия (при этом достигается максимальная чувствительность, но определение места течи затруднено). Течеискатели бывают катарометрические, ими место дефекта определяют по изменению теплопроводности газовой смеси вблизи дефекта. В качестве пробного газа при этом используют азот, углекислый газ, инертные газы.

Галогенными течеискателями дефекты определяют по изменению ионного тока при пропускании через промежуток анод-коллектор платинового диода газов, содержащих галоиды (фреон, ССЦ, SFg, хлороформ).

В масс-спектрометрических течеискателях проба газа ионизируется, и о наличии сквозного дефекта судят по возникновению ионного тока в камере. В качестве пробного газа чаще всего используют гелий.

19.5.5. Сравнительная эффективность методов неразрушающего контроля Каждый метод контроля имеет разную чувствительность к видам дефектов и свою область применения. Например, простой метод капиллярного контроля при выявлении поверхностных дефектов оказывается эффективнее радиационного или ультразвукового контроля. При выборе метода выявления несплошностей или включений с помощью неразрушающего контроля можно ориентироваться на данные табл. 29. Но следует учитывать, что выявляемость дефектов зависит также от материала, типа соединения и других факторов.

Примечание . РД - радиационная дефектоскопия, УЗД - ультразвуковая дефектоскопия, МД - магнитная дефектоскопия, БД - капиллярная дефектоскопия.

Для сравнения чувствительности различных методов контроля течеисканием может быть использован поток газа, проходящий в единицу времени через самый маленький дефект, который может быть зафиксирован данным методом. Если среднюю чувствительность пневматических или гидравлических методов (5-10"2 л-мкм рт.ст./с) принять за единицу, то относительные чувствительности различных методов контроля составят: керосином и пенетрантами 10, химической индикации - 100, галоидными течеискателями 500, люминисцентно-гидравлический - 1 000, масс-спектрометрическими (гелиевыми) течеискателями - 5 000 000 (1-10-8 л-мкм рт.ст./с). Но при выборе метода контроля нельзя забывать о его экономической целесообразности для конкретного изделия: более точные методы дороже стоят.

Контрольные вопросы

1. Что называют качеством продукции?

2. Что понимают под контролем качества?

3. Каковы этапы контроля проектирования и производства сварных конструкций?

4. Каковы методы РК качества сварных соединений?

5. Каковы методы НРК сварных соединений?

6. Что называют дефектом сварного соединения?

7. Какие дефекты могут возникать при подготовке и сборке деталей?

8. Какие дефекты могут возникать при сварке?

9. Как можно классифицировать несплошности в сварных швах по их расположению, форме и величине?

10. Какая разница между наплывами и подрезами?

11. Какая разница между прожогом, кратером и свищом?

12. Что такое трещины и какие они бывают в сварных швах?

13. Какая разница между порами и непроварами?

14. Какие дефекты присущи контактной сварке?

15. Какие дефекты могут возникать при пайке?

16. Чем опасны дефекты сварных швов?

17. Надо ли устранять все дефекты сварных соединений?

18. Что проверяют при контроле внешним осмотром заготовок и сборки деталей?

19. Что контролируют при наблюдениях за процессом сварки?

20. Что нужно выявлять при контроле внешним осмотром готовых сварных изделий?

21. Какие инструменты применяют при контроле внешним осмотром?

22. Что определяют механическими испытаниями сварных соединений?


 

Качество - это совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять потребности в соответствии с ее назначением. Это категория относительная и комплексная. Требования, предъявляемые к изделиям различного назначения, не могут быть одинаковыми. Качество сварных соединений оценивается совокупностью показателей: прочностью, пластичностью, коррозионной стойкостью, структурой металла шва и околошовной зоны, числом дефектов, числом и характером исправлений, вероятностью безотказной работы за заданное время и т.д.

 

Контроль качества продукции - проверка соответствия показателей качества установленным требованиям. С одной стороны, работы по контролю качества трудоемки (при сварке изделий ответственного назначения их трудоемкость может составлять 5 % и более) и существенно влияют на стоимость продукции, затраты на контроль достигают 30...40 % общих технологических затрат;, в то время как затраты на собственно сварочные операции составляют 15...20 %. С другой стороны, снижение требований к контролю или применение неэффективных в данном случае методов контроля снижает качество. Так, отмена ультразвукового контроля сварных соединений магистральных трубопроводов привела к увеличению отказов при последующих гидравлических испытаниях с 10 до 31 %. Затраты на исправление дефектов еще более велики. По американским данным, стоимость ремонта

1 м сварного шва подводного трубопровода может достигать 5 млн дол. Исправление дефектов не всегда обеспечивает требуемое качество, может приводить к появлению новых, иногда более опасных дефектов. Требования к качеству должны быть разумными, соответствующими назначению и ответственности изделия. Поэтому основная задача контроля - не только Обнаружение уже имеющихся дефектов, но и предупреждение возникновения новых. Появляется проблема управления качеством. Управление качеством продукции - это обеспечение необходимого уровня качества. При управлении качеством, особенно в массовом производстве, обычно используют методы математической статистики.

Для обеспечения высокого качества сварных соединений необходимо проводить контроль на всех стадиях проектирования и производства.

Первый этап контроля осуществляется на стадии проекта и включает в себя контроль чертежей: согласование конструкции сварных и паяных соединений, обоснованность выбора основного материала, включая в некоторых случаях экспериментальную проверку на свариваемость, обеспечение дефектоскопичности конструкций; контроль технологической документации: выбор способа соединения, режимов сварки или пайки, вспомогательных материалов, обоснование норм допустимых дефектов и плана контроля - метод, объем, порядок контроля и исправления дефектов.

Второй этап контроля производится при подготовке и осуществлении технологического процесса. Он состоит из проверки свариваемости с использованием запускаемых в производство материалов, которая проводится в связи с возможными отклонениями плавок основного металла, электродов, проволоки и флюсов от сертификатных значений, проверки условий подготовки и хранения исходных материалов (например, просушки электродов или очистки сварочной проволоки); проверки исправности оборудования и аппаратуры проверяют исправность регулирующих механизмов, измерительных приборов, состояние токоподводов и газовой арматуры. На этом же этапе проверяют качество заготовок, сборки, выполнения технологии сварки (для быстротекущих и ответственных процессов - с непрерывной записью: желателен активный контроль с возможностью автоматической корректировки режимов сварки), а также квалификацию и дисциплину сварщиков.

Третий этап контроля включает контроль готовых изделий и полуфабрикатов (отдельных узлов и сварных швов). Этот этап будет рассмотрен ниже.

Четвертый этап контроля дефектовка: контроль изделия и его отдельных составных частей после определенного срока эксплуатации. При этом детали разделяются на три группы: годные для дальнейшей эксплуатации, негодные и не подлежащие восстановлению, направляемые на восстановление с целью дальнейшей эксплуатации. Для деталей последней группы разрабатываются ремонтные чертежи и ремонтные технологии и повторяются первые три этапа контроля.

На всех этапах контроля необходима проверка качества самих контрольных операций, метрологическая проверка приборов, проверка соблюдения методики контроля, чувствительности и достоверности контроля, качества применяемых материалов, квалификации и состояния операторов.

Высокое и стабильное качество, возможность легкой замены деталей при ремонте, а также применение прогрессивной и наиболее отработанной технологии изготовления продукции обеспечивает ее стандартизация, тщательный контроль на всех стадиях проектирования и производства - необходимое условие стандартизации. Со своей стороны, стандартизация самой методики контроля и применяемой аппаратуры позволяет снизить стоимость контроля и повысить надежность его результатов. В настоящее время стандартизированы термины в области контроля качества, применения различных видов контроля, требования к средствам неразрушающего контроля и стандартным образцам для их поверки, методы контроля различных видов продукции (в частности, сварных и паяных соединений).


 

По воздействию на материал или изделие методы контроля делят на разрушающий контроль (РК) и неразрушающий контроль (НРК).

К разрушающим методам контроля относят механические испытания, металлографию, коррозионные испытания, технологические пробы на свариваемость и др. РК обычно дает возможность получить количественные характеристики качества соединения (например, прочность соединения на растяжение) и точно определить вид (природу) дефекта. Недостатком РК является то, что испытания проводятся на образцах-свидетелях, моделях, реже на готовых изделиях, но не на тех объектах, которые в дальнейшем применяются в эксплуатации. Для обеспечения достоверности испытаний количество образцов должно быть достаточно большим. При этом расходуется большое количество материалов, изготовление образцов требует трудоемкой механической обработки.

НРК осуществляется на изделиях, предназначенных к эксплуатации. При этом оцениваются лишь свойства, косвенно характеризующие качество сварного соединения, например наличие неоднородностей в сварном шве. Для установления связи между результатами НРК и эксплуатационной надежностью изделия и для точного определения вида дефекта требуются дополнительные исследования. Достоинства НРК: испытания проводятся на самих изделиях и на опасных участках, можно контролировать любое изделие из партии, даже все, если это нужно, можно проводить контроль во время эксплуатации изделия без прекращения его работы, в том числе неоднократно. По сравнению с РК экономятся материалы и затраты труда на подготовку и проведение испытаний.

Методы НРК подразделяются на следующие виды: акустические, вихретоковые, магнитные, оптические проникающими веществами (капиллярные и течеисканием), радиационные, радиоволновые, тепловые, электрические. При контроле сварных соединений чаще применяются четыре метода: радиационные, акустические, магнитные и испытания проникающими веществами.

К неразрушающим методам близки так называемые безобразцовые испытания, сопровождающиеся небольшими нарушениями целостности материала, но не изделия в целом (например, измерение твердости), внешний осмотр, а также контроль параметров процесса сварки.

ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ИХ ИСПРАВЛЕНИЕ

Дефектом называется каждое отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией. Дефектами могут являться несоответствия формы, размеров, состояния поверхностей, физико-механических свойств, нарушения сплошности деталей. По причинам и времени появления дефекты можно разделить на технологические, возникшие в процессе изготовления (к ним относятся и дефекты сварочного производства), и эксплуатационные (возникшие в процессе использования изделия). Технологические дефекты могут приводить к появлению эксплуатационных. В сварочном производстве принято разделять дефекты подготовки и сборки и сварочные дефекты.

Наиболее характерные дефекты подготовки и сборки: неправильный угол скоса кромок, неправильная величина притупления, непостоянство зазора между свариваемыми кромками, несовпадение стыкуемых плоскостей кромок, расслоения и загрязнения на кромках. Возможны и другие дефекты подготовки, например плохое обезжиривание перед пайкой, малая шероховатость поверхности перед напылением. Причинами таких дефектов могут быть неисправности станков для механической обработки или газорезательных машин, приспособлений для сборки, низкое качество исходных материалов, ошибки в чертежах, низкая культура производства, низкая квалификация работников. Дефекты подготовки и сборки могут приводить к появлению сварочных дефектов.

К дефектам сварки можно отнести изменения формы и размеров отдельных элементов и всей сварной конструкции вследствие сварочных деформаций, несовершенства внешнего вида, структуры сварного соединения, но основные сварочные дефекты - это несплошности и неправильное сечение сварных швов.

Дефекты-несплошности классифицируются по типам исходя из геометрических признаков и массовости: по расположению - внутренние, наружные, подповерхностные, сквозные; по форме и остроте компактные и протяженные, плоскостные (острые) и объемные (округлые); по величине - мелкие (размером меньше 0,5 мм), средние (от 0,5 до 2,0 мм) и крупные (более 2 мм); по массовости - единичные, групповые (цепочки, скопления), распространенные.

Дефекты классифицируются также по видам исходя из их природы и причин образования. При сварке плавлением основные виды наружных дефектов - это отклонения сечения шва от требований чертежа, неравномерное сечение шва по длине (может свидетельствовать о неравномерном проплавлении); наплывы - натекание металла шва на поверхность основного металла без сплавления с ним; подрезы (рис. 174) местное уменьшение толщины основного металла у границы шва (углубление в основном металле по линии сплавления); кратеры - углубления после обрыва дуги в конце шва, обычно длиной 20...200 мм; прожоги - полости, образовавшиеся в результате вытекания сварочной ванны; свищи - воронкообразные углубления в сварном шве; ожоги небольшие участки подвергшегося расплавлению основного металла вне сварного шва (например, при случайном касании электродом).


 

Основные виды внутренних дефектов: трещины, непровары, поры, шлаковые включения.

 

Трещин а - дефект сварного соединения в виде разрыва в сварном шве и (или) прилегающих к нему зонах. Трещины бывают горячие и холодные, о причинах появления и мерах предотвращения горячих и холодных трещин см. в гл. 1. Горячие трещины извилистые, в их изломе видны цвета побежалости, они могут быть только в шве или в около шовной зоне. Холодные трещины ровные, их излом имеет металлический блеск, они могут располагаться как в шве, так и во всей зоне термического влияния.

Непрова р - дефект в виде несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных валиков сварного шва. Возможны непровары по толщине, в вершине угла (для угловых швов), по кромке и между слоями многослойного шва.

Пор ы - заполненные газом полости в швах, имеющие округлую, вытянутую или более сложную форму. Поры могут располагаться по оси шва, по сечению шва, а такие вблизи от границы сплавления, могут быть различных размеров, от микроскопических до крупных, 4...6 мм в поперечном сечении.

Шлаковые включения - видимые невооруженным глазом округлые или вытянутые включения шлака в металле шва, наблюдаются у границы сплавления, в вершине провара или между отдельными слоями многослойного шва. Шлаковые включения обычно возникают в результате заполнения сварочным шлаком непроваров или подрезов, иногда в случае недостаточно тщательной очистки предыдущего слоя от шлаковой корки. В однослойном шве шлаковые включения редки.

При контактной сварке непровар - это отсутствие или малые размеры области металлической связи, например литого ядра при точечной сварке. Иногда значения прочности или пластичности соединений ниже требуемого уровня также расцениваются как непровар. Наиболее трудно выявляемый и поэтому наиболее опасный вид непровара, типичный для многих способов сварки давлением, - это несплавление (остатки оксидной пленки в стыке, "слипание", "склейка"). В этом случае литая зона отсутствует, прочность на срез удовлетворительная, но при действии отрывающих или знакопеременных нагрузок происходит разрушение.

Специфическими дефектами контактной сварки являются выплески - выбросы части металла из зоны соединения. Выплески разделяются на наружные - из зоны контакта электрод-деталь, внутренние между деталями. Иногда возникают трещины, рыхлоты и усадочные раковины, возможны также нежелательные изменения структуры и свойств в зоне сварки и другие дефекты. При пайке в отличие от сварки плавлением не происходит плавления

основного металла, а расплавляется припой, который при кристаллизации и соединяет паяемые заготовки. Поэтому состав паяного шва обычно в большей степени отличается от состава основного металла, чем при сварке, и наряду с такими дефектами, как трещины, поры, остатки флюсов и продуктов флюсования, непропаи и неспаи (аналогично непроварам), наблюдаются такие дефекты, как прослойки хрупких химических

соединений (если такие соединения образуются между компонентами припоя и паяемого материала) и локальная химическая эрозия - частичное растворение основного материала в припое, приводящее к уменьшению рабочего сечения шва аналогично подрезу при сварке. Дефекты могут ухудшать механические свойства сварных соединений вследствие ослабления рабочего сечения, концентрации напряжений и возможного перехода от одноосного к многоосному напряженному состоянию, герметичность, коррозионную стойкость, электропроводность, теплопроводность и другие показатели. Влияние дефектов на качество различно в зависимости от условий работы изделия, конструкции и применяемых материалов.

При статическом нагружении дефекты увеличивают опасность хрупкого разрушения. Как и в других случаях, наиболее опасны острые трещиноподобные дефекты: трещины, непровары, подрезы. Опасность дефектов усиливается при пониженной температуре (особенно ниже -60 °С), при предварительном нагружении материала детали внешними или сварочными напряжениями, при повышенном содержании углерода и при увеличенном поглощении водорода. Когда материал соединения обладает большим запасом вязкости, основное влияние на прочность оказывает относительная величина дефекта. В ряде случаев (для сравнительно малонагруженных соединений из пластичных материалов) безопасное ослабление стыкового шва может достигать 30 %.

При переменной нагрузке Дефекты снижают усталостную прочность сварных соединений. Наиболее опасны острые дефекты, но даже поры и шлаковые включения, не опасные при статическом нагружении, могут вызвать усталостные разрушения. Размеры пор играют меньшую роль в изменении долговечности соединений, чем их месторасположение. При сварке внутренние поры опаснее выходящих на поверхность, при пайке, наоборот, опаснее поверхностные дефекты. Опасность дефектов усиливается при наличии остаточных напряжений. Если в соединении имеются концентраторы напряжений (резкое усиление шва или несовпадение кромок в стыковом соединении, нахлесточные соединения), то усталостная прочность таких соединений низка и дефекты - включения площадью до 5...10 % от площади сечения шва не приводят к дальнейшему ее снижению.

Исправлять дефекты надо не всегда. Нужно учитывать требования к изделию, условия его эксплуатации, оценивать, как данный дефект влияет на работоспособность конструкции и не вызовет ли его исправление новых, более опасных дефектов, например трещин при исправлении пор. Острые дефекты, особенно трещины, исправлять надо обязательно. При этом дефект удаляют механической обработкой или термической резкой, зачищают поверхность металла, а затем заваривают исправляемый участок шва. Аналогично поступают при пайке с местным нагревом. При пайке с общим нагревом иногда перед повторной пайкой дополнительно размещают припой на всех участках соединения, в том числе и бездефектных.


 

Внешний осмотр проводится на всех стадиях сварочного производства: проверка подготовки и сборки, наблюдение за процессом сварки, осмотр готовых изделий. Обычно внешний осмотр предшествует всем другим методам контроля. Это наиболее дешевый, оперативный и достаточно информативный метод контроля.

Контроль заготовки и сборки: проверяется материал (может браковаться при наличии вмятин, заусенцев, окалины, ржавчины), качество подготовки кромок, величина зазоров, правильность разделки. При этом применяют универсальный мерительный инструмент и шаблоны (см. рис. 99). Перед пайкой проверяется качество подготовки поверхности, расположение припоя и наличие флюса в зоне соединения. Тщательность очистки и обезжиривания можно контролировать по растеканию капли чистой воды по подготовленной к пайке поверхности, хорошее смачивание и растекание свидетельствуют о правильной подготовке. Перед напылением контролируют подготовку поверхности - для лучшего сцепления покрытия с основой необходима ее шероховатость. Контролируют состав и свойства вспомогательных материалов.

Наблюдением за процессом сварки контролируется режим сварки, защита зоны дуги, правильность наложения и качество отдельных валиков в многослойных швах. Проверка наличия микротрещин в первых слоях шва или наплавленного металла может предотвратить образование в зоне сварки больших трещин. Качество отдельных слоев шва можно проверить путем сравнения с эталоном. Наблюдение может проводиться дистанционно с помощью специальных оптических приборов. Контроль параметров процесса сварки ведут с непрерывной их записью самопишущими приборами. Когда скорость процесса велика, а требования к качеству высоки или если в связи с вредными условиями труда присутствие оператора нежелательно, применяют автоматизированные системы управления и активного контроля, позволяющие поддерживать или изменять режимы сварки при изменении какого-либо показателя качества. На готовых изделиях осмотру подвергается сварной шов и зона прилегающего основного металла на расстоянии не менее 20 мм от шва после очистки от шлака, брызг и загрязнений. Проверяется наличие трещин, подрезов, свищей, прожогов, натеков, непроваров корня шва и непроваров по кромкам, дефектов формы шва. О качестве шва свидетельствует постоянство его геометрических размеров, внешнего вида, равномерность чешуйчатости шва, а также цвет поверхности изделия, особенно из активных металлов, при нагреве которых происходит интенсивное окисление. Паяные соединения должны иметь равномерные галтели по всему периметру. Осмотр сварных соединений, подвергающихся термической обработке после сварки, производится как до, так и после термообработки. Кроме универсального мерительного инструмента для контроля размеров шва часто применяются шаблоны (рис. 176). Иногда оценка качества осуществляется путем сравнения с эталонами. Для выявления мелких дефектов могут использоваться лупы 4... 10-кратного увеличения. Осмотр швов, не доступных для прямого наблюдения, проводится с помощью оптических приборов - эндоскопов. Обычно применяются медицинские бронхоскопы, перископы или гибкие жгуты - волоконная оптика. На возможность выявления дефектов влияет освещенность, индивидуальные свойства зрения, яркость, цвет, угловые размеры и резкость контура дефекта, а также контраст между дефектом и поверхностью изделия.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Механические испытания и изучение макро и микроструктуры сварных соединений относятся к разрушающим методам контроля. Методика механических испытаний должна учитывать условия эксплуатации изделия. В ряде случаев механические испытания проводятся на стендах, имитирующих условия работы изделия. Однако чаще испытания проводятся на стандартных образцах. Это позволяет сравнить между собой результаты испытаний свойств соединений, полученных в различных условиях или различными сварщиками (например, при аттестации сварщиков). При механических испытаниях определяют предел прочности металла на растяжение, усталостную прочность при знакопеременных нагрузках, пластичность металла по предельному углу загиба и относительному удлинению образца при растяжении, ударную вязкость, твердость. Методика и обработка результатов механических испытаний определены государственными стандартами.

Условия испытаний различаются по виду нагружения (например, испытания на растяжение, изгиб, сплющивание) и по характеру нагрузки (статические, динамические, усталостные). Стандартные образцы могут в зависимости от целей испытаний вырезаться из различных зон соединения, например при испытании на растяжение - из наплавленного металла (вдоль шва) или поперек шва через все зоны сварного соединения. Если необходимо определить прочность той или иной зоны, то сечение образца в этой зоне ослабляют.

Испытания на угол загиба

но распространенными являются также образцы для определения угла загиба: плоские образцы, сваренные встык. Их устанавливают на две опоры и нагружают посередине (рис. 177). В результате происходит изгиб, нагружение прекращают при появлении первой трещины в зоне соединения и измеряют угол загиба а. Чем он больше, тем пластичнее соединение. Испытания на ударную вязкость проводят на образцах 10 х 10 х 55 мм с концентратором напряжений (надрезом) в зоне сварки при ударе копра, поднятого на определенную высоту.

Анализ структуры проводится на специально подготовленных шлифах либо на изломах образцов (фрактография). В последнем случае можно судить не только о дефектах в месте разрушения, но и о пластичности или хрупкости материала образца или сварного шва. Если металл в изломе крупнозернистый, с металлическим блеском, то это свидетельствует о хрупком разрушении. При матовом волокнистом изломе пластичность высокая.

На шлифованных поверхностях образцов (шлифах) оценивают макро и микроструктуру. Для лучшего выявления структуры шлифы обрабатывают (травят) специальными реактивами. Макрошлифы рассматривают без увеличения или при небольшом увеличении с помощью лупы. При этом выявляют глубину проплавления, зоны сварного шва, наличие дефектов, скопления серы и фосфора. Для изготовления микрошлифов поверхность дополнительно полируют. После этого изучают поверхность шлифа под микроскопом без травления при увеличении примерно в 100 раз для выявления трещин, непроваров (непропаев), пор, неметаллических включений, пережога (неисправимый дефект структуры сталей - окисление границ зерен при нагреве до температуры выше 1300 °С). Затем для выявления более мелких дефектов и особенностей микроструктуры отдельных зон сварного или паяного соединения шлифы протравливают специальными реактивами, состав которых и режимы травления зависят от материала образца, и изучают под микроскопом при увеличении в 50...2 000 раз. Наиболее характерные структуры и дефекты фотографируют. Макро и микрофотографии служат важным документом, свидетельствующим о качестве шва.

Контактная сварка

Подробности

 

 

Нагрев при контактной сварке

Процессы контактной сварки основаны на нагреве заготовок электрическим током, проходящим непосредственно через них. Выделение тепла в этих случаях происходит по закону Ленца-Джоуля и может быть выражено следующим уравнением: Q=0,24/2 Rt, где Q- количество тепла, выделившегося в заготовках, в кал; / - сила тока в а; R - общее сопротивление нагреваемых участков заготовок в ом; t-время прохождения тока в сек.; 0,24 - коэффициент пропорциональности. По характеру нагрева процессам контактной сварки близок контактный электронагрев заготовок перед высадкой, гибкой и другими кузнечными операциями. Нагрев заготовок путем пропускания через них электрического тока требует меньше энергии, чем нагрев в пламенных и электрических печах или в горне. Кроме того, с применением контактного электронагрева значительно улучшаются условия труда, что имеет большое значение в условиях нашего социалистического производства. Важным является также то обстоятельство, что контактный электронагрев может быть осуществлен за короткий промежуток времени, т. е. почти без образования окалины.

Способы контактной сварки

Электрическая контактная сварка разделяется на ряд способов, отличающихся друг от друга формой соединения заготовок. Основными способами контактной сварки являются: 1) стыковая сварка; 2) точечная; 3) рельефная; 4) шовная или роликовая; 5) сварка по способу А. М, Игнатьева, Из специализированных способов контактной сварки следует отметить шовностыковую сварку. При стыковой сварке заготовки соединяются между собой по всей площади соприкосновения. При точечной сварке заготовки соединяются между собой лишь в отдельных местах. Форма этих мест, именуемых при точечной сварке точками, обычно соответствует, форме контактной Схема процесса стыковой сварки: 1- гидравлический насос; 2- предохранительный клапан, 3 - золотник: 4 - обратный клапан; б - гидравлические цилиндры подачи; б - бак для масла; 7 рычаг управления; 8 - зажимы; 9 - клеммная панель; 10- сварочный трансформатор; //-контактор; / 2 - переключатель ступеней; 13 - понижающий трансформатор; 14 - вспомогательный контактор; 15 - кнопка включения; 16 - концевой выключатель; 17 - свариваемые заготовки. поверхности электродов, между которыми в процессе сварки устанавливаются заготовки. При рельефной сварке заготовки соединяются лишь на участках, где в процессе их изготовления были выштампованы выступы-рельефы. При шовной или роликовой сварке заготовки соединяются между собой обычно сплошным швом, При сварке по способу А. М. Игнатьева заготовки соединяются между собой по всей площади соприкосновения. Особенностью этого способа является то, что давление прикладывается к заготовкам перпендикулярно прохождению тока. Шовностыковая сварка применяется в случае изготовления сварных труб и представляет собой соединения кромок сформованной трубы, в стык. При шовностыковой сварке подача тока для нагрева кромок трубы и обжатие их осуществляется вращающимися роликами. Наряду с различными способами контактной сварки в промышленности находит применение контактный электронагрев, сходный по устройству оборудования и по осуществлению самого нагрева с теми или иными способами контактной сварки.

Стыковая сварка

Стыковая сварка характеризуется тем, что заготовки, закрепленные в зажимах машины, нагреваются электрическим током, а затем, сдавливаются путем перемещения подвижного зажима. Фиг. 115. Примеры применения стыковой сварки: тяга самолета; б сварной стык рельсов; в - обод колеса; е--рама, сваренная в стык одновременно в четырех углах. Схема процесса стыковой сварки приведена на фиг. 114. Нагрев свариваемых заготовок может быть осуществлен одним из следующих методов: 1) сопротивлением; 2) непрерывным оплавлением; 3) оплавлением с предварительным подогревом сопротивлением; 4) оплавлением с предварительным подогревом прерывистым оплавлением. У машин для стыковой сварки подача подвижного зажима осуществляется пружиной, рычажным устройством, винтом со штурвалом, электродвигателем с винтом или эксцентриком, гид-Процесс точечной сварки может быть разделен на следующие периоды: 1) сжатие свариваемых заготовок; 2) пропускание электрического тока через заготовки; 3) выключение Тока; 4) снятие давления. Точечная сварка применяется при изготовлении самых разнообразных металлических конструкций как из стали, так и из цветных металлов. Точечная сварка благодаря высокой экономичности и производительности широко применяется в производстве, вытесняя клепку, а также малопроизводительные способы сварки. Области применения точечной сварки приведены в табл. 76. На фиг,. 117 даны примеры применения точечной сварки.

Рельефная сварка

Рельефная сварка отличается от точечной тем, что на свариваемых заготовках в месте их соединения заранее подготовляются выступы (рельефы). Сам же процесс рельефной сварки может быть разделен на периоды, одинаковые с периодами точечной сварки. Приведена схема процесса рельефной сварки, из которой видно, что заготовки свариваются сразу в несколько полос может быть использовано для нагрева заготовок перед прокаткой.

 

Контактный электронагрев

При контактном электронагреве нагреваемой деталью замыкается вторичная цепь трансформатора, или сама деталь служит вторичным витком. Первый способ электронагрева применяется для нагрева заклепок перед клепкой, заготовок костылей, болтов, клапанов и других деталей перед высадкой, а также заготовок перед гибкой, резкой, прокаткой, обжимкой. Схема электронагрева заготовок с замкнутым контуром: 1 - нагреваемая заготовка; 2 Ц неподвижная часть магнито про вода трансформатора; 3- подвижная часть магнитопровода. Второй способ электронагрева применяется для выполнения тугой посадки цилиндрических деталей: бандажей, венцов шестерен и других деталей, представляющих собой замкнутый контур. Большим преимуществом контактного электронагрева для операций ковки, штамповки, высадки и гибки является то, что он может быть осуществлен почти на любом участке механических цехов. Последнее освобождает производство от необходимости транспортировать детали на значительные расстояния в специальные термические цехи. Наряду с этим при контактном электронагреве ускоряется процесс производства, снижается брак по трещинам. Коэффициент полезного действия установок для контактного электронагрева значительно выше, чем других нагревательных устройств.

 

Сопротивление контактов

При электрической контактной сварке сопротивления контактов имеются: а) в месте соединения свариваемых заготовок; б) в местах соприкосновения заготовок с токоподводящими частями машины; в) в местах соединения отдельных участков сварочных цепей машин. Сопротивление контактов зависит от материала контактируемых поверхностей, их подготовки (главным образом очистки), давления между ними и температуры в месте контакта. Вид материала существенно влияет на контактное сопротивление. Как правило, материалы с высокой электропроводностью (серебро, медь, олово) имеют меньшее контактное сопротивление. Подготовка поверхности контактов также существенно влияет на их сопротивление. Хорошо обработанные контактные поверхности имеют незначительное контактное сопротивление. Это сопротивление увеличивается с ухудшением чистоты обработки поверхности и особенно резко возрастает при окислении их. Давление также влияет на контактное сопротивление. С увеличением давления увеличивается площадь соприкосновения между контактируемыми поверхностями, что уменьшает контактное сопротивление. Наряду с этим, с увеличением давления уменьшается возможность окисления контактируемых поверхностей. При контактной сварке необходимо получить сосредоточенный нагрев в месте соединения свариваемых заготовок и одновременно желательно, чтобы в местах соприкосновения заготовок с зажимами и в соединениях сварочной цепи машины потери на нагрев были минимальные. Это достигается хорошей подготовкой поверхностей заготовок в месте их соприкосновения с токоподводящими устройствами и периодической ревизией контактов сварочной цепи. Схема расположения контактов в сварочной цепи машины для стыковой сварки: На фиг. 125 дана схема расположения контактов сварочной цепи машины для стыковой сварки. В табл. 78 даны значения контактного сопротивления для пластинок толщиной 3 мм. По шлифование . Очистка на наждачном круге . . Обработка напильником . Травление в кислоте . . Обработка резцом Ржавление после очистки Поверхность с окалиной Поверхность с окалиной и ржавчиной 0,00011 0,00016 0,00028 0,0003 0,0012 0,5 данным таблицы видно, что поверхность сильно загрязненная имеет контактное сопротивление в несколько тысяч раз больше, чем хорошо очищенная поверхность.

 

Сопротивление изделия

Сопротивление изделий при контактной сварке зависит от материала этих изделий и температуры нагрева их. Сопротивление может быть определено исходя из следующих условий: а) расстояния между токоподводящими поверхностями; б) сечения в месте сварки; в) температуры нагрева. Сопротивление изделия или его участка, включенного в электрическую цепь контактной машины, определяется по уравнению: D 1 где R - сопротивление изделия (или участка) в ом; Р - удельное сопротивление в омсм (табл. 79); L - длина изделия (или участка) в см; F - площадь сечения в см2. В табл. 79 даны значения удельного сопротивления различных металлов. Удельное сопротивление металла оказывает существенное влияние на нагрев при контактной сварке. С уменьшением удельного сопротивления требуется больший ток, а следовательно, и более мощная машина. На удельное сопротивление в основном влияет состав металла и температура его нагрева. При нагреве чистых металлов удельное сопротивление возрастает и может быть определено по уравнению: температура металла. Таблица 79 Удельное сопротивление различных металлов по порядку.


 

Сопротивление электрических цепей машин для контактной сварки складывается из омического и индуктивного сопротивлений. Омическое сопротивление зависит от удельного сопротивления материала цепи, сечения и длины ее, а также температуры нагрева. Индуктивное сопротивление зависит от площади, ограниченной цепью, длины цепи и различия в цепи ферромагнитных масс. Из контактных машин наибольшим сопротивлением обладают клещи для точечной сварки, так как имеют большую длину сварочной цепи, доходящую до нескольких метров. Меньшее сопротивление имеют стационарные точечные и шовные машины и наименьшее стыковые. Форма, размеры и материал влияют на сопротивление сварочной цепи и имеют существенное значение для технологии контактной сварки. Это необходимо учитывать при конструировании контактных машин и модернизации их. Увеличение сопротивления, в частности, может произойти при выносе трансформатора из корпуса машины, при удлинении электрододержателей машин для точечной и шовной сварки, увеличении расстояния между ними, а также при замене материала электрододержателей на другой с большим сопротивлением. Особенно большое увеличение сопротивления происходит при размещении трансформатора в сварочном контуре машин. Это иногда наблюдается в случае переделки сварочных клещей типа МТПГ-75 в стационарные точечные машины на заводах и полигонах сборочного железобетона. При таком размещении трансформатора сопротивление оказывается столь большим, что становится уже невозможной сварка сеток из стержней диаметром 6 мм. Также резко возраст тает сопротивление в случае, когда в сварочную цепь машины вводятся ферромагнитные массы (листы железа, стальные кольца и т. п.). Зачастую стальные листы вводятся в контур точечных машин при сварке арматурных сеток. С целью уменьшения сопротивления сварочной цепи вместо железных листов на участке между электрододержателями столы для размещения сеток необходимо соединять листами из алюминия, текстолита, фибры или другого немагнитного материала. При увеличении сопротивления цепи сварочный ток уменьшается, что может привести к непрозарам. Кроме того, увеличение индуктивного сопротивления вызывает уменьшение cos $ машины и перегрузку первичной цепи при той же силе вторичного тока. Представлена зависимость силы сварочного тока от длины электрододержателей точечной машины. По вертикальной оси отложена сила тока, по горизонтальной - длина электрододержателей. Кривые наглядно показывают, что для получения того же сварочного тока при удлинении электрододержателей необходимо повысить вторичное напряжение.

 

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

ТРАНСФОРМАТОРЫ КОНТАКТНЫХ МАШИН

Сварочная цепь машин для контактной сварки переменным током характеризуется низким напряжением и большой силой тока. Напряжение холостого хода составляет от 1 до 24 в в зависимости от мощности машин. Ток, проходящий через сварочную цепь, доходит у машин большой мощности до нескольких сот тысяч ампер. У машин небольшой мощности - до нескольких десятков ампер. Питание контактных машин осуществляется переменным током от силовой сети напряжением 220, 380 и 500 в. Для преобразования напряжения контактные машины снабжаются трансформатором. Трансформаторы контактных машин состоят из магнитопровода, секционированной первичной обмотки и вторичной обмотки, чаще всего состоящей из одного витка. Устройство этих частей сварочных трансформаторов весьма различно. Магнитопроводы, показанные на фиг. 127 а, б, подразделяются на стержневые и броневые. При изготовлении магнитопроводов применяется, главным образом, динамная сталь толщиной 0,34-0,5 мм. Форма первичных обмоток выбирается в зависимости от конструкции вторичного витка и может быть цилиндрической или дисковой (фиг. 127 в, г). Дисковая первичная обмотка в эксплуатации наиболее удобна, так как лучше охлаждается во время работы и более доступна при осмотре и ремонте. Конструкция вторичного витка может быть различной. Так, в трансформаторах машин малой мощности вторичные витки изготовляют наборными из медной фольги. Такие витки 4 £ большей частью имеют естественное воздушное охлаждение. С целью повышения плотности тока такие вторичные витки могут быть снабжены водяным охлаждением. Для этого в средине и по концам витка закрепляют медные колодки с каналами для подачи охлаждающей воды. Вторичные витки из медной фольги применяют в сочетании с цилиндрическими первичными обмотками. В трансформаторах машин средней и большой мощности наибольшее применение находят витки из медных листов. Для охлаждения трансформатора по краям листов припаиваются трубки для подачи воды. Трансформаторы с такими вторичными витками, применяемыми в сочетании с дисковой первичной обмоткой, достаточно надежны в эксплуатации. Внешний вид трансформатора, имеющего вторичный виток, сваренный из медных листов, и дисковую первичную обмотку. Следует также указать, что достаточно надежны в эксплуатации трансформаторы с литыми алюминиевыми вторичными витками, применявшимися в сочетании с дисковыми первичными обмотками. В литых вторичных витках охлаждение достигается подачей воды через трубку, находящуюся внутри витка. Трансформаторы контактных машин снабжаются, как правило, переключателем ступеней для регулирования сварочного тока. У .вращающихся трансформаторов для машин шовно-стыковой сварки сила тока регулируется отдельным автотрансформатором. Переключатели ступеней устанавливают со стороны первичной обмотки и позволяют изменять число витков этой обмотки, включаемых в силовую сеть. Переключатели ступеней: а - штепсельный; 6 - пластинчатый; в - втычной; г - со скользящими контактами. Для трансформаторов с одним вторичным витком напряжение на зажимах разомкнутой сварочной цепи может быть определено по уравнению:

где U2 - вторичное напряжение в в; §| - напряжение сети в в; Wx-число витков первичной обмотки. При переключении на более высокую ступень уменьшается число витков первичной обмотки и, как видно из уравнения, повышается вторичное напряжение. При этом увеличивается сила сварочного тока и соответственно мощность машины. Конструкция переключателей ступеней выбирается в зависимости от мощности машины и схемы обмоток трансформатора. У машин малой мощности применяются переключатели штепсельного типа. У машин средней и большой мощности применяются переключатели штепсельного типа, пластинчатые, в виде втычных ножей, со скользящими контактами и др.


 

Подключение контактных машин к сети производится рубильником или электрическим контактором. Кроме того, любая контактная машина имеет выключающее устройство, позволяющее удобно и в нужный момент включать и выключать ток. Машины отечественного производства имеют различные выключающие устройства, конструкция которых выбирается в зависимости от назначения машины, ее мощности и степени автоматизации. При этом находят применение простые механические выключающие устройства, электромагнитные контакторы и ламповые устройства. Механические выключающие устройства применяются у машин малой и средней мощности. Электрические контакторы применяются в машинах средней и большой мощности. Их включение и выключение осуществляется с помощью специальной маневровой цепи. Ламповые устройства применяются в машинах, главным образом, большой и средней мощности, если необходимо точно выдержать период включения тока, что имеет существенное значение при точечной и рельефной сварке. Машины для стыковой сварки, выпускаемые отечественными заводами, имеют самую различную мощность и конструкцию. Основными частями машин являются: 1) станина с направляющими; 2) устройство для перемещения подвижной плиты (подающее устройство); 3) зажимы; 4) электрическая часть, состоящая из трансформатора с переключателем ступеней и выключающего устройства. Станина предназначена для крепления частей машины и выполняется литой из чугуна, алюминиевых сплавов или сварной Ручные зажимы серийных стыковых машин а - эксцентриковый; б - рычажный; $ - винтовой. из стального проката. Внутри машины крепится трансформатор с переключателем ступеней и выключающим устройством. Направляющие машин крепятся на вертикальной или наклонной стенке или на горизонтальном столе. Направляющие могут быть призматические, прямоугольные, круглые; иногда они снабжаются роликами или шариками. Направляющие должны обеспечивать легкое перемещение плиты, на которой крепится оборудование для контактной сварки подвижной зажим. Плита с подвижным зажимом перемещается подающим устройством. Стыковые машины имеют пружинные, ручные рычажные, винтовые штурвальные, винтовые электромоторные, эксцентриковые электромоторные, гидравлические подающие устройства. Они выбираются в зависимости от метода сварки, степени автоматизации машины и усилия осадки. На фиг. 130 представлены различные подающие устройства стыковых машин, . Пневматический зажим. Электромоторный винтовой зажим стыковой машины. Для крепления свариваемых заготовок нормальные стыковые машины снабжаются двумя зажимами, из которых во время сварки один остается неподвижным, а второй перемещается подающим устройством. Зажимы могут быть как ручные, так и механизированные. К первым относятся винтовые, рычажные и эксцентриковые зажимы (фиг. 131). Механизированные зажимы бывают винтовые электромоторные, пневматические или гидравлические. Эти зажимы позволяют получать большие усилия зажатия и быстро закреплять заготовки. Внешний вид пневматического зажима дан на фиг. 132, а на фиг. 133 дана схема электромоторного зажима больше длины губок, упоры крепятся на зажимах или плитах машины. Кроме того, упор со стороны неподвижного зажима может крепиться непосредственно на станине. Ввиду того, что неподвижный зажим зачастую бывает изолирован от станины, крепление упора со стороны этого зажима должно производиться также через изоляционные прокладки. В качестве прокладок применяется обычно фибра. Стыковые машины, применяемые на заводах, могут быть разделены на следующие группы: 1) с пружинным приводом; 2) с ручным рычажным приводом; 3) с механизированным приводом; 4) специализированные машины. К первой группе относятся стыковые машины типа МС-0,75, МС-3, АСИФ-5, АСП-10, МСР-25. Электрокинематическая схема машины МС-0,75 представлена на фиг. 134. Эту машину применяют в волочильном производстве, а также при скрутке тросов и многожильных проводов и кабелей. На машине возможна сварка проволоки из цветных металлов и сталей (из меди диаметром 0,4 мм, из низкоуглеродистой стали диаметром 0,5-1,2 мм). Машина снабжена специальными зажимами для отжига сварных стыков, который осуществляется в случае сварки закаливающихся сталей. На фиг. 135 представлена электрокинематическая схема машины МС-3, предназначенной для стыковой сварки проволоки из сталей и цветных металлов. На этой машине можно сваривать проволоку из низкоуглеродистой стали диаметром 0,8-3,5 мм и из меди диаметром 0,8- 2 мм. Машина снабжена зажимами для отжига сварных стыков, ножом для отрезки и тисами для крепления проволоки при снятии грата. На фиг. 136 изображена электрокинематичёская схема машины АСИФ-5. Машина АСИФ-5 предназначена I для сварки стальных заготовок, а также может быть использована для сварки заготовок из цветных металлов и сплавов. На фиг. 137 представлена электрокинематическая схема машины АСП-10, нашедшей широкое применение в волочильном производстве для сварки бухт низкоуглеродистой стали. При сварке высокоуглеродистых и легированных марок машину АСП-10 следует реконструировать с установкой направляющих, обеспечивающих осевое перемещение заготовки, закрепляемой I подвижном зажиме. Техническая характеристика стыковых машин первой группы представлена в табл. 80. Следует отметить, что машина МСР-25, представленная в табл. 80, имеет, кроме пружинного, ручной рычажной привод осадки.

Рельсосварочная машина МСГР может быть использована при сварке заготовок инструмента большого сечения. На этой машине сварку производят оплавлением с предварительным подогревом прерывистым оплавлением. Машины для стыковой сварки ободьев колес МСО могут быть использованы при сварке заготовок из листового и профильного материала из низкоуглеродистых сталей. В случае реконструк¬ции привода перемещения на этих машинах возможно вести процесс сварки оплавлением с подогревом.


 

Машины для точечной и рельефной сварки (сварочные прессы) в основном отличаются друг от друга лишь устройством электродов. Электроды точечной машины имеют большей частью цилиндрическую форму и заканчиваются площадкой сравнительно небольших размеров. Электроды машин для рельефной сварки имеют чаще всего форму плит. Станины точечных машин и прессов делаются литыми или сварными и предназначены для крепления частей и механизмов машины. При этом станины машин небольшой мощности выполняются с расчетом крепления их на верстаках, столах или подставках. Станины машин средней и большой мощности выполняются с расчетом установки их на полу. Машины для точечной сварки отличаются между собой устройством механизма сжатия. По этому признаку их разделяют на педальные, электромоторные, пневматические и др. Педальные машины изготовляют малой и средней мощности, а электромоторные и пневматические чаще средней и большой мощности. Электромоторные машины широко применяются для сварки стали в различных отраслях промышленности. Пневматические машины применяются для сварки стали и цветного металла. На процесс точечной и рельефной сварки большое влияние оказывают выключающие устройства. Представлены выключающие устройства машин для точечной сварки. Выключающие устройства машин для рельефной сварки позволяют вести процесс сварки в соответствии с диаграммами, представленными на фиг. 142, в. Представлены диаграммы силы тока и давления, применяемые при сварке изделия большой толщины из специальных сплавов.

Электроды точечных машин и прессов закрепляются на хоботах. У серийных машин отечественного производства нижний хобот крепится к корпусу машины неподвижно и изолирован от

него. Верхний хобот делается подвижным лишь у точечных машин с радиальным перемещением верхнего электрода. В этом случае хобот поворачивается вокруг неподвижной оси. У остальных точечных и рельефных машин хобот делается неподвижным. У этих машин перемещение электрода происходит по направляющим, размещенным на конце хобота. Конструкции хоботов серийных точечных машин приведены на фиг. 144. У машин с вертикальным перемещением достигается более точная центровка электродов и они меньше смещаются при сжатии заготовок. В табл. 84 приведены характеристики точечных машин типа АТП-5, АТП-10, МТП-25-М, имеющих педальный привод давления. Эти машины имеют радиальный ход верхнего электрода и относятся к универсальным неавтоматическим машинам. Они снабжены механическими выключателями проскакивающего типа, которые выключают ток при повышенном, по сравнению

с «периодом сварки, давлении. Для сварки на машинах с педальным приводом необходимо иметь большой навык в работе. Наряду с этим работа на машинах с педальным приводом требует затраты больших физических усилий при относительно малой производительности труда. Поэтому такие машины могут быть рекомендованы лишь для индивидуального производства, при изготовлении конструкций из тонколистовой низкоуглеродистой стали, а также при ремонте таких конструкций. В табл. 85 приведены технические данные механизированных машин МТПК-25, имеющих пневматический привод, а также МТМ-50М и МТМ-75М, имеющих электромоторный привод. Машина МТПК-25 предназначена для приварки серебряных и металлокерамических контактов к контактодержателям. Кроме того, машина может быть использована для сварки стальных заготовок толщиной 0,5 мм и сварки стальных заготовок с молибденовыми. Машина МТПК-25 (фиг. 145) снабжена синхронным игнитронным прерывателем типа ПИТ-50, а также четырехпозиционным электронным регулятором времени РВЭ-7. Наличие такого регулятора обеспечивает автоматическую работу машины. Машины типа МТМ предназначены для сварки низкоуглеродистой стали. Включение тока у этих машин производится механическим контактором, что не обеспечивает постоянства периода прохождения сварочного тока. При сварке на машинах типа МТМ высоколегированных сталей следует устанавливать на них электромагнитные контакторы. Приведены технические данные механизированных точечных машин типа МТП, имеющих пневматический привод. При нормальной поставке машины МТП снабжаются асинхронным игнитронным контактором типа КИА (фиг. 146). При таком контакторе машины М/td style=ТП могут быть использованы для сварки низкоуглеродистых сталей. Если машины МТП будут предназначаться для сварки нержавеющих сталей или алюминиевых сплавов, то они должны снабжаться синхронным игнитронным прерывателем типа ПИТ. Автоматическая работа машины типа МТП обеспечивается четырехпозиционным электронным регулятором времени РВЭ-7, внешний вид которого дан на фиг. 147. Кроме того, машины МТП-300 и МТП-400, предназначенные для сварки металла.

Ламповый четырехпозиционный регулятор времени типа РВЭ-7 к пневматическим машинам. Внешний вид машины типа МТП.

Этот дополнительный регулятор позволяет вести процесс с пульсирующим пропусканием тока через заготовки и переменным давлением. Внешний вид машины типа МТП представлен. Пневматическая система давления этих машин схематически изображена. Пневматическая система давления машин типа МТП при установке дополнительных устройств в виде регулятора времени и редукторов позволяет вести процесс сварки по различным 19 Заказ 323 диаграммам тока и давления. При этом возможно повысить давление в конце сварки с целью проковки, или в начале и в конце процесса (фиг. 143,6, в, е). Возможно также вести сварку с переменным (пульсирующим) давлением при периодическом включении и выключении тока и изменении хода верхнего электрода. Такие широкие возможности пневматической системы давления обеспечиваются наличием трех камер (Л, Б, В) и двух поршней в пневматическом цилиндре (фиг. 149). Фиг. 149. Пневматическая схема машин МТП и МРП: / - вентиль; 2 - колонка корпуса машины; 3- трехходовый кран; 4 - трехкамерный пневматический кран; 5 - редуктор; 6 - ресивер; 7 - лубрикатор; 8 - электропневматический клапан; 9-дроссели¬рующие клапаны; 10- регулировочные гайки; 11- верхний пор¬шень; 12 - нижний поршень; А, Б, В камеры цилиндра. Подача воздуха в камеру А производится непосредственно из колонки корпуса 2, служащей одновременно и ресивером. При этом ход верхнего поршня 11 регулируется гайками 10. Естественно, что чем ниже опустится верхний поршень 11, тем меньший ход будет иметь нижний поршень 12. Соответственно этому будет меньше свободный ход электрододержателя машины, жестко связанного с нижним поршнем. Опускание электрододержателя производится подачей воздуха в камеру Б через отверстие в штоке верхнего поршня. Подъем электрододержателя производится путем подачи воздуха в камеру В. Подача воздуха в камеры Л и В и выпуск его в атмосферу производится с помощью электропневматического клапана 8. Машины типа МТП нашли широкое применение в самых различных отраслях машиностроения и в строительстве.


 

Пневматическая схема машин МРП такая же, как у машин МТП. Наряду со стационарными машинами в промышленности находят широкое применение переносные машины типа «сварочные клещи», а также различного рода узкоспециализированные точечные машины. К последним относятся многоэлектродные машины для точечной сварки сеток, многоэлектродные машины для точечной сварки узлов в условиях массового производства и др. Данные по этим машинам приводятся в каталогах и специальной литературе-МАШИНЫ ДЛЯ ШОВНОЙ СВАРКИ Машины для шовной сварки по устройству корпуса, расположению и конструкции трансформатора и нажимных устройств сходны с точечными машинами. Машины для шовной сварки имеют следующие основные части: 1) станину; 2) механизм сжатия; 3) электроды в форме роликов с хоботами для их крепления; 4) механизм для вращения роликов; 5) трансформатор с переключателем ступеней и включающим устройством. При сварке с периодическим включением тока машина снабжается прерывателем. Станины шовных машин делаются литыми или сварными с расчетом установки их на полу. Шовные машины, как и точечные, выполняются с педальным, электромоторным или пневматическим механизмами сжатия. Некоторые машины изготовляются с комбинированным моторно-пневматическим механизмом сжатия. Механизм сжатия шовной машины должен обеспечить приложение усилия к свариваемым заготовкам в течение всего периода сварки, который иногда продолжается длительное время. Ввиду этого наиболее удобен для шовных машин пневматический, электромоторный или комбинированный механизм сжатия. Электроды шовных машин обычно делают в форме роликов, приводимых во вращение электромотором через редуктор или другую систему передач. При шаговой роликовой сварке шовные машины снабжаются специальным механизмом, обеспечивающим периодическую остановку роликов, необходимую при шаговой сварке для пропускания тока через неподвижные заготовки. Привод роликов осуществляется непосредственно через вал, на котором они закреплены, или шарошкой. В последнем случае шарошка одновременно калибрует раскатывающийся в процессе сварки ролик, сохраняя постоянство его формы. При сварке продольных швов, расположенных перпендикулярно.

К третьему типу относятся стыковые машины серийных выпусков, оснащенные вместо обычных зажимов специальными приспособлениями. Приведенная на фиг. 157 лентосварочная машина имеет две пары роликов, между которыми проходит полоса. Мощность машины 80 ква при ПВ-100%. Скорость сварки изменяется в пределах от 0,5 до 8 м/мин. Для обеспечения непрерывного небольшого натяжения полосы при ее прохождении через машину каждая пара роликов приводится во вращение индивидуально мотором постоянного тока. Существенным при непрерывной сварке по способу А. И. Игнатьева является предупреждение окисления заготовок при их прохождении между токоподводящими роликами. Для предохранения заготовок от окисления между токоподводящими роликами устанавливается коробка с отверстиями по концам. В коробку подается светильный газ, при сгорании которого создается защитная атмосфера. При сварке на прессе или стыковой машине с приспособлением заготовка устанавливается на стальную подушку, покрытую асбестом. Ток подводится по концам заготовки. После нагрева до температуры сварки производится обжатие заготовок.

МАШИНЫ ДЛЯ КОНТАКТНОГО ЭЛЕКТРОНАГРЕВА

Контактный электронагрев может быть осуществлен как на типовых контактных машинах, так и на специальных машинах, которые носят название электронагревателей. Тип контактных машин выбирается в зависимости от формы, размера и места нагрева заготовок. Так при местном нагреве полос и стержней могут быть использованы стыковые машины. При нагреве коротких стержней и заклепок по всей их длине могут быть использованы машины для точечной сварки. Для непрерывного нагрева полос возможно использовать шовные и лентосварочные машины.

В применяемых для электронагрева типовых контактных машинах необходимо переделывать контактные поверхности и выключающие устройства. Контактные поверхности должны быть приспособлены к размерам и формам заготовок, а выключающие устройства должны рассчитываться на длительный нагрев. Отечественными заводами выпускались также и специальные электронагреватели. Так, для нагрева заклепок и сравнительно коротких стержней (до 100 мм) выпущены электронагреватели 2НЗ-15, рассчитанные на одновременный нагрев двух заклепок или стержней. По своему устройству нагреватель сходен с точечной педальной машиной. Для нагрева замкнутых деталей (бандажей, заготовок для венцов шестерен) перед горячей посадкой применяются электронагреватели, трансформатор которых имеет лишь первичную обмотку и магнитопровод. Первичная обмотка делается секционированной, а магнитопровод имеет отодвигающееся верхнее ярмо. Вторичным витком служит сама нагреваемая деталь, которая надевается на неподвижное ярмо. Примером машин для нагрева замкнутых деталей может служить машина типа НБ-60, рассчитанная на нагрев бандажей до температуры 250°. Помимо типовых машин, для электронагрева на отечественных заводах применяется большое количество электронагревательных машин, сконструированных и построенных на месте. Наряду с машинами, осуществляющими лишь электронагрев, на отечественных заводах применяются комбинированные машины, которые производят нагрев и высадку заготовок. Примером может служить электровысадочная машина Горьковского автозавода, схема которой представлена на фиг. 158. Эта машина применяется для нагрева и высадки концов оси вала сошки рулевого управления машин ГАЗ-51. Установки подобного типа работают не только в кузнечных и прессовых цехах, но и в механических цехах. В этом случае они используются для получения утолщенных мест у обрабатываемых заготовок, что значительно снижает количество металла, снимаемого режущим инструментом. МАШИНЫ ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ СВАРКИ В контактных машинах для импульсной сварки используют разряд конденсаторов, энергию, запасенную в магнитном поле, и импульс постоянного тока. Схема электровысадочной машины Горьковского автомобильного завода: / - заготовка; 2, 3- трансформаторы; 4, 5 - электроды; 6, 7 - гидравлические цилиндры. Разряд конденсатора используют при всех основных способах контактной сварки: стыковой, точечной, рельефной и шовной» Энергию, запасенную в магнитном поле, и импульс постоянного тока используют, в основном в точечных машинах. Разряд конденсатора при стыковой сварке производится непосредственно на изделие, как показано, или на первичную обмотку сварочного трансформатора. При точечной, рельефной и шовной сварке конденсатор разряжают через первичную обмотку трансформатора (фиг. 160). В период разряда через сварочную цепь с закрепленными заготовками проходит импульс сварочного тока. В контактных машинах, основанных на использовании энергии, запасенной в магнитном поле, трансформатор машины включается в силовую сеть через выпрямитель. Трансформатор расс питанием импульсом постоянного тока (без зазора в магнитопроводе): / - сварочный трансформатор; 2 - переключатель; 3 - шунтирующий игнитрон; 4 - выпрямитель. Осматриваемых машин имеет магнитопровод с воздушным зазором и две обмотки: первичную и вторичную (сварочную). После закрепления заготовок через сварочную цепь проходит сначала сравнительно малый импульс тока. При достижении предельной величины тока в первичной обмотке цепь этой обмотки отключается с помощью реле максимального тока (фиг. 161). После размыкания первичной цепи магнитный поток спадает, что приводит к возникновению во вторичной цепи более высокого импульса сварочного тока, чем в первичной. В некоторых контактных машинах используют импульс постоянного тока (фиг. 162). В таких машинах питание сварочного трансформатора производится от трехфазной сети через выпрямитель. Машины для импульсной сварки применяются для соединения заготовок из цветных металлов и их сплавов, из разнородных металлов, а также из тугоплавких металлов (молибден и др.)% Период включения Производительность в точ/мин. ступеней регулирования вторичного напряжения (основные дополнительные)Пределы регулирования вторичного

Из импульсных машин для контактной сварки наиболее широкое применение имеют конденсаторные машины. Краткая техническая характеристика конденсаторных машин для стыковой, точечной и шовной сварки приведена в табл. 92. Эти машины широко применяются при изготовлении радиоламп, осветительных ламп, а также приборов. Кинематическая схема конденсаторной машины МТК-2 представлена на фиг. 163. Наряду с конденсаторными машинами при точечной сварке узлов и заготовок из легких сплавов применяются машины, основанные на использовании кратковременного импульса выпрямленного тока. Как уже отмечалось ранее, ток пропускается через первичную обмотку трансформатора, что обеспечивает получение во вторичной обмотке импульса сварочного тока. Машины, основанные на таком принципе, имеют большую мощность, так как они применяются для сварки металла относительно большой толщины.


 

ТЕХНОЛОГИЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ ПОДГОТОВКА ДЕТАЛЕЙ К СВАРКЕ

Все способы контактной сварки основаны на местном нагреве заготовок теплом, выделяющимся при прохождении через них электрического тока. Заготовки свариваются в месте их соприкосновения чаще всего без введения дополнительного металла и применения флюсов. Чтобы получить хорошее качество с участков заготовок в местах соединения, перед сваркой необходимо удалить окислы, масло и другие загрязнения. При выборе способа очистки следует учитывать габариты изделий, характер загрязнений, толщину стенок, характер производства и материал заготовок. Окалина и ржавчина с мелких деталей удаляются в барабанах о кварцевым песком и просушенными древесными опилками. Продолжительность очистки устанавливают исходя из характера загрязнений, конфигурации заготовок и их веса. Скорость вращения барабана может быть выбрана по табл. 94, Таблица для выбора скорости вращения очистительного барабана Диаметр барабана в мм. Число оборотов в мин. Диаметр барабана в мм

Очистка в барабане рекомендуется при стыковой сварке цепей, инструмента, заготовок, полученных горячей штамповкой, а также при точечной и рельефной сварке. Заготовки, имеющие большие габариты, следует зачищать в месте сварки и подвода тока наждачным кругом. При значительном весе заготовок и сложной конфигурации наждачный круг лучше крепить на гибком валике. При небольшом загрязнении наждачный круг можно заменить металлической щеткой. Более универсальный и производительный способ очистки - химическая очистка как всей поверхности, так и отдельных участков заготовок. Очистка стальных деталей осуществляется травлением в 5-20%-ном растворе серной кислоты в воде с добавлением специальной присадки и последующей нейтрализацией в 1-2% растворе извести. Травильный раствор подогревается до 50-60°. После нейтрализации заготовки просушиваются, очищаются металлической щеткой от извести и сразу поступают на сварку. Способ химической очистки рекомендуется применять при шовной сварке стальных листов, полученных горячей прокаткой и покрытых слоем окалины. При контактной сварке полированной стали заготовки необходимо обезжиривать в известковой воде, подогретой до 70- 80°. После обезжиривания заготовки просушиваются, очищаются металлическими щетками от извести и направляются на сварку. При контактной сварке медных сплавов очистка также необходима. Для удаления с поверхности заготовок жиров рекомендуется поверхность протирать бензином или промывать подогретым до 70-80° раствором следующего состава (в %). После обезжиривания детали промываются в чистой воде и тщательно просушиваются. Удаление окисной пленки рекомендуется производить металлической щеткой или наждачной бумагой, а также травлением. Операция очистки необходима, так как наряду с обеспечением стабильного качества сварки значительно снижается износ электродных частей контактных машин.

Основные положения и виды сварки

Контактной называют сварку с применением давления, при которой нагрев производится теплотой, выделяющейся при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части. Количество теплоты может быть определено по формуле Q = I2Rt Дж (Q = 0,2412Rt кал), где / - величина тока, A; R - сопротивление участка цепи в месте контакта деталей, Ом; t - продолжительность действия тока, с. Из формулы видно, что количество теплоты зависит от величины тока в сварочной цепи. Поэтому для быстрого нагрева свариваемых кромок применяют большие токи, достигающие нескольких десятков тысяч ампер. Так как электрическое сопротивление прохождению тока в месте контакта свариваемых деталей велико, то на этом очень малом участке выделяется большое количество теплоты, которое вызывает быстрый нагрев металла. С повышением температуры металла в зоне контакта его сопротивление возрастает, следовательно, еще более возрастает количество ежесекундно выделяющейся теплоты и ускоряется процесс нагрева металла. Таким образом, применение больших сварочных токов позволяет осуществить быстрый нагрев металла и выполнить сварку за десятые и даже сотые доли секунды. По основным параметрам контактной сварки - величине тока и времени действия тока - различают два режима процесса сварки: жесткий и мягкий. Жесткий режим характеризуется применением больших токов и малым временем процесса сварки. Такой режим применяется для сталей, чувствительных к нагреву и склонных к образованию закалочных структур, а также при сварке легкоплавких цветных металлов и их сплавов. Мягкий режим характеризуется относительно большой продолжительностью процесса и постепенным, нагревом свариваемого металла. Таким режимом пользуются при сварке углеродистых сталей, обладающих низкой чувствительностью к тепловому воздействию. Контактную сварку выполняют на специальных машинах, состоящих из двух основных частей: электрической и механической. Электрическая часть машины состоит из сварочного трансформатора, прерывателя сварочного тока, регулятора (или переключателя) тока первичной цепи трансформатора и токоподводящих устройств. Механическая часть состоит из механизмов и узлов, создающих необходимое давление для сжатия свариваемых деталей. Трансформаторы для контактной сварки применяются понижающие однофазные с первичным напряжением 220 или 380 В и вторичным напряжением 1...16 В. Первичная многовитковая обмотка разделена на секции, что позволяет с помощью регулятора (или переключателя) изменять величину напряжения во вторичной обмотке трансформатора. Вторичная обмотка машин малой мощности состоит из отдельных гибких полос меди, охлаждаемых воздухом. У машин большей мощности вторичная обмотка изготовлена из пустотелых медных витков, охлаждаемых проточной водой. Контактная сварка является высокопроизводительным процессом и легко поддается механизации и автоматизации. Эти качества способствуют широкому применению контактной сварки в строительстве и промышленности. Основными видами контактной сварки являются стыковая, точечная и шовная. Стыковая сварка Стыковая сварка - сварка, при которой соединение свариваемых частей происходит по всей площади стыкуемых поверхностей. Принципиальная схема стыковой сварки представлена на рис. 82. (1 - электроды-зажимы, 2 - свариваемые детали, 3 - трансформатор.) Сварка может быть выполнена тремя способами: сопротивлением, непрерывным оплавлением и прерывистым оплавлением. При сварке сопротивлением чисто обработанные поверхности двуя деталей приводят в плотное соприкосновение и включают сварочный ток. После нагрева поверхностей до пластического состояния производят осадку на необходимую величину и одновременно выключают ток. Такой способ применяют при сварке деталей из низкоуглеродисты сталей, имеющих круглое или прямоугольное сечение площадью до 1000 м2. Сварка легированных сталей допустима при площади сечения, не превышающей 20 мм2. Цветные металлы и их сплавы хорошо свариваются сваркой сопротивлением. Этим способом можно сваривать и разнородные металлы (сталь с медью, латунь с медью, различные сорта сталей). Сварка сопротивлением требует точной подготовки, высокой чистоты свариваемых поверхностей и четкого контроля температуры нагрева. Не исключено попадание окислов между плоскостями контакта, что снижает качество сварки. Поэтому сварка сопротивлением не получила большого распространения и применяется редко при неответственных сварных соединениях.


 

Сварка непрерывным оплавлением выполняется в такой последовательности. Закрепленные в зажимах машины детали плавным перемещением подвижного зажима приводят в соприкосновение при включенном сварочном токе. При этом происходит оплавление свариваемых торцов деталей. Затем производят осадку на установленную величину и выключение тока. Такой способ применяют при сварке тонкостенных труб, листов, рельсов и инструмента. Можно производить сварку разнородных металлов. Достоинством сварки с непрерывным оплавлением является высокая производительность процесса. Однако при этом способе потери металла на угар и разбрызгивание значительны. Сварка прерывистым оплавлением производится путем чередования плотного и неплотного контакта свариваемых поверхностей деталей при включенном сварочном токе. Небольшими возвратно-поступательными движениями подвижного зажима производят периодическое замыкание и размыкание сварочной цепи в месте контакта деталей до тех пор, пока торцы их не нагреются до температуры 800...900° С. Затем производят оплавление и осадку. Прерывистое оплавление применяют при сварке низкоуглеродистой стали в тех случаях, когда мощность стыковой машины недостаточна для производства сварки с непрерывным оплавлением. Этот способ также связан с дополнительным расходом металла, поэтому иногда подогрев производят способом сопротивления (включают ток при замкнутой сварочной цепи), а затем разводят детали и переходят к оплавлению и осадке. Подготовка деталей к сварке зависит от принятого способа сварки. При сварке сопротивлением важное значение имеет точность и плотность прилегания свариваемых поверхностей. Недостатки подгонки (перекос, наличие зазора) приводят к неравномерному прогреву деталей, образованию окислов и тем самым снижению качества сварного соединения. Отклонения размеров по диаметру для круглых стержней должны быть менее 2%, а для прямоугольных сечений разница в размерах допускается менее 1,5%. Свариваемые торцы деталей подвергают тщательной механической или химической очистке. При этом должны быть хорошо очищены также и поверхности соприкосновения деталей с зажимным устройством стыковой машины. Это необходимо для получения хорошего контакта. Важное значение имеет длина конца свариваемой детали, выступающего из зажима машины (так называемая установочная длина). При малой длине деталь прогревается недостаточно, так как основная доля теплоты уходит через зажим машины. При большой установочной длине деталь разогревается на большой длине и осадка, а отсюда и сварка получаются некачественными. При сварке сплошных сечений длина выступающих концов деталей должна составлять 0,4...0,7 от диаметра заготовки (или от стороны квадрата). При сварке листов эта величина зависит от толщины металла и протяженности стыка. Например, при толщине листа 2...8 мм и длине стыка до 200 мм установочная длина составляет от 10 до 12 мм, при длине стыка 400...800 мм - от 13 до 16 мм, а при длине стыка 800... 1000 мм - от 14 до 17 мм. Припуск на сварку сопротивлением берется небольшой, так как он расходуется только на осадку. Для деталей диаметром (или со стороной квадрата) до 50 мм припуск на осадку составляет 0,3...0,5 от диаметра, а для деталей диаметром до 100 мм - 0,15...0,2 от диаметра. Давление осадки при сварке низкоуглеродистых сталей определяют, исходя из величины удельного давления и площади сечения контакта сварки. При автоматических машинах удельное давление осадки составляет 39...59 МПа (4...6 кгс/мм2), а при неавтоматических машинах -29...39 МПа (3...4 кгс/мм2).

Электрические параметры процесса сварки определяются в зависимости от материала свариваемых деталей и площади сечений стыкуемых поверхностей. Напряжение холостого хода составляет от 1,5 до 3 В. При этом большие значения принимают для больших площадей сечений (500... 1000 мм2). Плотность тока принимается для низкоуглеродистых сталей в пределах 20...60 А/мм , для цветных металлов и сплавов - от 60 до 150 А/мм2. При сварке сталей сплошного сечения удельная мощность составляет 0,12...0,15 кВ-А/мм2. Для меди вели? чина удельной мощности достигает 0,5...1,0 кВ« А/мм2, для алюминия от 0,13 до 0,23 кВ-А/мм2. При сварке методом оплавления свариваемые торцы не обрабатывают так тщательно, как при сварке сопротивлением, так как часть металла зоны соединения оплавляется. Кроме того, отклонения в размерах в зоне соединения допускаются большие: для круглых сечений до 15%, а для квадратных и прямоугольных - от 10 до 12%. Припуск при сварке методом оплавления расходуется на оплавление и осадку. Для углеродистых и низколегированных сталей величину припуска принимают в зависимости от площади сечения свариваемого металла. При площадях сечения до 200 мм2 припуск составляет примерно 60% от диаметра (или стороны квадрата), а более 200 мм2 - до 50% от диаметра свариваемых поверхностей. При определении припуска необходимо учитывать также зазор между свариваемыми поверхностями. Величина зазора при сечениях от 100 до 1000 мм2 составляет 1,5...4 мм, а свыше 1000 мм2 - до 8 мм.

При сварке оплавлением величина сварочного тока может быть меньше, чем при сварке сопротивлением. Для поверхностей площадью сечения 100...200 мм2 плотность сварочного тока составляет 10... ...25 А/мм2. Расход электроэнергии и необходимая мощность оказываются меньше, чем при сварке сопротивлением. Удельная мощность при сварке углеродистой стали составляет 0,04...0,07 кВ-А/мм2. Стыковая сварка широко применяется при соединении арматурных стержней железобетонных изделий. Она позволяет сваривать стержни для арматуры любой необходимой длины. При этом металл заготовки используется почти полностью, так как из коротких отрезков можно сваривать стержни требуемой длины. Для получения качественной сварки выбирают практически наилучший режим и производят контрольную проверку сваренных стыков на разрыв и угол загиба. Участки свариваемых стержней, зажимаемые в электродах стыковой машины, должны быть очищены до металлического блеска. Для этого используют установку с вращающимися металлическими щетками, шарами или абразивными кругами. Торец должен иметь прямой срез. Это обеспечивает хорошую центровку, уменьшает расход времени и металла за период оплавления. Для производства стыковой сварки используют контактные машины различной конструкции и мощности. В строительном производстве для стыковой сварки низкоуглеродистой стали применяются машины типов АСИФ, МСР, МСМ и МСГ. На рис. 83 представлена машина стыковой сварки типа АСИФ-75. Машина состоит из станины, подвижной и неподвижной плит с зажимами, подающего устройства, трансформатора и устройства для включения и выключения тока. Чугунные стойки машины 1 и 2 соединены между собой стяжками на чугунной стойке 2 укреплена неподвижная плита 4. Она изолирована от стойки гетинаксовой прокладкой. Подвижная плита 6 укреплена на цилиндрических направляющих 7. Перемещение плиты по направляющим производится коленчатым рычагом 9 через регулирующий механизм 8. Для закрепления детали плиты имеют винтовые зажимные приспособления 5. Включение и выключение сварочного тока происходит в следующей последовательности. Рукоятка 13 укреплена на рычаге 9 и связана через тягу 12 с нажимным роликом 10. Нажимая на рукоятку, опускают ролик, который через сегмент 11 поворачивает систему рычагов и включает контактор 14. Выключение контактора происходит в момент осадки, когда при соответствующем повороте рычага ролик сходит с сегмента. Усилие осадки составляет примерно 29 400 Н (3000 кгс). Расстояние между плитами 80 мм, ход подвижной плиты 30 мм. Сварочный трансформатор имеет первичную обмотку с шести ступенчатым переключателем, позволяющим изменять вторичное напряжение в пределах 3,5:..7 В. Вторичная обмотка представляет собой трубчатый виток, охлаждаемый проточной водой. Машина позволяет сваривать детали площадью сечения до 1500 мм2. На рис. 84 представлена машина типа МСМ-150 с электроприводом. Она предназначена для автоматической сварки непрерывным оплавлением деталей из низкоуглеродистой стали площадью сечения до 750 мм2, а при полуавтоматической сварке с подогревом - до 2500 мм2. Машина имеет пневматическое зажимное приспособление 1. Усилие сжатия при давлении воздуха 0,55 М Па (5,5 кгс/см2) достигает 24 500 Н (2500 кгс). Механизм подачи состоит из электродвигателя 2, вариатора скорости 3, редуктора 4 со сменными шестернями и кулака, подающего передвижную плиту. Вариатор и сменные шестерни позволяют изменять продолжительность одного цикла в пределах от 6,5 до 20,5 с. Усилие осадки достигает 63 700 Н (6500 кгс). При автоматической сварке производительность машины составляет 120 сварок в час. Точечная сварка Точечная сварка - это сварка, при которой соединение элементов происходит на участках, ограниченных площадью торцов электродов, подводящих ток и передающих усилие сжатия. При точечной сварке листы 2 (рис. 85) или стержни накладывают друг на друга и зажимают между стержневыми металлическими электродами 3, к которым подводится сварочный ток. Нагрев металла происходит при замыкании сварочной цепи. При этом наибольшее количество теплоты выделяется на участке наибольшего сопротивления цепи, т. е. в зоне соединения свариваемых листов (стержней). Здесь металл расплавляется. После выключения тока и осадки из образовавшейся жидкой металлической ванны кристаллизуется сварная точка /. Подготовка поверхностей к точечной сварке заключается в тщательной очистке их с обеих сторон от грязи, масла и окислов. Очистку производят механически (абразивными материалами, пескоструйным аппаратом, металлической щеткой) или химическим травлением. Хорошая очистка и плотное прилегание поверхностей обеспечивают высокое качество сварной точки. Процесс точечной сварки состоит из следующих операций: сжатия свариваемых заготовок, включения (замыкания) сварочного тока, выключения сварочного тока и снятия усилия сжати я. личные способы совмещения периодов действия сварочного тока I и действия давления сжатия Щ показанные на рис. 86. Способ а соответствует сварке при постоянном давлении и применяется при сварке низкоуглеродистых и нержавеющих сталей толщиной до 3 мм. Способ б отличается тем, что после выключения сварочного тока усилие сжатия увеличивают. Это обеспечивает хорошее формирование металла и позволяет получить сварную точку повышенной прочности Такой способ применяется для изделий из низкоуглеродистой стали повышенной толщины. Способ в состоит из обжатия листов большим усилием перед сваркой, сварки при относительно малом давлении и последующего обжатия повышенным усилием при выключенном токе. Применяется при сварке листов больших толщин, когда необходимо обеспечить формирование и отвердевание сварной точки. При этом применяют Размеры сварной точки зависят от диаметра электрода, сварочного тока и продолжительности цикла сварки. Процесс сварки может быть выполнен при жестком и мягком режимах. Мягкий режим определяется относительно малой плотностью тока (70... 160 А/мм2) и большей длительностью цикла (2...3 с) при сравнительно малом удельном давлении. Жесткий режим выполняют при больших плотностях тока (160...360 А/мм2), удельных давлениях и малой длительности процесса (0,2... 1,5 с). Диаметр сварной точки зависит от толщины свариваемых листов и составляет 1..Л,5 диаметра электрода. Диаметр электрода принимается на 3...4 мм больше суммарной толщины свариваемых лис¬тов. Рекомендуются следующие режимы точечной сварки. Для низкоуглеродистых сталей толщиной до 4 мм, используемых для строительных конструкций, применяют жесткий режим при плотности сварочного тока до 300...360 А/мм2 и продолжительности цикла сварки 0,8...1,1 с. Удельное давление составляет 14,7...68,7 МПа (1,5... ...7 кгс/мм2). При толщине металла более 4 мм рекомендуются мягкие режимы, осуществляемые при плотности тока до 160 А/мм2 и продолжительности цикла до 2,5...3 с. Удельное давление достигает 98... 118 МПа (10... 12 кгс/мм2). При сварке алюминия и его сплавов применяют жесткие режимы при высоких плотностях тока, достигающих 1600 А/мм2, удельных давлениях до 147 МПа (15 кгс/мм2) при продолжительности цикла от 0,1 до 0,25 с. При этом свариваемые поверхности должны быть особенно тщательно очищены от пленки окислов механическим или химическим травлением. Точечная сварка получила большое применение при изготовлении различной арматуры железобетонных изделий и конструкций. Она используется при изготовлении плоских и угловых сеток, а также различных пространственных каркасов. Как правило, сваривают пересекающиеся стержни или стержни с плоскими элементами изделия (листом, полосой, швеллером и др.). В начальный момент контактируют небольшие поверхности и для быстрого разогрева достаточна небольшая мощность. Пластическая деформация контактируемых поверхностей приводит к увеличению площади соприкосновения. Вместе с этим происходит выдавливание из зоны контакта шлака и других неметаллических включений. Такое течение процесса позволяет при сварке стержней диаметром до 60 мм использовать машины относительно небольшой мощности. Сварка производится на одноточечных и многоточечных машинах общего и специального назначения. На рис. 87 представлена точечная машина общего назначения АТП-50. Машина имеет педальный механизм сжатия, состоящий из пружины и системы коленчатых рычагов. При нажатии на педаль 1 тяга 13, перемещаясь вверх, поворачивает коленчатый рычаг 10 на оси 11. При этом рычаги 10 и 9, шарнирно соединенные с рычагом 4, выпрямляются и сближают электроды. Когда электроды приходят в соприкосновение со свариваемыми листами, дальнейшее движение педали приводит к повороту рычага 8 на оси 7. Это вызывает сжатие пружины 5, производящей давление на свариваемые листы через электроды. Регулирование движения производят гайками 6 и перемещением верхнего электрод о держателя 3 в консоли. Для включения тока служит механический контактор 2, укрепленный на верхней плите. Включение производится собачкой /2, находящейся на оси 11. При повороте рычага 10 собачка находит на ролик и через него включает контактор. При дальнейшем движении педали собачка проскакивает и контактор размыкает сварочный ток. Машина имеет переключатель с восемью ступени-ми регулирования вторичного напряжения. Большим недостатком машины с педальным механизмом сжатия является ее низкая производительность. Кроме того, работа на таких машинах очень утомительна.


 

При изготовлении строительных конструкций и пересечений стержней арматуры железобетонных изделий применяют более совершенные точечные машины типа МТМ с электродвигательным механизмом сжатия и типа МТП о пневматическим механизмом сжатия. Эти машины используют в массовом производстве. Они обладают широким диапазоном продолжительности цикла (0,05...6,75 с), давлением сжатия, достигающим 58 800 Н (6000 кгс), высокой производительностью, стабильностью режима и поэтому получили широкое применение в строительстве. Для сварки арматурных сеток железобетонных конструкций применяют многоточечные сварочные машины полуавтоматического действия МТМС-7Х35 мощностью 35 кВ • А и МТМС-15 X 450-3 мощностью 450 кВ-А, а также автоматы АТМС-14 X 75-4 мощностью 75 кВ-А. Завод «Электрик» выпускает полуавтоматы МТМС-9x35 для сварки сеток шириной до 1800 мм, составленных из продольных стержней диаметром до 10 мм и поперечных стержней диаметром до 6 мм. Для сварки сеток шириной до 2700 мм при диаметре стержней до 20 мм выпускаются автоматы АТМС-14x75-5. Для сварки арматурных каркасов шириной до 575 мм применяют многоточечные машины-полуавтоматы МТМК-2Х150 и автоматы АТМК. Сварку арматурных ферм производят полуавтоматами МТМФ-2Х150. Кроме стационарных точечных машин применяют также машины подвесные и передвижные. Подвесные точечные машины имеют сварочные клещи с рычажным, пневматическим или гидравлическим приводом сжатия. Их применяют при сварке крупногабаритных изделий, пространственных каркасов и арматуры железобетонных изделий. Наиболее распространены машины МТПГ-75-6, позволяющие сваривать внахлестку листы толщиной до 3 мм и пересечения арматурных стержней диаметром до 16 мм, а также машины МТПГ-150 для сварки листов толщиной до 5 мм и пересечений арматурных стержней диаметром до 30 мм. Машины МТГА-500 сваривают арматурные стержни диаметром до 100 мм. Для комплектования подвесных точечных машин применяют клещи КТГ-75-1, КТГ-75-2 и КТГ-75-3. Они оборудованы электронным регулятором, позволяющим устанавливать продолжительность цикла сварки от 0,04 до 1,5 с. Сварочные клещи связаны с точечной машиной гибкими токоподводящими кабелями и шлангами для подвода к электродам воздуха или воды (для охлаждения электродов и создания необходимого давления сжатия). Давление сжатия достигает 10 МПа (100 кгс/см2). Шовная сварка Шовная сварка - это соединение элементов внахлестку, в виде непрерывного или прерывистого шва, выполненное вращающимися дисковыми электродами, к которым подведен ток и приложено усилие сжатия. На рис. 88 представлена принципиальная схема шовной сварки, где 1 - ролики, 2 - свариваемые листы. В практике применяют три способа шовной сварки: непрерывную, прерывистую с непрерывным вращением роликов и прерывистую с периодическим вращением роликов. Непрерывную шовную сварку выполняют сплошным швом при постоянном давлении роликов на свариваемые листы заготовки и при постоянно включенном сварочном токе в течение всего процесса сварки. При этом способе имеют большое значение тщательная зачистка свариваемых поверхностей, равномерная толщина листов и однородность химического состава металла. Даже при небольших нарушениях подготовки свариваемых кромок сварной шов получается низкого качества с прожогами и непроварами. По указанным причинам этот способ сварки не получил широкого применения. Прерывистую сварку с непрерывным вращением роликов также выполняют при постоянном давлении сжатия, но сварочная цепь периодически замыкается и размыкается. При этом способе шов формируется в виде сварных точек, перекрывающих друг друга. Шов получается более высокого качества. При прерывистой сварке с периодическим вращением роликов сварочная цепь замыкается в момент остановки роликов (шаговая сварка). Такой способ дает более качественный шов, так как обеспечивает хорошее формирование сварочной точки под сжимающим давлением роликов. Однако машины для такого способа сварки отличаются сложностью конструкции и малой производительностью. Из указанных способов широкое применение получила прерывистая шовная сварка с непрерывным вращением роликов при постоянном давлении сжатия в течение процесса сварки. Этим способом сваривают швы различных резервуаров и емкостей, а также различных конструкций из листового металла. Типы швов, выполняемых шовной сваркой, показаны на рис. 89. Наиболее часто применяют швы с от-бортовкой и внахлестку. При соединении с отбортовкой листов толщиной до 1 мм ширина отбортовки берется до 12 мм, а при толщине Низкоуглеродистая сталь и тонкая нержавеющая сталь (типа Х18Н9) хорошо свариваются шовной сваркой., Сварку листов из низкоуглеродистой стали при суммарной толщине до 2 мм (1 + 1) производят роликами с шириной контактной поверхности 6 мм. Давление сжатия достигает 3920 Н (400 кгс), продолжительность течения тока в сварочной цепи составляет 0,04...0,06 с, а перерыв между импульсами тока 0,02...0,04 с. Величина сварочного тока берется в пределах 8000... ...16 000 А. При этом скорость сварки достигает примерно 2 м/мин. При суммарной толщине листов до 4 мм (2 + 2) ширина контактной поверхности роликов составляет 8,5... 10 мм, давление сжатия - в пределах 3920...6370 Н (400...650 кгс), продолжительность сварки от 0,08 до 0,12 с, а перерывов - от 0,06 до 0,10 с, величина сварочного тока достигает 20 000 А, скорость сварки - от 1,4 до 1,6 м/мин. При сварке нержавеющих сталей величина сварочного тока берется меньше указанных норм на 35...40%. Сварка листов из алюминия и его сплавов выполняется при сварочных токах 22 000...40 000 А. Скорость сварки не превышает 1 м/мин. При этом удельное давление достигает 2450...5390 Н (250...550 кгс), продолжительность действия сварочного тока составляет только 15...30% времени одного цикла. Машины шовной сварки имеют игнитронные прерыватели типа ПИШ, позволяющие регулировать импульсы сварочного тока и паузы в пределах от 5 до 20 в секунду. Шовные сварочные машины МПШ-Ю0 позволяют сваривать листы суммарной толщиной 3,5 мм, а МПШ-150- до 4 мм. Скорость сварки в зависимости от толщины листов составляет от 0,5 до 1,5 м/мин. Разновидностью шовной сварки является шовно-стыковая сварка труб с продольным сварным швом (рис. 90). Из стальной ленты необходимой ширины специальными формирующими роликами подготавливают трубную заготовку 3 с верхним расположением стыка 4 кромок заготовки. Заготовка подается стыком под сварочные ролики 2, к которым подводится сварочный ток от трансформатора 1. Давление сжатия передается заготовке через нажимные ролики 5. После заварки шва производится его обработка фрезой, правка и разрезка заготовки на трубы заданных размеров. Этим способом изготавливают трубы диаметром от 14 до 400 мм при толщине стенок от 0,8 до 12,5 мм. При этом скорость сварки достигает 10... 15 м/мин.


 

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ  И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НЕЕ

Физические основы и виды контактной сварки Контактная сварка — сварка с применением давления, при которой нагрев производится теплотой, выделяемой при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части. Контактная сварка — основной вид сварки давлением термомеханического класса.

Основным признаком всех видов сварки давлением (контактная, диффузионная, холодная, трением и др.) является пластическая деформация металла в зоне контакта соединяемых деталей, необходимая для образования сварных соединений. При сварке происходит принудительное образование межатомных связей между кристаллическими решетками соединяемых деталей. Выделяют три основные стадии процесса образования сварного соединения при сварке давлением: формирование физического контакта, образование химических связей, развитие последующих процессов на границе полученного соединения и в объеме деталей. На первой стадии обеспечивается сближение атомных поверхностей. Устраняются неровности и поверхностные пленки, формируется физический контакт, т. е. такой контакт тел, при котором атомы находятся на расстоянии, достаточном для начала межатомного взаимодействия. На второй стадии происходит объединение электронных оболочек, возникают химические (для металлов — металлические) связи и образуется сварное соединение. На третьей стадии через границу соединения начинается взаимная диффузия атомов, развиваются различные со путствующие сварке процессы, связанные с деформированием металла, его нагревом, со структурными изменениями в зоне соединения и прилегающих участках. Основными параметрами технологического процесса при сварке давлением являются величина давления (деформа ция), температура нагрева, время сварки, а также величина и скорость взаимного перемещения свариваемых деталей и среда (состав газовой фазы), в которой происходит сварка. Место соединения при контактной сварке разогревается проходящим по металлу электрическим током (рис. 66). Количество выделяемой теплоты Q (Дж) определяется зако ном Джоуля — Ленца Q=I2Rt, где / — сварочный ток, А; R — полное сопротивление между электродами сварочной машины, Ом; t — время протекания тока. Сопротивление R увеличивается с увеличением длины /, удельного сопротивления р и уменьшением сечения проводника F : R=mpl/F, где m^ l — коэффициент поверхностного эффекта, обусловленный неравномерным распределением тока по проводнику. Полное сопротивление R состоит из сопротивления деталей, сопротивления между электродом и деталью и сопротивления сварочного контакта RK между деталями, т. е. /?=2/?д+2/?эд+/?к. Сопротивление сварочного контакта RK является наибольшим, так как поверхности стыка заготовок даже после тщательной обработки имеют микронеровности и соприкасаются только в отдельных точках (рис. 66, б). Благодаря этому действительное сечение контакта, через которое проходит ток, резко уменьшается, сопротивление резко увеличивается и в зоне контакта возникают большие плотности тока. Кроме того, на поверхности свариваемого металла имеются пленки окислов и загрязнения с малой электропроводностью р, которые также увеличивают сопротивление RK. Повышение температур в зоне контакта, увеличивая р, дополнительно способствует увеличению RK в процессе сварки. В результате высокой плотности тока в точках контакта металл нагревается до термопластического состояния или до оплавления. При непрерывном сдавливании нагретых деталей образуются новые точки соприкосновения, и так до тех пор, пока не произойдет полное сближение до межатомных расстояний, т. е. сварка. Контактная сварка осуществляется без расплавления и с расплавлением металла. В первом случае соединение происходит при деформации металла с созданием физического контакта между частицами соединяемых поверхностей и последующим образованием общей структуры за счет термопластической деформации, во втором случае возможно перемешивание расплава в замкнутом объеме (точечная сварка) и частичное его вытеснение (стыковая сварка оплавлением) с последующей кристаллизацией расплава и пластической деформацией закристаллизовавшегося металла. Большие скорости нагрева, пластической деформации и охлаждения существенно влияют на структуру металла и свойства сварного соединения: повышается твердость и прочность. Соединения с высокой твердостью и неблагоприятной структурой, не удовлетворяющие после сварки эксплуатационным требованиям, подвергаются термообработке. Местная термообработка участка сварки может осуществляться не посредственно в сварочной машине. Благодаря высокой производительности, надежности соединений, высокому уровню механизации и автоматизации контактная сварка находит широкое применение в промышленности. Считается, что около 30% всех сварных соединений получают с помощью контактной сварки. В зависимости от профиля свариваемых материалов (лист, профильный прокат, труба), типа сварного соединения, толщины и марки металла применяют различные виды контактной сварки. Классификация контактной сварки приведена на рис. 67. Основными видами контактной сварки являются стыковая, точечная и шовная. § 31. Технология стыковой контактной сварки Стыковая контактная сварка — вид контактной сварки, при которой соединение свариваемых частей происходит по поверхности стыкуемых торцов (рис. 68). Стыковой сваркой соединяют проволоку, стержни, трубы, полосы, рельсы, цепи и другие детали. При стыковой сварке свариваемые заготовки / закрепляют в зажимах 2 стыковой машины. Один из зажимов — подвижней, другой — неподвижный. Питание электрическим током осуществляется от сварочного трансформатора 3, вторичная обмотка которого соединена с плитами гибкими шинами, а первичная питается от сети переменного тока через включающее устройство. С помощью механизма осадки подвижная плита перемещается, свариваемые детали сжимаются под усилием.

Различают стыковую сварку сопротивлением (рис. 68, а) и оплавлением (рис. 68, б). Сваркой сопротивлением называется стыковая сварка с разогревом стыка до пластического состояния и последующей осадкой. Сваркой оплавлением называется стыковая сварка с разогревом стыка до оплавления и последующей осадкой. Различают сварку непрерывным и прерывистым (импульсным) оплавлением, а также оплавлением с подогревом. Параметрами режима контактной сварки являются ток /, Л, и его плотность /, А/мм2, усилие сжатия свариваемых деталей Р, Па, время протекания тока t, с, установочная, длина /, мм. Установочной длиной называют расстояние от торца заготовки до внутреннего края электрода стыковой машины, измеренное до начала сварки. Для правильного формирования сварного соединения и высоких механических свойств соединения необходимо, чтобы процесс протекал в определенной последовательности. Совместное графическое изображение изменения параметров при сварке называется циклограммой сварки. Цикл контактной стыковой сварки представлен на рис. 69. Подготовка деталей под стыковую сварку включает придание определенной формы контактным поверхностям деталей, правку, обработку концов и очистку контактных участков. Равномерный подогрев деталей без тщательной их под готовки или импульсного включения тока при сварке со противлением затруднен. Поэтому торцы делают с выступа ми (кольцевыми, конусными, сферическими), наличие которых локализует нагрев, облегчает сварку сопротивлением и удаление окислов. Оплавлением хорошо свариваются специально подготовленные детали с параллельными торцами. Для сварки оплавлением пригодны детали после механической или термической резки с очисткой поверхностей от заусенцев и шлака. Перекос контактных поверхностей должен быть не более 15% от допуска на оплавление. Окалину удаляют металлической дробью, травлением, нагревом газовым пламенем, резанием. Мелкие детали очищают в галтовочных барабанах. Зачистка в ряде производств автоматизирована. Ржавчину также удаляют, так как она разлагается в зоне нагрева, повышает окислительную способность среды и приводит к дефектам сварки. При сварке сопротивлением чисто обработанные поверхности свариваемых деталей приводят в соприкосновение, плотно сжимают, затем включают сварочный ток. Протекание тока через детали приводит к постепенному нагреву металла в стыке до температуры, близкой к температуре плавления. Затем увеличивают усилие (осаживают детали). При этом происходит пластическая деформация металла в стыке и образование соединения в твердом состоянии. При сварке сопротивлением не обеспечивается достаточно полное удаление окисных пленок, трудно добиться равномерного нагрева деталей по всему сечению, поэтому сварка сопротивлением используется ограниченно для изделий относительно небольшого сечения (до 200—250 мм2). Наиболее широко применяют стыковую сварку оплавлением при создании разнообразных конструкций как малых, так и больших сечений (до 100 000 мм2 и более). Типичными изделиями, свариваемыми стыковой сваркой, являются элементы трубчатых конструкций, колеса, кольца, рельсы, железобетонная арматура и др.


 

Непрерывным оплавлением сваривают детали компактного сечения до 1000 мм2, а также листы и трубы до 10 000 мм2. При программировании напряжения и использовании регуляторов возможна сварка деталей компактного сечения до 20 000 мм2. Подогрев, снижая требуемую мощность, позволяет сваривать изделия большей площади. Импульсным оплавлением сваривают детали компактного сечения площадью до 400 000 мм2 и более. При сварке непрерывным оплавлением детали сближают при включенном сварочном токе и очень малом усилии. Детали соприкасаются вначале по отдельным небольшим площадкам, через которые проходит ток высокой плотности, вызывающий оплавление деталей в результате непрерывного образования и разрушения контактов-перемычек между их торцами. В результате оплавления на торце образуется слой жидкого металла, который при осадке вместе с загрязнениями и окисными пленками выдавливается из стыка. Соединение образуется в твердом состоянии. При прерывистом оплавлении зажатые заготовки сближают под током с медленно нарастающей скоростью при возвратно-поступательном движении. Режим стыковой сварки оплавлением определяется установочной длиной свариваемых.деталей /^-ff2, припусками на оплавление Аопл и осадку Дос, скоростями оплавления ^опл и осадки иос, токами оплавления /опл и осадки /ос (или напряжением на сварочном контуре), длительностью осадки под током .ос> т и усилием зажатия. Подогрев задают температурой или длительностью и количеством импульсов и пауз. Используют две разновидности процесса: при ограниченной мощности W и большом времени оплавления или при ограниченном и большой W. В первом случае сваривают детали компактного сечения, толстостенные трубы и профили, а во втором — полосы, трубы малого диаметра, стержни и другие детали массового производства. Точный расчет параметров режима сварки затруднен. Поэтому параметры выбирают по опытным данным с последующей проверкой качества соединения. Для низкоуглеродистой стали кратковременное непрерывное оплавление тонкостенных деталей осуществляется ориентировочно при мощности 0,15 —0,25 кВА/мм2, при плотностях тока оплавления /опл=10-т-20 А/мм2, тока осадки /ос=40-т-60 А/мм2. Припуски на подогрев и оплавление должны быть достаточны для равномерного разогрева деталей и создания на торцах слоя расплава. Скорость и длительность оплавления зависят от напряжения на сварочном контуре, требуемой плотности тока, степени подогрева, марки материала. Скорость постепенно возрастает, достигая иногда 6—10 мм/с. Средняя для низкоуглеродистой стали составляет 1—2,5 мм/с, для легированной — 2,5—3,5 мм/с и более. При производительной работе t0пл деталей компактного сечения составляет 1 с на 30 мм8, а листов и труб — 2—4 с на 1 мм толщины. Скорость осадки выбирают исходя из условий предупреждения кристаллизации и окисления расплава. При производительной работе начальная voc для низкоуглеродистой стали составляет 30—60 мм/с, для высоколегированных сталей — 80—100, алюминия и других легкоокисляющихся металлов и сплавов 100—200 мм/с. Ориентировочные давления Рос при сварке низкоуглеродистой стали непрерывным оплавлением составляет 50—100 МПа, при сварке с подогревом — 40— 60 МПа, для высоколегированной стали — соответственно 120—200, 100—140 МПа. Импульсное оплавление локализует нагрев и расширяет высокотемпературную зону, предупреждая этим быструю кристаллизацию расплава. После оплавления всего сечения выключают ток и осаживают заготовки. Импульсное оплавление уменьшает требуемую для оплавления мощность в 10—15 раз до 0,02—0,03 кВА/мм2 и припуск на оплавление в 5—-6 раз. Импульсное оплавление осуществляется при плотности тока /ОПл=5-^10 А/мм2, а для расширения зоны нагрева у деталей большого сечения — при /опл— = 1 А/мм2. Увеличение плотности тока локализует нагрев. Импульсное оплавление в 1,5—2 раза быстрее, чем непрерывное. Импульсным оплавлением сваривают как обычные углеродистые, так и различные легированные стали и сплавы. Для защиты металла от взаимодействия с газами при стыковой сварке химически активных металлов используют защитные среды (инертные газы). Серьезной проблемой стыковой сварки является необходимость удаления грата — металла, выдавленного осад кой. Грат зачищают вручную или механическими устройствами — гратоснимателями — сразу после сварки, после охлаждения соединения или после термообработки.

 

Технология точечной контактной сварки Точечная контактная сварка — контактная сварка, при которой соединение элементов происходит на участках, ограниченных площадью нагрева электродов, проводящих ток и передающих усилие сжатия (рис. 70). Точечной контактной сваркой обычно соединяют листовые' конструкции из однородных и разнородных черных и цветных металлов одинаковой и разной толщины или листы с катаными, прессованными, коваными и обработанными резанием деталями. Точечную сварку используют при изготовлении деталей автомобилей и тракторов, узлов сельскохозяйственных машин, холодильников, железнодорожных вагонов, деталей микроэлектроники, предметов домашнего обихода и др. По количеству одновременно свариваемых точек точечная сварка может быть одно-, двух-и многоточечной. При точечной сварке детали собирают внахлестку, зажимают между электродами, связанными со сварочным трансформа тором, при включении которого детали нагреваются кратковременным (0,01—0,5 с) импульсом тока до появления расплавленной зоны в месте контакта деталей или ядра точки. Усилие после выключения тока сохраняется некоторое время для того, чтобы кристаллизация расплавленного металла точки проходила под давлением, что предотвращает усадочные дефекты — трещины и рыхлоты. Точечная сварка в зависимости от расположения электродов по отношению к свариваемым деталям может быть двусторонней и односторонней. При двусторонней сварке (рис. 70, а) две или большее число заготовок 1 и 2 сжимают между электродами точечной машины. При односторонней сварке (рис. 70, б) ток распределяется между верхним и нижним листами 3 и 4, причем нагрев осуществляется током, протекающим через нижний лист. Для увеличения этого тока предусматривается токопроводящая медная подкладка 5. Односторонней сваркой можно соединять детали одновременно двумя точками. Подготовка деталей к сварке имеет большое значение для обеспечения стабильности процесса сварки и получения качественных соединений. Детали перед сваркой зачищают, правят, подгоняют и собирают в приспособлении или прихватывают. Детали из низкоуглеродистых сталей обезжиривают ацетоном, бензином или другими органическими растворителями масел и обрабатывают войлочными или вулканитовыми шлифовальными кругами, щетками, абразивным, полотном или травят. Толстые окисные пленки могут удаляться роликами с косозубой насечкой, дробеструйной или дробеметной обработкой, нагревом пламенем, накерниванием участков сварки, а также вакуум-дробной обработкой. Подготовленные поверхности пассивируют. В массовом производстве обычно используют травление, а в мелкосерийном и при повторной сварке дефектных участков — зачистку щетками или наждачной бумагой. Детали зачищают целиком или на участке нахлестки. После механической зачистки с поверхностей удаляют пыль, абразивные включения и окислы. Детали с металлическими покрытиями обычно не зачищают и прихватывают на сварочных режимах. Небольшие детали и узлы, жестко фиксируемые в приспособлениях, сваривают без прихватки. Расстояние между прихватками у стали 50—80^мм, у легких сплавов — 70—150 мм. Крупные узлы иногда прихватывают дуговой сваркой с последующей вырубкой прихваченных мест. Сваренные детали правят на прессах или местным нагревом, с помощью которого устраняют выпучины. Параметрами режима точечной сварки являются: усилие сжатия, плотность тока и время протекания тока. Одна из циклограмм точечной сварки показана на рис. 71. Весь цикл сварки состоит из следующих стадий: сжатия свариваемых деталей между электродами; включения тока и разогрева места контакта до температуры плавления с образованием литого ядра точки; включения тока и увеличения усилия сжатия для улучшения структуры сварной точки; снятия усилия с электродов. Параметры режима выбирают с учетом имеющегося оборудования по технологической карте, таблицам ориентировочных режимов, номограммам или выполняют опытные работы. Точечную сварку проводят на мягких и жестких режимах. Мягкий режим характеризуется относительно малой плотностью тока (70—160 А/мм2), большой длительностью цикла (0,5—3 с) при сравнительно малом давлении (15—40 МПа). Жесткий режим характеризуется большими плотностями тока (160—400 А/мм2), большими давлениями (до 150 МПа) и малой длительностью цикла сварки (0,1—1,5 с). Мягкие режимы применяют преимущественно при сварке углеродистых и низколегированных сталей, жесткие — коррозионностойких сталей, алюминиевых и медных сплавов. Ориентировочные значения мягких и жестких режимов сварки низкоуглеродистой стали составляют: плотность тока /=80-И60 и 200—400 А/мм2, усилие сжатия Р с= =(100-^200) б, где 6 — толщина свариваемых листов, диаметр электрода d a=26+2,5 мм.


 

Ориентировочные режимы точечной низкоуглеродистой стали приведены в табл. 15. При точечной сварке деталей разной толщины образующееся несимметричное ядро смещается в сторону более толстой детали и при большом различии в толщине не захватывает тонкой детали. Смещение усиливается на мягких режимах, а на жестких усиливается опасность внутренних и наружных выплесков. Поэтому применяют различные технологические приемы, обеспечивающие смещение ядра к стыкуемым поверхностям, усиливают нагрев тонкого листа за счет накладок, создают рельеф на тонком листе, применяют более массивные электроды со стороны толстой детали и др. Разноименные материалы сваривают на мягких режимах, что облегчает получение качественного соединения за счет регулирования параметров режима. Для более симметричного расположения ядра усиливают нагрев и уменьшают теплоотвод в теплопроводный материал за счет уменьшения диаметра и теплопроводности электродов. Разновидностью точечной сварки является рельефная сварка (рис. 72), когда первоначальный 300 контакт деталей происходит по заранее подготовленным выступам (рельефам). При рельефной сварке заготовки 2 и 4 зажимают между плоскими электродами 5 и У. В начальный период сварки наличие рельефа 3 дает возможность обеспечить концентрированный нагрев в месте контакта при больших плотностях тока. В дальнейшем рельефы постепенно деформируются и на определенной стадии происходят плавление и образование ядра точки.

Технология шовной контактной сварки. Шовная контактная сварка — контактная сварка, при которой соединение элементов выполняется внахлестку вращающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывистого шва. При шовной сварке образование непрерывного соединения (шва) происходит последовательным перекрытием точек друг за другом. При шовной сварке электроды выполняют в виде вращающихся дисковых роликов, с помощью которых происходит передача усилия деталям, подвод тока и перемещение деталей (рис. 73). Как и при точечной сварке, детали обычно собирают внахлестку и нагревают током без применения специальных средств защиты нагреваемого металла от взаимодействия с атмосферой. Шовную сварку, так же, как и точечную, можно выполнять при одностороннем и двустороннем положении электродов (роликов). Шовную сварку применяют в массовом производстве при изготовлении емкостных изделий с толщиной стенки 0,3— 3 мм, где требуются герметичные швы — бензобаки, трубы, бочки, сильфоны и др. На практике применяют следующие способы шовной сварки: непрерывную, прерывистую с непрерывным вращением роликов, прерывистую с периодическим вращением роликов. Непрерывную шовную сварку выполняют сплошным швом при постоянном давлении роликов на свариваемые детали и постоянно включенном сварочном токе в течение всего процесса сварки. Недостатками способа являются повышенные требования к подготовке поверхности, однородности, толщине и химическому составу металла свариваемых деталей. Прерывистую варку с непрерывным вращением роликов также выполняют при постоянном давлении сжатия, а сварочный ток подают периодически, при этом шов формируется в виде сварных точек, перекрывающих друг друга. Шов получается более высокого качества. При прерывистой сварке с периодическим вращением роликов сварочная цепь замыкается в момент остановки роликов (шаговая сварка). Такой способ обеспечивает наиболее качественный шов, так как формирование сварной точки происходит под сжимающим давлением. Однако машины для такого способа сварки отличаются большей сложностью и меньшей производительностью. Циклограммы шовной сварки с непрерывным и прерывистым включением тока показаны на рис. 74. Детали к шовной сварке готовятся так же, как к точечной. При плохой очистке деталей ток шунтирования уменьшается и качество шва ухудшается. Коробление деталей уменьшают прихваткой по оси шва точками без глубоких вмятин с шагом 50—100 мм. Очень плотная сборка усиливает шунтирование тока, а сборка с большими зазорами ведет к набеганию металла и нарушению герметичности соединений в особенности на кольцевых деталях. Режим задается током /с, давлением Рс, диаметром и профилем электрода, скоростью сварки. При шаговой сварке и сварке отдельными точками указывают время сварки /с и паузы. Ток при шовной сварке на 15—40% больше, чем при точечной сварке из-за шунтирования и более жестких режимов, давление практически такое же, а время сварки меньше. Скорость сварки выбирают по tz и tn с учетом перекрытия точек. Ориентировочные режимы сварки приведены в табл. 16.

Конденсаторная сварка. Недостатком контактной сварки является значительная кратковременная мощность, потребляемая из сети в момент сварки, что создает тяжелые условия для питающей сети. Разработаны виды сварки запасенной энергией. Это сварка, при которой энергия накапливается в специальных устройствах с дальнейшим использованием для нагрева соединяемых частей. После накопления в каком-либо приемнике энергия через сварочный трансформатор или непосредственно кратковременно расходуется на сварку. После цикла сварки идет процесс накопления энергии и снова сварка. Существуют четыре вида запасенной для сварки энергии: электростатическая (или конденсаторная), электромагнитная, инерционная и аккумуляторная. Энергия соответственно накапливается в батарее конденсаторов, магнитном поле специального сварочного трансформатора, вращающихся частях генератора или аккумуляторной батарее. Наибольшее применение получила конденсаторная сварка — сварка запасенной энергией, накопленной в электрических конденсаторах. Энергия в конденсаторах накапливается при их зарядке от источника постоянного напряжения (генератора или выпрямителя), а затем в процессе разрядки преобразуется в теплоту, используемую для сварки. Накопленную в конденсаторах энергию А можно регулировать изменением емкости и напряжения зарядки; А = =CU2/2, где С — емкость конденсаторов, Ф; U — напряжение зарядки, В.

Существуют два вида конденсаторной сварки: бестрансформаторная, когда конденсаторы разряжаются непосредственно на свариваемые детали, и трансформаторная, когда конденсатор разряжается на первичную обмотку сварочного трансформатора, во вторичной цепи которого находятся предварительно сжатые свариваемые заготовки. Бестрансформаторная конденсаторная сварка предназначена в основном для стыковой сварки, трансформаторная — для точечной и шовной, но может быть использована и для стыковой. Преимуществами конденсаторной сварки являются: точечная дозировка количества энергии, не зависящая от внешних условий, в частности от напряжения в сети; малое время протекания тока (0,001—0,0001 с) при высокой плотности тока, обеспечивающее малую зону термического влияния; возможность сварки материалов очень малых толщин (до нескольких микрон); невысокая потребляемая мощность (0,2—2 кВА). Конденсаторную сварку применяют главным образом в приборостроении.


 

Оборудование для контактной сварки Контактную сварку выполняют на специальных машинах, электрическая часть которых состоит из сварочного трансформатора, прерывателя4 сварочного тока, регулятора (или переключателя) тока первичной цепи трансформатора и токоподводящих устройств, а механическая часть — из механизмов и узлов, создающих необходимое давление для сжатия свариваемых деталей. В зависимости от типа выполняемого соединения контактные машины подразделяют на стыковые, точечные и шовные, шовно-стыковые. Принципиальная схема машины для контактной сварки приведена на рис. 75. Каждый тип машины имеет: электрическую часть, состоящую из трансформатора (или другого преобразователя энергии), переключателя мощности и включателя тока, токоподводов и электродов; механическую часть, состоящую из станины, устройств для крепления электродов и деталей, узлов сжатия и перемещения деталей; аппаратуру управления с механическими, электрическими, гидравлическими, пневматическими и другими устройствами . Конструктивно-типовые точечные и рельефные машины похожи. Машины для шовной сварки имеют дополнительный привод для вращения электродов, а машины для стыковой сварки — привод сближения деталей с небольшими скоростями при оплавлении и большими — при осадке. Для обозначения машин применяется буквенно-цифровая нумерация. Первая буква характеризует тип машины: У — установка, А — автоматам — машина, К — комплекс, П — полуавтомат; вторая — вид сварки; две первые цифры — номинальный ток, кА, а две последние — модель машины. Например, модель 5 точечной машины с номинальным токда 20 кА обозначается МТ-20.05. Иногда после двух первых букв ставится третья, уточняющая тип машины: М — многоточечная, К — конденсаторная, В — с выпрямлением тока в контуре. Контактные машины работают на переменном токе от трансформаторов. Первичную обмотку трансформаторов подключают к сети с напряжением 220—380 В, ее изготовляют секционной для изменения числа рабочих витков при. переключении ступеней мощности. Вторичная обмотка трансформатора состоит из одного или двух витков (вторичное напряжение 1—12 В). Сила вторичного тока — 1000— 100 000 А. При изменении числа витков первичной обмотки изменяется коэффициент трансформации: K— число витков первичной и вторичной обмоток; и U2 — соответственно первичное и вторичное напряжения обмотки. Вторичное напряжение U2=UiW2/W1, где Ut — величина постоянная.

Таким образом, для изменения U% необходимо изменить число включенных витков первичной обмотки Wlt соответственно будет изменяться и вторичный сварочный ток. Для увеличения вторичного тока необходимо уменьшить число витков первичной обмотки трансформатора. Контактные машины включают и выключают со стороны первичной обмотки трансформатора. В процессе сварки необходимо периодически включать и выключать ток. Для этого применяют прерыватели нескольких типов: простые механические контакторы, электромагнитные и электронные приборы. Механические контакторы применяют главным образом на стыковых и точечных машинах неавтоматического действия небольшой мощности, электромагнитные контакторы — для стыковой, точечной и шовной сварки на машинах малой и средней мощности. Электронные прерыватели обеспечивают синхронные включение и выключение тока со строго определенной продолжительностью импульсов и пауз, их применяют для всех типов контактных машин автоматического действия. Механизмы давления служат для сжатия заготовок меж ду электродами машины. В зависимости от типа привода механизмы сжатия могут иметь пружинный, электромеханический, пневматический, пневмогидравлический, гидравли ческий приводы, а также ручной, который иногда применяют в стыковых и точечных машинах малой мощности. Машины для стыковой сварки выпускают мощностью 0,8—800 кВА (МС-403, МС-502, МСМУ-150 и др.). Стыковые машины мощностью до 25 кВА применяют для сварки со противлением, мощностью 25—250 кВА — сопротивлением и оплавлением, мощностью 150—800 кВА — для автоматической сварки оплавлением изделий с большим поперечным сечением. Машины для точечной сварки (МТ-601, МТ-1220, МТ 1616, МТ-4001, МТВ-8002, МТВ-16002, МТК-1601 и др.) выпускают мощностью 0,1—250 кВА. Точечные машины мощностью 0,1—25 кВА применяют для сварки деталей толщиной 0,1—2 мм. Машины для шовной сварки (МШ-1001, МШ-1601, МШ 2001 и др.) в отличие от точечной снабжены механизмом при вода роликовых электродов и особым скользящим токоподводом. Шовные машины выпускают мощностью 25—200 •кВА. • Машины для конденсаторной сварки состоят из батареи конденсаторов, выпрямительных устройств, сварочного трансформатора (при трансформаторной сварке), включателя сварочного тока, вспомогательных устройств и сварочного стола. В зависимости от типа свариваемого соединения выпускают точечные, шовные и стыковые конденсаторные машины, которые могут быть универсальными (автоматические и механизированные) и специализированными. § 35. Требования безопасности труда при контактной сварке При работе на контактных машинах представляют опасность: электрический ток, расплавленные частицы металла, вылетающие с большой скоростью из зоны соединения, и движущиеся части машин. Контактную сварку выполняют при низких (до 36 В) напряжениях, поражение током высокого напряжения возможно при незаземленной машине и пробое трансформатора, при переключении напряжения без отключения трансформатора от сети. В современных контактных машинах предусмотрены системы блокировки, предотвращающие поражение током высокого напряжения, например закрыт доступ к переключателю при неотключенной первичной цепи; дверцы шкафов, пультов, станин с открытыми токоведущими частями, находящимися под напряжением, снабжены блокировкой, обеспечивающей снятие напряжения при их открывании. Не допускается эксплуатация машин с неисправной блокировкой. Все работы, связанные с напряжением 220 и 380 В, должен производить специалист-электрик. Сварщик допускается к таким работам только после специального обучения и сдачи испытаний. Защита от расплавленных брызг и предупреждение ожогов обеспечиваются работой в спецодежде, состоящей из огнестойкой хлопчатобумажной или брезентовой куртки, рукавиц, бесцветных очков закрытого типа, а при стыковой сварке — дополнительно шлема. Контактные машины для сварки оплавлением должны быть снабжены прозрачным щитком, предохраняющим рабочих от брызг и искр и позволяющим наблюдать за процессом сварки. Точечные и роликовые контактные машины должны иметь откидывающиеся прозрачные экраны, ограждающие электроды со стороны обслуживания. Большинство несчастных случаев связано с утечкой воз духа или масла в системах привода, с подгоранием контактных устройств, с малоквалифицированным ремонтом и неправильной эксплуатацией. Поэтому машины необходимо эксплуатировать в строгом соответствии с инструкциями и при соблюдении технологии сварки.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается сущность сварки давлением?

2. Как происходит образование соединения при контактной сварке? Дайте классификацию контактной сварки.

3. Из каких основных узлов состоят контактные машины?

4. В чем сущность и технологические особенности стыковой, точечной, шовной сварки?

5. В чем сущность сварки запасенной энергией?

6. Основные требования безопасности труда при контактной сварке.


 

КОНТАКТНАЯ СВАРКА

Контактная сварка - это процесс образования соединения в результате нагрева металла проходящим через него электрическим током и пластической деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия.

Родоначальник контактной сварки - английский физик Уильям Томсон (лорд Кельвин), который в 1856 г. впервые применил стыковую сварку. В 1877 г. в США Элиху Томсон самостоятельно разработал стыковую сварку и внедрил ее в промышленность. В том же 1877 г. в России Н.Н.Бенардос предложил способы контактной точечной и шовной (роликовой) сварки. На промышленную основу в России контактная сварка была поставлена в 1936 г. после освоения серийного выпуска контактных сварочных машин. С помощью контактной сварки изготавливают до 90 % конструкций, свариваемых давлением, и около 50 % всех сварных конструкций. Это объясняется преимуществами контактной сварки перед другими способами: высокой производительностью (время сварки одной точки или стыка составляет 0,02... 1,0 с), малым расходом вспомогательных материалов (воды, воздуха), высоким качеством и надежностью сварных соединений при небольшом числе управляемых параметров режима, что снижает требования к квалификации сварщика. Это экологически чистый процесс, легко поддающийся механизации и автоматизации.

Недостатки контактной сварки: относительная сложность оборудования, трудность неразрушающего контроля сварных соединений.

СПОСОБЫ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Основные способы контактной сварки - это точечная, шовная (роликовая) и стыковая сварка. При точечной сварке детали соединяются на отдельных участках их соприкосновения - точках (рис. 144, а). Детали собирают внахлестку, сжимают между электродами из медных сплавов, подключенными ко вторичной обмотке сварочного трансформатора, и пропускают через место сварки короткий импульс тока /св. В контакте между деталями металл расплавляется, образуется ядро сварной точки. Под действием сжимающего усилия происходит пластическая деформация металла, по периметру ядра образуется уплотняющий поясок, предохраняющий ядро от окисления и от выплеска. Шовная сварка происходит так же, как и точечная. Разница между ними в том, что при шовной сварке детали зажимаются между электродами-роликами (рис. 144, б), которые в процессе сварки вращаются, перемещая свариваемые детали. Импульсы сварочного тока следуют один за другим с установленной паузой между ними. Совокупность многих точек, взаимно перекрывающих друг друга, образует сплошной сварной шов.

Точечную и шовную сварку можно производить и с односторонним подводом сварочного тока, устанавливая оба электрода с одной стороны детали. С обратной стороны устанавливают медную подкладку. Сваривают одновременно две точки или два шва. Применяют одностороннюю сварку при затрудненном доступе к обратной стороне детали и для повышения производительности труда. Разновидность точечной сварки - рельефная сварка. Для ее выполнения на одной из деталей штампуют выступ-рельеф. На рельеф укладывают вторую деталь и производят сварку. Это обеспечивает более концентрированный нагрев в зоне контакта деталей. При образовании сварного ядра рельеф сминается. Рельеф можно выполнять в виде длинного бугорка-валика. Тогда можно выполнять рельефную роликовую сварку. Точечной сваркой выполняют только нахлесточные соединения, роликовой, кроме нахлесточного, можно сваривать и стыковые. Для этого на стык листовых деталей накладывают с обеих сторон полоски тонкой (0,3...0,5 мм) фольги из материала свариваемых деталей и сваривают стык с полным проплавлением его толщины.

При стыковой сварке (рис. 144, в) соединяют прутки, профильный прокат, трубы по всей площади их торцов. Детали зажимают в электродах-губках, затем прижимают друг к другу соединяемыми поверхностями и пропускают сварочный ток. Различают стыковую сварку сопротивлением и оплавлением.

При сварке сопротивлением детали прижимают с большим усилием (2...5 кгс/мм2). Сварочный ток нагревает детали до температуры 0,8...0,9 от температуры плавления. В стыке происходит пластическая деформация, соединение образуется без расплавления металла. Этим способом не всегда удается обеспечить равномерный нагрев деталей большого сечения по всей площади и достаточно полно удалить из стыка деталей окисные пленки. Поэтому стыковую сварку сопротивлением применяют только для соединения деталей малого сечения (до 200...300 мм2): проволок, труб, стержней из малоуглеродистых сталей.

При сварке оплавлением детали прижимают друг к другу очень малым усилием при включенном сварочном трансформаторе. Отдельные контакты поверхностей мгновенно оплавляются, возникают новые контакты, которые оплавляются тоже. Под действием электродинамических сил жидкие прослойки металла оплавленных контактов вместе с окислами и загрязнениями выбрасываются из стыка деталей. Поверхности постепенно оплавляются, после чего усилие сжатия резко увеличивают - происходит осадка. При этом в течение 0,1 с через стык еще пропускают ток. Жидкий металл вместе с оставшимися окислами вытесняется из зоны стыка в грат - соединение образуется между твердыми, но пластичными поверхностями. При сварке оплавлением химически активных металлов зону соединения защищают инертными газами.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Машины для контактной сварки бывают стационарными, передвижными и подвесными (сварочные клещи). По роду тока в сварочном контуре могут быть машины переменного или постоянного тока от импульса тока, выпрямленного в первичной цепи сварочного трансформатора или от разряда конденсатора. По способу сварки различают машины для точечной, рельефной, шовной и стыковой сварки.

Машины для точечной сварки типа МТ отличаются большим разнообразием мощности (от 14 до 1000 кВ-А), усилия сжатия (100...20 000 кгс) и силы сварочного тока (6...30 кА). Их максимальная производительность 250 точек в минуту.

Машины для рельефной сварки (сварочные прессы) отличаются от точечных машин наличием контактных плит вместо электродов и меньшей длиной вылета консолей, на которых эти плиты установлены. В среднем эти машины имеют мощность и усилие сжатия больше, чем точечные машины, так как по рельефам можно сваривать одновременно несколько точек.

Машины для шовной сварки типа МШ переменного тока и типа МШВ с выпрямлением тока во вторичном контуре отличаются более жесткой станиной и более высоким сварочным током (16... 120 кА). Скорость сварки обеспечивается в пределах 0,1...4,8 м/мин.

Машины для стыковой сварки типов МС, МСС, МСР, МСО отличаются большим разнообразием конструктивного выполнения и назначения. Мощность их может быть от 3 до 450 кВ-А, они способны сваривать детали сечением от 10 до 70 000 мм2. Особую группу составляют машины для стыковой сварки рельсов, обечаек и трубосварочные агрегаты типа "Север", применяемые при монтаже магистральных трубопроводов. Мощность этих машин достигает 1000 кВ-А при усилии сжатия до 12 000 кгс.

Любая машина для контактной сварки состоит из электрической и механической частей, пневмо-или гидросистемы и системы водяного охлаждения (рис. 145).

Электрическая часть включает в себя силовой сварочный трансформатор 1 с переключателем ступеней 2 его первичной обмотки, с помощью которого регулируют вторичное напряжение, вторичный сварочный контур 3 для подвода сварочного тока к деталям, прерыватель 4 первичной цепи сварочного трансформатора 1 и регулятор 5 цикла сварки, обеспечивающий заданную последовательность операций цикла и регулировку параметров режима сварки.

Механическая часть состоит из привода сжатия 6 точечных и шовных машин, привода 7 зажатия деталей и привода 8 осадки деталей стыковых машин. Шовные машины снабжены приводом 9 вращения роликов.

Пневмогидравлическая система состоит из аппаратуры 10 подготовки (фильтры, лубрикаторы, которые смазывают движущиеся части), регулирования (редукторы, манометры, дросселирующие клапаны) и подвода воздуха к приводу б (электропневматические клапаны, запорные вентили, краны, штуцера).

Система водяного охлаждения включает в себя штуцера разводящей и приемной гребенок, охлаждаемые водой полости в трансформаторе 1 и вторичном контуре 3, разводящие шланги, запорные вентили и гидравлические реле, отключающие машину, если вода отсутствует или ее мало.

Все машины снабжены органом включения 11. У точечных и шов

ных машин это ножная педаль с контактами, у стыковых - это комплект кнопок. С органов управления поступают команды на сжатие электродов или зажатие деталей, на включение и отключение сварочного тока, на вращение роликов, на включение регулятора цикла сварки. Эти команды отрабатываются соответствующими блоками машины, обеспечивая выполнение операций цикла сварки.

Кроме универсальных применяются специальные машины, приспособленные для сварки конкретных конструкций и типоразмеров изделий. Примером могут служить машины для контактной точечной сварки кузовов автомобилей, встроенные в автоматические линии, машины для стыковой сварки оплавлением продольных швов труб в прокатном производстве.


 

ТЕХНОЛОГИЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

 

Подготовка деталей к сварке и сборка При подготовке поверхностей к контактной сварке должны выполняться три основных требования: в контактах электрод - деталь должно быть обеспечено как можно меньшее электрическое сопротивление (Я> min), в контакте деталь - деталь сопротивление должно быть одинаковым по всей площади контакта. Сопрягаемые поверхности деталей должны быть ровными, плоскости их стыка при сварке должны совпадать.

Выбор конкретного способа подготовки поверхностей определяется материалом деталей, исходным состоянием их поверхностей, характером производства. Для штучного и мелкосерийного производства необходимо предусмотреть операции правки, рихтовки, обезжиривания, травления или зачистки, механической обработки. В условиях крупносерийного и массового производства, где обеспечивается высокое качество исходных материалов в заготовительном и штампопрессовом производствах, подготовку поверхностей перед сваркой можно не делать. Исключение составляют детали из алюминиевых сплавов, требующих обработки поверхности не ранее чем за 10 ч до сварки.

Критерием качества подготовки поверхности является величина контактных сопротивлений Лэ_д и Яд.л. Для их измерения детали зажимают между электродами сварочной машины, но сварочный ток не включают. Сопротивление измеряют микроомметром при помощи щупов. Для сталей сопротивление более 200 мкОм свидетельствует о плохом качестве поверхности. Высокое R3.n приводит к перегреву электродов и подплавлению поверхности деталей, вследствие чего происходит наружный и внутренний выплеск металла и образуется чрезмерная вмятина под электродами.

Чтобы обеспечить точность, сборку деталей производят в приспособлениях: универсальных - в единичном и мелкосерийном производстве и специальных - в крупносерийном и массовом. Для фиксации деталей используют их технологические отверстия, выступы, рельефы. Детали прихватывают в приспособлениях и окончательно сваривают в свободном состоянии. Иногда в приспособлениях выполняют весь процесс сварки. Приспособления должны обеспечивать свободный доступ электродов к месту прихватки и сварки, быстрое и надежное закрепление деталей, точность сборки и неизменность режима сварки. Первые прихватки следует располагать в местах большой жесткости, остальные - от середины к краям.

Режимы сварки Основные параметры режима всех способов контактной сварки это сила сварочного тока, длительность его импульса и усилие сжатия деталей. Теплота в свариваемом металле выделяется при прохождении через него импульса тока /св длительностью т в соответствие с законом Джоуля - Ленца:

где за RCB принимают сопротивление столбика металла между электродами. При расчете сварочного тока, времени импульса, сварочного трансформатора RCB - исходный параметр, так как его легко рассчитать, зная материал детали, ее толщину и требуемую температуру сварки. При этом сопротивлениями в контактах между деталями и между электродами и деталями пренебрегают.

Согласно закону Джоуля - Ленца увеличение RCB должно увеличивать количество выделяющейся теплоты. Но по закону Ома

/св = U2/Z,

где Ui - напряжение на вторичном контуре сварочной машины, a Z полное сопротивление вторичного контура, в которое входит RCB. Поэтому при увеличении RCB уменьшится /св, а он входит в закон Джоуля - Ленца в квадрате. Следовательно, увеличение RCB не всегда увеличивает количество выделяющейся при сварке теплоты, многое зависит от соотношения RCB и полного сопротивления вторичного контура сварочной машины. Отсюда следуют несколько практических выводов. С ростом общего сопротивления вторичного контура от 50 до 500 мкОм тепловыделение в зоне сварки уменьшается по мере падения RCB примерно в 10 раз. Недостаток тепла компенсируется увеличением мощности (./2) или времени сварки. Сварка на контактных машинах с малым сопротивлением вторичного контура (= 50 мкОм) сопровождается интенсивным ростом нагрева по мере падения RCB в процессе увеличения сварного ядра. При достижении равенства RCB = Z нагрев достигает максимума, а затем, по мере еще большего снижения RCB (по достижении требуемого размера ядра), уменьшается. Таким образом, сварка на контактных машинах с малым сопротивлением вторичного контура (а их большинство) сопровождается нестационарным нагревом и нестабильным качеством соединений. Уменьшить этот недостаток можно надежным сжатием зачищенных деталей, обеспечивающим поддержание RCB на минимальном уровне, либо поддерживая высокий уровень RCB за счет слабого сжатия деталей и разделения импульса сварочного тока на несколько коротких импульсов. Последнее еще и экономит энергию и обеспечивает прецизионное соединение с остаточной деформацией 2...5 %.

При сварке на машинах с большим сопротивлением вторичного контура (> 500 мкОм) снижение RCB в процессе сварки практически не влияет на выделение теплоты, нагрев остается стационарным, что характерно для сварки на подвесных машинах с длинным кабелем во вторичном контуре. Сваренные на них соединения обладают более стабильным качеством.

Закон Джоуля - Ленца графически изображается гиперболой. Если учесть допустимый по ГОСТ 15878-74 уровень проплавления в пределах 0,2...0,8 от толщины детали, то весь диапазон режимов сварки можно изобразить двумя гиперболами: верхней, ограничивающей проплавление на уровне 0,8, и нижней - 0,2 толщины детали (рис. 147). Из графика видно, что в процессе контактной сварки в зависимости от выбранных режимов можно попасть в одну из трех характерных областей: полного непровара, провара П, в которой глубина проплавления может находиться в пределах 20...80 % толщины детали, и область сварки с выплесками Вп. В области можно выделить три зоны режимов. Зона ЛВС характерна большим сварочным током и малым временем его протекания. Такие режимы называют жесткими. Здесь на глубину проплавления влияет практически только время сварки. Увеличение силы тока более чем на 20 % от точкиВ ведет к бесполезной затрате энергии и не в состоянии увеличить провар. Эта зона составляет 20 % от общей области сварки с проваром. BCDE - зона оптимальных (средних) режимов, при которых на глубину проплавления влияет изменение как силы тока, так и времени сварки. В зоне DEF, составляющей 20 % от области сварки с проваром, относительно малый ток и большое время импульса. Такие режимы называют мягкими. Глубину проплавления можно регулировать здесь только за счет изменения силы тока в очень узком диапазоне его значений. Повышение времени сварки в этой зоне не увеличивает проплавление и размеры ядра точки, но может перегреть металл ядра. Точки / и 2 показывают минимально и максимально допустимое время сварки данных толщин данных материалов, при которых еще можно получить минимально допустимое проплавление на максимальном и минимальном токах, соответствующих точкам 3 и 4. Для стали 10 при толщине 1 + 1 мм tmin = 0,016 с при /тах = 12 кА и ттах = 0,88 с при /min = 5 кА. Таким образом, перепад во времени может быть в пределах порядка, а по силе тока - всего в 2,5 раза. Расход электроэнергии при сварке на жестких режимах оказывается в 10 раз меньше, чем при сварке на мягких режимах, при этом стойкость электродов повышается в 3...5 раз.

Силу сварочного тока /св, длительность импульса т и усилие Р сжатия деталей при точечной сварке выбирают в зависимости от толщины свариваемой детали 5. При жестких режимах /св = 10 0005, т = 0,085, Р = 2505. При мягких режимах /св = 60005, т = 0,25, Р = 1005. Чаще применяют промежуточные значения параметров. При последовательной сварке нескольких точек надо увеличивать силу тока с учетом его шунтирования - утечки через ранее сваренные точки. При шовной сварке силу тока выбирают на 20...30 % больше, чем при точечной. Длительность паузы между импульсами тока должна быть равна длительности импульса в пределах 0,04...0,06 S. Это обеспечивает перекрытие сварных точек в шве на 50 %. Усилие сжатия принимают Р = 3005. Скорость сварки обычно устанавливают 0,5...6,0 м/мин.

При контактной стыковой сварке оплавлением к параметрам режима относят напряжение холостого хода U2 сварочного трансформатора, плотность тока у, скорость осадки Уос, величину оплавления /оп, величину осадки /ос и вылет / каждой свариваемой детали из электродов - губок (расстояние от торца детали до электрода, в котором эта деталь зажата). Вылеты деталей могут быть одинаковыми, если детали имеют одинаковое сечение и выполнены из одного материала. Если свариваются детали разных сечений или из разнородных металлов, то уменьшают вылет детали, нСогласно закону Джоуля - Ленца увеличение RCB должно увеличивать количество выделяющейся теплоты. Но по закону Омаагрев которой должен быть меньше. Если мощность машины недостаточна, стыковую сварку оплавлением ведут несколькими короткими импульсами или предварительно подогревают детали. При стыковой сварке сопротивлением вместо скоростей оплавления и осадки принимают величину осадки обеих деталей и усилие осадки.


 

Контроль качества сварных соединений Качество сварных соединений, выполненных контактной сваркой, определяется подготовкой поверхностей к сварке, а также правильным выбором параметров режима и их стабильностью. Основной показатель качества точечной и шовной сварки - это размеры ядра сварной точки. Для всех материалов диаметр ядра должен быть равен трем толщинам S более тонкого свариваемого листа. Допускается разброс значений глубины проплавления в пределах 20...80 % S. За меньшим из этих пределов следует непровар, за большим - выплеск. Глубина вмятины от электрода не должна превышать 0,2 S. Размер нахлестки в точечных и шовных соединениях должен выбираться в пределах 2,5...5,0 диаметров ядра. Основные дефекты сварных соединений при точечной и шовной сварке - это непровар, заниженный размер литого ядра, трещины, рыхлоты и усадочные раковины в литом ядре и выплеск, который может быть наружным, из-под контакта электрод - деталь, и внутренним, из-под контакта между деталями. Причины этих дефектов - недостаточный или избыточный нагрев зоны сварки из-за плохой подготовки поверхностей и плохой сборки деталей или из-за неправильно выбранных параметров режима сварки. При стыковой сварке по тем же причинам могут возникать непровары. Перегрев зоны сварки может вызвать структурные изменения (укрупнение зерна) и обезуглераживание сталей. Это ухудшает механические свойства соединений. Контролируют качество контактной сварки чаще всего внешним осмотром, а также любыми методами неразрsystem-pagebreakppушающего кstrong 0онтроля. Сложность контроля состоит в том, что этими методами непровар не выявляется, так как поверхности деталей плотно прижаты друг к другу, в их контакте образуется "склейка", проникающие излучения, магнитное поле и ультразвук не отражаются и не ослабляются. Наиболее оперативный метод контроля - разрушение контрольных образцов в тисках молотком и зубилом. Если непровара нет, разрушение происходит по целому металлу одной из деталей, можно измерить диаметр литого ядра при точечной и шовной сварке.

Нужно контролировать стабильность параметров режима сварки. Перспективны активные способы контроля, когда сигнал об особенностях формирования сварного соединения (например, о тепловом расширении металла при образовании литого ядра) автоматически сравнивается с заданным уровнем и при отклонениях специальные устройства корректируют параметры режима.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Контактная сварка осуществляется без расплавления и с расплавлением металла. В первом .случае соединение происходит при деформации металла G созданием физического контакта между частицами соединяемых поверхностей и структурной их подстройкой, во втором возможно перемешивание расплава в замкнутом объеме (точечная сварка) или частичное его вытеснение (стыковая сварка оплавлением) с последующей кристаллизацией расплава и пластической деформацией. Большие скорости нагрева, пластической деформации и охлаждения существенно влияют на структуру металла соединения и на свариваемость.

Под свариваемостью понимают свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварное соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией соединения.

Контактной сваркой обычно соединяют металлы и их сплавы. В металлах преобладает металлическая связь между атомами, при которой валентные электроны заполняют, как газ, весь объем между ионами, а ионы расположены на расстояниях, близких к 0,05 мкм. Для соединения необходимо сближение поверхностных частиц на эти расстояния и взаимодействие между ними как в целом металле.

Формирование соединения без расплавления металла

Реальные поверхности волнисты и шероховаты (рис. 11). В сечении они контактируют по отдельным площадкам, не превышающим 1% поверхности. Металлы при комнатной температуре на воздухе покрыты пленками окислов, жиров и адсорбированных (поглощенных) газов. Толщина пленок может меняться от 0,05 мкм до 1 мм и более. Такое состояние поверхностей препятствует взаимодействию металлов. Для взаимодействия неровности обеих поверхностей совместно деформируют, что сопровождается Рис Щ Схема контактирования поверх- дроблением окисных пленок и разрушением адсорбированных слоев. Образование соединения завершается обобществлением валентных электронов, поверхностным и объемным перемещением ионов и их подстройкой.

При деформации шероховатость и волнистость уменьшается, а площадь контакта увеличивается. Если материал недостаточно пластичен, то после снятия давления*" упругие силы восстанавливают волнистость, разрушая образовавшуюся связь.

Нагрев деталей из алюминия до 400° С, повышая пластичность металлами ускоряя диффузию, обеспечивает межатомное взаимодействие при меньшей степени деформации

Течение металла в схеме объемно напряженного всестороннего сжатия (а) и при свободной осадке (8%), чем, при холодной сварке повышение температуры нагрева в вакууме стали от 1150 до 1250° С также снижает требуемое давление сжатия от 2 до 1 кгс/мм2. При нагреве, выгорают жировые пленки, а некоторые окислы (например, у титана) растворяются в металле, усиливаются диффузионные процессы, ускоряется зарастай пор в контакте и ускоряется образование общих зерен.

Нагрев на воздухе сопровождается интенсивным окислением большинства металлов с образованием толстых окисных пленок, препятствующих атомному взаимодействию. Металлы, на поверхности которых образуются такие пленки, сваривают в условиях, исключающих интенсивное окисление (защитные среды и др.) или облегчающих удаление пленок окислов и адсорбированных газов.

Защитными средами служат вакуум, нейтральные (аргон, гелий) или активные (азот) газы, а также газы-восстановители.

При длительном нагреве  возможно снижение температуры и давления. Одинаковая прочность соединения большинства металлов достигается как при пониженном давлении и средней температуре (0,7 — 0,8) с длительным нагревом, так и при повышенном давлении с кратковременным нагревом до высокой температуры (0,8—1) ТШ1. Повышение давления от 0,5 до 1 и 2 кгс/мм2 при нагреве чистого железа до 1100° С уменьшает длительность сварки от 420 до 90 и 15 с соответственно. Снятие давления до окончания формирования соединения ухудшает его качество. Длительность нагрева особенно важна при малом давлении, когда заполнение неровностей" между поверхностями с образованием общих зерен в большой мере зависит от диффузии частиц. Длительный нагрев при повышенных температурах с ростом зерен и окислением или оплавлением их границ часто ухудшает качество соединений.?

Требуемая при стыковой сварке деформация часто оценивается отношением конечной площади соединения FE к исходному сечению F0

Деформация обычно неравномерна по сечению и может изменяться в зависимости от схемы ее осуществления (рис. Ь2).

Повышение класса шероховатости поверхностей и уменьшение окисления облегчают формирование соединения и снижают требуемую степень деформации К. Зачистка поверхностей целесообразна непосредственно перед сваркой. Высокая прочность на разрыв еще недостаточна для оценки качества, так как она достигается при низкой пластичности.

Давление, обеспечивающее требуемую деформацию, зависит от распределения температур в зоне сварки, скорости деформации ид и ее схемы. При медленном росте давления влияние скорости деформации невелико.

Чем чище и ровнее поверхности, тем быстрее устраняются поры и тем меньше влияние диффузии на формирование соединения.

Формирование соединения при наличии расплава

Тонкий и равномерный слой расплава при стыковой сварке оплавлением п. расплавленное ядро заданных размеров при точечной и шовной сварке необходимы для качественного соединения большинства металлов.


 

При стыковой сварке расплав торцов взаимодействует в образующейся парогазовой средой и может кристаллизоваться до начала осадки. Его температура на участках кратковременно горящей дуги достигает 5000—6000° С, а. на участках кристаллизации, расплава - 1300—1400° С. При неинтенсивном оплавлении и плохом прогреве всегда возможны участки, где расплав кристаллизуется и окисляется, что ухудшает качество. Степень окисления торцов с повышением температуры перегрева расплава из-за испарения металла и окислов уменьшается. Температура кристаллизации окисных пленок при увеличении в расплаве хрома (Ti, А1 и др.) повышается, а при повышении содержания никеля (Мп, Мо и др.) — понижается (рис. 13). Поэтому стали с повышенным содержанием хрома перегревают в стыке при оплавлении более сильно, чем стали о марганцем или никелем.

При деформации расплав, растекаясь, смачивает поверхности, растворяет примеси и, заполняя неровности, может взаимодействовать с образовавшимися ранее на закристаллизовавшемся металле окислами или деформироваться с формированием связей или при их отсутствии. Чистые" поверхности расплава взаимодействуют с образованием общей жидкой прослойки. Из-за больших скоростей деформации? Расплав, заполнивший неровности, деформируется пластически без существенного выдавливания, хотя и течет к наружной поверхности стыка направленно.

После осадки рекристаллизация наклепанного металла и формирование общих зерен продолжаются. Образование общих зерен в зоне контакта и зарастание пор связано g температурой и длительностью, а также со строением и свойствами металла и окисных пленок. Твердые пленки при деформации могут внедряться в металл и участвовать в формировании связей (алюминий и его сплавы).

Если твердость окисла мала, а температура его плавления выше температуры соединяемого металла, то разрушение пленок затруднено

и их влияние может быть ослаблено только при больших степенях деформации и малых ее скоростях.

Тугоплавкие окисные пленки легче разрушаются при больших скоростях деформации и наличии расплава. Некоторые окислы могут растворяться в жидком твердом металле или взаимодействовать с элементами (например, G углеродом), дающими газообразные продукты соединения (СО, С02).

Образующийся в точке расплав с температурой (1,1—1,15)  перемешивается электромагнитными силами, создаваемыми сварочным током, и граница раздела между деталями исчезает. Пластическая деформация от усилия сжатия и в результате увеличения объема расплава сопровождается течением металла в зазор между деталями. Выдавливаемый поясок металла, равный или превышающий вмятину от электрода, надежно защищает расплав от воздуха. За пояском при деформации между деталями образуется зазор. При плавлении объем металла увеличивается скачкообразно, причем преимущественно по оси электродов (радиальному увеличению препятствуют поясок и соседние более холодные слои металла). В зависимости от степени деформации и температуры металла это увеличение достигает (0,07—0,1) 6.

При точечной сварке- ядро кристаллизуется в момент резкого спада тока или несколько позднее, если спад медленный. Большие скорости охлаждения из-за теплоотвода в голодные слои металла и электроды тормозят объемную диффузию и создают условия для образования особых структур с неравномерным химическим составом металла. Образующиеся вытянутые кристаллы (дендриты) при кристаллизации растут в направлении максимального теплоотвода. Структуру металла соединения и его свойства регулируют скоростями нагрева и охлаждения, а также скоростью и степенью пластической деформации.?

Взаимосвязь температуры, давления и длительность их действия

Температура сварки Г0 характеризует подвижность частиц и, как следствие, способность к пластической деформации и диффузии, а давление рс, величину К и скорость деформации неровностей и, как следствие, длительность сварки

Уменьшение неровностей, очистка поверхностей и предупреждение их окисления снижают требуемые р0 и Тс. Поэтому в защитных средах металлы с расплавлением и без него сваривают при меньших давлениях и деформациях, чем на воздухе.

Минимально допустимая Тс зависит от величины упругих сил, разрушающих соединение после снятия"нагрузки, а максимальная определяется пережогом, оплавлением границ зерен и насыщением газами. Повышение, усиливая деформацию металла и ускоряя формирование связей, уменьшает. При малых увеличение настолько велико, что сварка некоторых металлов невозможна.

На t влияет пластичность соединяемых материалов и соотношение между выбранным давлением и пределом текучести металла при данных скоростях деформации степенях деформации и схемах деформации.

При больших 0Д и К J характерных для контактной сварки, ат может повышаться в несколько раз. Преждевременное снятие р0 ' при точечной сварке сопровождается образованием пор, а при стыковой сварке — надрывами. Поэтому снимают после завершения кристаллизации расплава и охлаждения до температур, при которых упругие напряжения не в состоянии разрушить соединение. Термодеформационный цикл, описываемый совмещенными во времени графиками tc и рс, существенно влияет на формирование и структуру соединения и выбирается с учетом материала и вида сварки.

На рисунке помимо влияют дополнительные усилия, затрачиваемые на деформацию деталей при их плохой сборке или на деформацию колец при осадке.

Электрическое сопротивление

Сопротивление между электродами, зависящее от 2?д, /?к, /?эд, понижается в увеличением.

Сопротивление деталей 7?л определяется длиной средней линии тока /т в детали, площадью F участка, проводящего ток, и средним удельным сопротивлением рт в заданном диапазоне температур.

Из-за растекания тока в деталях (см. рис. 1) сопротивление при точечной сварке меньше сопротивления цилиндрического столбика

металла высотой 26 I диаметром контакта с деталью dK. При характерном для точечной сварки отношении » 3 и 5 уменьшение составляет

соответственно 0,82 и 0*84. По мере нагрева в соответствии с изменениями р и dK в начале увеличивается, а затем с резким увеличением снижается.

При рельефной сварке Rn определяется формой рельефа и его предварительной деформацией, а при шовной также шунтированием тока ранёе сваренными точками. При стыковой сварке определяется меняющимся положением токопроводящих участков между деталью и электродом.


 

Изменение сопротивлений при точечной сварке низкоуглеродистой стали при разных давлениях.

Его рассчитывают усредненно, предполагая,' что ток подводится на одной трети поверхности электродов со стороны стыка.

При точечной сварке суммарное сопротивление несколько возрастает, а затем резко снижается (рис. 14), что снижает RQQ. За цикл сварки легированных сталей снижается с 300—500 до 100—150 мкОм-, а у сплавов алюминия" с 50—100 до 10—12 мкОм.

Сопротивление RdQ в начале нагрева велико из-за малой площади фактического контакта. У холодных пластин толщиной б IS'-'j + 3 мм сжатых с Рс §§ 200 кгс после шлифования Яээ « 100, после травления 200—300 мкОм, после обработки резцом 1200 мкОм, а при наличии окалины и ржавчины .80 000 мкОм.4 Увеличение Рс с 10 до 200 и 600 кгс снижает Кэо с 600 до 100 и 15 мкОм.

Колебания нарушают стабильность нагрева и препятствуют качественному соединению деталей. Поэтому контактные поверхности деталей обычно очищают от окислов, ржавчины и грязи. Сопротивление в начале нагрева у электродов со сферой выше, чем при плоской поверхности, а к концу сварки оно выравнивается.

С увеличением тока, и  сопротивление уменьшается. Жесткость режима, несмотря на изменение площади контактов, мало влияет на конечные значения.

Приближенно считают,» что RDN Ш 0,5 /?ээ, хотя в конце сварки RK -^ 0 и R0d ~ Rn. Сопротивление /?ээ у стали~08КП при нагреве меняется мало, а у стали Х18Н9Т оно заметно снижается. Это обусловлено более резким увеличением р стали 08КП при нагреве.

При стыковои сварке ток растекается в деталях неравномерно (рис. 15„ а); Нагрев сопротивлением сопровождается вначале уменьшением /?ээ, а затем - из-за нагрева деталей и увеличения 2/?д резким повышением /?0Э, хотя при этом RK снижается (рис. 15, Б).

При сварке оплавлением, несмотря на рост 2/?д, сопротивление R^ снижается (рис. 15, в), что обусловлено снижением RK (при оплавлении). Это снижение зависит от напряжения Щ сечения деталей F и скорости оплавления. Сопротивление складывается из сопротивлений единичных контактов-перемычек, у которых вначале сопротивление из-за роста контакта уменьшается, а затем повышается. Образующаяся расплавленная перемычка сжимается собственным магнитным полем и взрывается из-за ее перегрева токами большой плотности сразу или частично с поверхности. При взрыве часть металла взрывообразно выбрасывается в виде пара и капель, а часть остается на торцах. Ионизированные пары металла с температурой 4000-—5000° С' и капли создают благоприятные условия для кратковременного дугового разряда. Разряд быстро затухает и сопротивление увеличивается.

В реальном процессе без разрыва вторичного контура дуга при напряжениях 5—10 В не возбуждается. Полное разрушение контактов типично для оплавления цветных металлов или сравнительно тонких деталей из стали при большом запасе электрической мощности. Среднее давление между торцами близко к 0,15 гс/см2.

Размеры контактов-перемычек с увеличением толщины деталей при ограниченной мощности W источника увеличиваются, однако в этом случае с увеличением. перемычки выплавляются частично с поверхности, где плотность тока выше. Этому способствует вытеснение переменного тока к поверхности (поверхностный эффект) и искривление линий тока около перемычки.

Оплавление на предельной мощности неустойчиво и часто прекращается из-за закорачивания торцов. Для устранения этого на основное перемещение накладывают колебания деталей с частотой 1CL—30 Гц и амплитудой 0,25—1,0 мм. Это уменьшает размеры взрывающихся участков перемычек,, выравнивает торцы и позволяет нагревать детали при меньших припусках на оплавление?

I и меньшей мощности. Одновременно вибрация облегчает возбуждение оплавления при холодных торцах. Единичные процессы, в зависимости  от особенностей оплавления и нагрева деталей, протекают с частотой 50—500 Гц. Накопленная в трансформаторе электромагнитная энергия и часть поступающей из сети энергии при горении дуги после взрыва перемычки выделяется на торцах, перегревая расплав и улучшая условия формирования соединений. Форма перемычек и их разрушение при нагреве переменным током определяются мало меняющимися поверхностным натяжением а и меняющимися электромагнитными силами сжатия и растяжения средней части перемычки. С повышением температуры и накоплением слоя расплава на торцах перемычки нагреваются быстрее, вследствие чего для непрерывности взрывов и увеличения их количества |||| увеличивается.

Особенности нагрева

Нагрев металла = контактной сварке зависит от свойств металла, тока /с и усилия РСУ которые существенно влияют на количество, размеры и скорость исчезновения микроконтактов. В начале нагрева, когда их площадь мала, ток ограничен сопротивлением RK, значительно превышающим.

Усилие сжатия РСГ влияя на /?к, .резко меняет распределение температур в деталях. Так, при стыковой сварке сопротивлением с плотностью тока / — 60 А/мма и малым РС стык при узкой зоне нагрева расплавляется, С повышением Рс сопротивление RK резко уменьшается, а зона нагрева расширяется. Если Рс велико, то температура в стыке будет ниже той, которая требуется для сварки.

При точечной сварке местный нагрев металла до температуры плавления  достигается за счет сопротивления RH и большой плотности тока, причем начальная неравномерность нагрева (7\) сохраняется до конца процесса (Т2) (рис. 16).


 

Структура сварного соединения при точечной сварке в начале и конце нагрева.

 

Структура металла соединения, определяемая его исходной структурой и термодеформационным циклом, изменяется в зависимости от температуры и условий деформации. Около стыка (при стыковой сварке) или ядра (при точечной сварке) расположена зона перёгрева, нормализации и неполных структурных превращений. В зонах перегрева из-за окисления, роста зерен, перераспределения неметаллических включений или появления карбидной сетки и других хрупких фаз возможно резкое снижение пластичности.

Большие скорости нагрева и охлаждения, а также значительная скорость и величина деформации; приводят к существенному повышению твердости и прочности металла соединений.

Наряду с резким повышением твердости у закаливающихся сталей на периферии сварной точки (рис. 17) возможно ее понижение в зоне отпуска холоднокатаной стали. Соединения \ с высокой твердостью и неблагоприятной структурой подвергают термообработке. Местная термообработка участка сварки может осуществляться непосредственно в сварочной машине.

Совмещение термообработки 6 пластической деформацией ускоряет фазовые превращения и повышает пластичность без существенного снижения прочности. Это обусловлено реальной структурой металлов, искажения решеток в котором (точечные  дефекты, дислокации и др.) снижают его техническую прочность в сотни раз по сравнению с теоретической. Термопластическая обработка обеспечивает более благоприятное расположение несовершенств в кристаллах.

В некоторых случаях термообработкой не удается полностью восстановить свойства металла, испорченного при нагреве под сварку.

Контрольные вопросы

Как образуется соединение о расплавлением и без расплавления металла?

Как изменяются составляющие общего сопротивления при стыковой, точечной и шовной сварке?

Как нагревается и деформируется металл при стыковой, точечной, шов- вой, рельефной и шовно-стыковой сварке?

ОБЩИЕ УЗЛЫ КОНТАКТНЫХ МАШИН

Контактные машины имеют преобразователи (трансформатор или выпрямитель), включаемые в сеть или соединяемые с накопителями энергии, контактор или прерыватель, включающий силовую электрическую часть машины, переключатель ступеней, регулирующий напряжение изменением числа витков первичной обмотки, сварочный?

контур и электроды, подводящие к деталям ток, привод электродов, перемещающий их по определенной программе, и аппаратуру управления, определяющую последовательность работы всех узлов машины.

Преобразователи тока и накопители энергии

Простейшим преобразователем тока является трансформатор, имеющий магнитопровод (сердечник) 1 (рис. 18), первичную 2 и вторичную 3 обмотки, а также другие детали. Наиболее распространены броневые сердечники, на центральном спаренном стержне двух рамок *(рис. 18, а) которых расположены первичная и вторичная обмотки.

Трансформатор броневого (а) и кольцевого типа (г, д), а также первичная обмотка стержневого (б) и сечение, обмоток

броневого трансформатора (в):

1 — магнитопровод, 2, 3 — первичная и вторичная обмотки, 4 — выводы, 6 — трубка охлаждения, 6 — плита, 7 — рамка, 8 — болт, 9 — электроды

Сердечник для уменьшения потерь набирается из Я или Ш образных пластин электротехнической стали толщиной 0,5 мм с перекрытием - зазоров и изоляцией друг от друга лаком. Набор пластин стягивается изолированными болтами 8. Также применяют сердечники из намотанной ленточной стали Э-320 и Э-330 со спекаемым изоляционным покрытием.

Первичная обмотка трансформаторов подключается к сети. Она может иметь однорядные цилиндрические (рис. 18, б) или многорядные дисковые (рис. 18, в) катушки. Последние для уменьшения рассеяния магнитного потока помещают между медными секциями вторичного витка 3, охлаждаемого водой через припаянные трубки 5 и сваренного с контактными плитами 6.

Дисковые катушки наматывают из медной или алюминиевой, покрытой изоляцией, прямоугольной полосы с прокладыванием тонкого прессшпана. Катушки обматывают киперной или эскапоновой лентой, пропитывают лаком и изолируют от сердечника и вторичной обмотки гетинаксом или прессшпаном.

В контурных трансформаторах (рис. 18, г, д) магнитопровод 1 в виде кольца (для труб) или прямоугольной рамки (для полос) имеет размещенные поочередно первичные ~2 и вторичные 3 обмотки. Последние соединены с электродами, контактирующими с деталью по всему ее периметру. Это резко уменьшает сварочный контур и потребляемую мощность. .Машины для сварки широких полое имеют два—четыре параллельно работающих трансформатора.

Трансформатор включается "кратковременно через небольшие промежутки времени. Его мощность № определяется допустимым перегревом с учетом охлаждения во время пауз между сварками. Режим повторного вкдюиения учитывается коэффициентом повторного включения ПВ, представляющим отношение общей длительности протекания тока tc к сумме t0 u пауз ta:

Трансформатор характеризуется номинальной мощностью WH при заданном коэффициенте ПВ или номинальным сварочным током /2н к А и напряжением холостого хода U2 о в вольтах (при отсутствии нагрузки).

Ток машины /2н достигается при нормальном, указанном в паспорте напряжении сети, заданном коэффициенте ПВ%, номинальной ступени регулирования мощности WB (обычно предпоследней), определенном сварочном контуре и системе охлаждения, а также при предусмотренных паспортом сечениях свариваемых деталей.

При недостаточном охлаждении возможен перегрев обмоток трансформатора, а при чрезмерном— конденсация влаги, ухудшение изоляции и пробой. Поэтому расход воды должен согласовываться с тепловой нагрузкой трансформатора. Допустимая эквивалентная плотность тока при естественном охлаждении вторичного витка составляет 1,5—1,7 А/мм2, а при водяном — 5 А/мм2. В первичной обмотке I = 3 А/мм2. При работе без охлаждения коэффициент ПВ на номинальной ступени или ток уменьшают примерно в 2 раза. На первых ступенях допустимо увеличение ПВ% в 1,3—1,5 раза. Трансформатор кратковременно может дать ток / больший 12н. Чем больше коэффициент ПВ, тем больший кратковременный ток. допускается исходя из условий нагрева изоляции. Кратковременный режим — номинальный, режим, при котором в период нагрузки температура трансформатора не успевает достигнуть установившегося значения, а в отсутствие нагрузки снижается до температуры холодного состояния. ' Длительный режим при одном и том же напряжении без пауз на охлаждение требует мощность

Однофазное импульсное включение трансформатора низким cos ф нагружает сеть неравномерно и ухудшает работу других потребителей энергии. Cos повышают введением емкости или дополнительного переменного сопротивления, компенсирующего индуктивность.

Мощность однофазных точечных и шовных машин не превышает 300—400, рельефных 1000, а стыковых 6000 кВ А..

При использовании напряжения частотой 200—400|Гц габариты трансформаторов уменьшают, однако при этом повышается индуктивное сопротивление и снижается cos ф. \

Более совершенен трехфазный выпрямитель, равномерно загружающий фазы и выпрямляющий ток во вторичном контуре. Первичные обмотки трансформатора ТС соединены по схеме треугольник, а вторичные — по схеме звезда. Управляющие вентили ВУ (рис. 19) включаются поочередно и подают полуволны линейных напряжений на свои фазные обмотки трехфазного понижающего трансформатора.

Импульсы этого тока получают, подавая в первичную цепь полуволны трехфазного напряжения одной полярности. Большая индуктивность контура сглаживает пульсации выпрямленного тока. Длительность нарастания тока близка, к 0,12—0,14 с. Нагрузочные сопротивления R, включенные параллельно первичным обмоткам, улучшают работу вентилей. Форма импульса тока меняется в зависимости от длительности паузы между включениями и угла включения тиристоров. Импульсы тока всегда имеют одну полярность и практически не ограничены по длительности. Величина тока регулируется изменением угла включения тиристоров. Такой преобразователь снижает потребляемую мощность, позволяет регулировать форму и длительность импульса тока. Он может использоваться для многоимпульсного включения тока.

При одинаковых условиях сварки машина g выпрямленным током потребляет 480 кВ • А, а однофазная машина Щ 2750 кВ  А.

Электрическая схема конденсаторной машины (а) и графики токов /<• при больших и малых напряжениях зарядки (б), коэффициентах трансформации п (в), индуктивных X (г), активных R (д) и емкостных С (е) сопротивлениях:

В — выпрямитель, Яэр — зарядные сопротивления, С —рабочая емкость, ПР — переключатель разряда, Р — реле, ТС — трансформатор сварочный. С/о и Uк — напряжение в сети и на конденсаторе

В машинах также используются накопители энергии, которые длительно накапливают энергию в батареях конденсаторов через выпрямитель В (рис. 20) и большими порциями отдают ее через трансформатор ГС и в сварочный контур. Эта энергия, пропорциональная емкости конденсатора С и подведенному напряжению U, равна.

Первичная обмотка ТС включается через тиристор или переключатель ПР после сжатия деталей электродами. Перезарядка конденсаторов обратной полярностью предупреждается специальными схемами.

Энергию и форму кривой тока /с регулируют изменением С и U и коэффициента трансформации?

Индуктивное X и активное /? сопротивления обычно не регулируют. С увеличением С и U растет максимальный ток и увеличивается длительность полуволны разряда (рис., 20, е и б), а с повышением п (рис. 20, в), к (рис. 20, г) и Я (рис. 20,) ток "уменьшается, а его Длительность растет.

Длительность нарастания тока обычно' близка к 0,01—0,04 с, 8 ,0,2 с. В конденсаторных машинах колебания напряжения не влияют на стабильность сварочного тока с. Кратковременным разрядом без ТС сваривают мелкие детали.

В последнее время для повышения производительности в мощных машинах вновь применяют высоковольтные конденсаторы.

Переключатели ступеней

Напряжение U2а регулируют отключением части первичных витков трансформатора (рис. 21, а) или их включением на параллельную, последовательную или параллельно-последовательную работу (рис. 21, б). Часть витков' отключают в машинах малой мощности

Рис. 21. Схема переключателя с о тключением витков (а) и их параллельно-последовательным соединением (б), а также схема регулирования напряжения автотрансформатором (в)

(до 10 кВ • А). Так, при U20 = 1,83 В на первой ступени включена бее 120 витков, а при U20 = 3,66 В только 60(витки 10 + 20 + 10 + 20 не работают).

В более мощных машинах с диапазоном регулирования напряжения I : 2 витки не отключают. В таких схемах при 16 ступенях регулирования (рис. 21, Б) последовательное соединение ручками /, 2, % 4 катушек №1, 2, 3 и 4, имеющих 2x1+2x3 + 2x6 и 2x11

витков (<% = 42), позволяет получить напряжение 5,2 В (U1 = 220 В), -а при параллельном соединении 10,5 В (щ = 21). Промежуточные значения напряжения регулируют параллельным или последовательным соединением секций катушек. При диапазоне регулирования 1 : 3 (стыковые машины) в схему вводят «дополнительные витки» включаемые только на низких ступенях напряжения. Концы первичной об-

Ножевой (а) и барабанный (б) переключатели:

/ — контакт, 2, 4 — ручки, 3 — контактные пластины, б — барабан, 6 — медная панель, 7 —

ограничитель.


 

Для регулирования U20 подсоединяются к зажимам переключателей ступеней. Каждая катушка имеет выводы, подсоединяемые при последовательной работе катушек «начало»  «конец», а при параллельной «начало» + «начало». Переключатели ступеней подразделяются на штепсельные штыревые, пластинчатые, ножевые и барабанные.

Штепсельные штыревые переключатели обычно используют в машинах малой мощности с трансформаторами стержневого типа и цилиндрическими обмотками.

Пластинчатые переключатели применяются редко, главным образом тогда, когда нельзя применить барабанный переключатель. Ножевые переключатели применяют в машинах с первичным током до 250 А, а барабанные до 600 А. В ножевом переключателе (рис. 22, а) медный контакт /, закрепленный в текстолитовой ручке 2, соединяет изолированные друг от друга подпружиненные контактные пластины 3.

В барабанном переключателе (рис. 22, б) при повороте ручки 4 (между ограничителем 7) скользящие контакты 3 с помощью пружин прижимаются к медной панели 6 текстолитового барабана 5. Каждый барабан имеет два положения. Для получения 4, 8-и 16-й ступеней регулирования мощности необходимо соответственно 2, 3 и 4 барабана.

Напряжение иногда регулируют дистанционно автотрансформатором с высокой стороны питающего трансформатора.

Плавное изменение мощности (pтока) возможно т/p акже при фазовом регулировании напряжения в первичной сети сварочного трансформатора тиристорами.

Контакторы и прерыватели

Контактные машины включают и выключают с первичной стороны преобразователя (трансформатора). При этом возникает переходный процесс установления тока. Из-за индуктивного сопротивления трансформаторов в сварочной цепи установившийся ток /у первичной обмотки отстает от напряжения на угол (рис. 23, а). Если учесть момент включения углом а, то при а = ср (синхронное включение) ток, поступающий в трансформатор, сразу примет синусоидальное установившееся значение. При сО>ср и а<ф (асинхронное включение) пропускаемый ток представляет разность, или сумму токов: установившегося синусоидального /у и свободного /с, уменьшающегося по экспоненте. Включение при а >» ср мало сказывается на работе трансформатора.

Рис. 23. Мгновенные токи / и напряжения U при работе вентильного прерывателя на активно-индуктивную нагрузку при а=<р (а); а><р (б) и а<<р (в)

При разности /у — /с (рис. 23, б) амплитуда пропускаемого тока снижается и его действующее значение будет меньше, чем при синусоидальном токе. Для случая /у + /с характерна асимметрия тока в полупериодах (рис. 23, в), вызывающая рост намагничивающего потока и тока, который может значительно превышать ток нагрузки (перегрев трансформатора).

Контактные машины включают контакторами или прерывателями. Прерыватели включают ток синхронно (а = <р). Электромагнитный контактор типа К Л, включающий ток асинхронно без строгого дозирования энергии и чередования полярности, используется в некоторых старых точечных машинах малой мощности и в некоторых стыковых машинах. В этом контакторе при нажатии кнопки 1 (рис. 24, а) замыкается цепь катушки щ которая притягивает якорь контактора 2 (рис. 24, б), через контакты 4 которого подается напряжение сети к первичной обмотке трансформатора 5 (рис. 24, а), с переключателем ступеней 6. Такое включение нагружает трансформатор устанавливающимся током. Из-за образования дуги (при включении) также возможно изменение.

Контакторы игнитронные асинхронные типа КИА выключаются без дугообразования при спаде тока до нуля. Контактор КИА состоит из игнитронов И1 и И2, которые включены встречно-параллельно (анод с катодом и катод с анодом параллельно) и последовательно о первичной обмоткой трансформатора (рис. 25, а).

Поджигатели игнитронов включены через селеновые выпрямители В1-В4, плавкие предохранители UP: контакты гидрореле РГ и регулятор времени. Контакт РГ замыкается только при достаточной струе воды, протекающей через игнитроны.

Ток Ц (показан стрелкой) при замыкании реле Р и полярности, при которой на анод игнитрона И2 попадает положительный полупериод питающей сети (игнитрон будет пропускать ток),.потечет от первого подведенного провода Л/ через В4, контакты Р и РГ, предохранитель ПР, В1} поджигатель игнитрона И1 в направлении второго провода JJ2. Игнитрон загорится, и в первичной обмотке сварочного трансформатора потечет ток /с, который прекратится в конце полупериода. При изменении полярности тока игнитрон погаснет и ток потечет от JI2 через В2, ПР, РГ, Р, ВЗ в направлении J11, вследствие чего загорится игнитрон И2. Из-за больших потерь мощности в игнитронах и ограниченной длительности их работы игнитронные контакторы заменяют тиристорными.

В тиристорном контакте тиристор слоями представляет обычно кремниевый управляемый вентиль с тремя переходами.

При плюсе на аноде и минусе на катоде два крайних перехода - открыты (к слоям подведены положительные напряжения U), а средний р-п заперт. Ток в тиристоре при этом мал.

При некотором . предельном напряжении р-/г-переход пробивается и ток достигает предела, зависящего от приложенного U и R цепи. Падение U на тиристоре мало. При положительном, U на управляющем электроде, прилегающем к среднему переходу, U открытия снижается. С уменьшением нагрузки тиристор остается включенным до тока удерживания и выключается при снятии анодного (А Применяют чашечные и таблеточные тиристоры |(рис/ 26, в, г).

Тиристор с анодом 2 на основании и гибким катодом 1 имеет управляющий электрод 3. Элемент закрыт металлостеклянной крышкой и сварен с чашечкой, соединенной с выводом. Тиристор может включаться при подаче низкого* напряжения (0,5—1,5 В) и протекании небольшого тока 80—500 мА (у игнитрона 10—20 В). Он расходует небольшую мощность и постоянно готов к работе от —40 до +50° С. Мощные выключатели создаются на основе параллельного соединения' таблеточных тиристоров по специальным схемам.

При параллельной работе для выравнивания каждой пары тиристоров используют уравнительные реакторы о двумя витками, включаемые последовательно G тиристорами.

Рис. 26. Обозначение (а) и схема тиристора (б), а также разновидности тиристоров (в, г):

1 — анод, 2 — катод, 3 — управляемый электрод

Тиристоры чувствительны к пикам тока и напряжения, что требует соответствующей их защиты. Малые токи управления тиристорами позволяют существенно упростить схемы их включения в тиристорном асинхронном контакторе (см. рис. 25, б). Из-за появления постоянной составляющей /с тиристоры для работы в асинхронном режиме выбирают с большим запасом по току нагрузки.?

Серийные тиристорные контакторы типа КТ-1, КТ-02/КТ-03 и КТ-04 на тиристорах ТВ-200 с водяным охлаждением при длительности сварки /0 = 0,5 с и ПВ = 50 и 20% рассчитаны соответственно на 200 и 250, 800 и 850 А, 1300 и 1400 А, а при tc до 20 с на 700 и 750, 1200 и 1300 А соответственно. Ток импульса управления составляет 25, 0,4 и 0„4 А, а напряжение 15—30, 15—25 и 15—25 В.

Прерыватель имеет собственно контактор и систему управления. В простейшем прерывателе обеспечивается только фазовое регулирование, а тиристоры управляются- :щ1§Н по независимой схеме без тиратро-1 нов и цепей их обслуживания.

В блок-схеме прерывателя (рис. 27) блок пуска и выключения 1 имеет аппаратуру пуска и сигнализации, а также источники питания. Блок управления временем 2 имеет узел программирования времени 6 и узел синхронизации 7. В блоке управления током 3 имеется узел фазорегулирования узел автоматической стабилизации тока 9 и узел модулирования 10.

Взамен устаревших прерывателей ПИТ и ПИШ созданы универсальные прерыватели на тиристорах (ПСЛ-200, ПСЛ-700 и ПСЛ-1200) н игнитронах (ПСЛ-300, ПСЛ-600 и ПСЛ-2000). Для первых трех при ПВ-20% и 50% номинальный ток составляет 250 и 200 А, 1500 и 600 А, 1300—1200 А, а для вторых — 750 и 300 А, 750 и 700 А, 2000 и 800 А. Прерыватели стабилизируют ток с точностью 1—2% при изменении напряжения сети от 0,85 до 1,05 его номинала и дозируют длительностью tc от 1 до 20 периодов (0,02—0,2 с), длительность начального импульса от 0,02 до 2 с, обеспечивают модуляцию переднего фронта •от 0,03 до 0,3 с и регулирование фазы включения.


 

Сварочный контур состоит из электродов, устройств для их крепления (электрододержателей) и токоподводов — обычно медных проводников большого сечения, которые на изгибаемых участках или целиком набираются из медной фольги.

 

Блок-схема прерывателя тока для точечных и шовных однофазных машин:

Сопротивление контактов вторичного контура зависит от их состояния площади, качества и давления. Низкое сопротивление имеют шлифованные и посеребренные контакты. Лужение повышает его, хотя при длительной работе луженые контакты окисляются медленнее, чем медные.?

Размеры контуру и сопротивление его контактов и проводников определяют внешнюю (технологическую) характеристику машин (рис. 28) Или, иначе, зависимости сварочного тока от вторичного напряжения I2 — f(V2) на всех ступенях регулирования трансформатора. Эти зависимости определяют- включением трансформатора с разомкнутым сварочным контуром и при его замыкании медным проводником большого сечения. Для низкого напряжения) и проводниками более высокого сопротивления, чем медь (прямые I2Ri и I2R2). Для заданного тока и сопротивления Ri (требуемая мощность заштрихована) характеристики позволяют выбирать требуемую ступень напряжения холостого хода U2Y в рассматриваемом случае ступень о U для точки В).

Внешняя (технологическая) характеристика контактной машины

Внешняя характеристика позволяет оценить полезную и напрасно теряемую при сварке мощность. Полезная мощность определяется протекающим через детали током, их активным Rn и контактным RK сопротивлением. Она соответствует площади прямоугольника ЩА (рис. 28). Трансформатор обеспечивает мощность в соответствии с прямоугольником и при этом теряемая в контуре мощность будет соответствовать прямоугольнику U'$CBU%

При осадке (стыковая сварка) о нагрузкой I2R2 полезная и теряемая мощности соответствуют прямоугольникам U^DI^O и U§DEU& т. е. потери при осадке больше, чем при оплавлении. Потери растут е увеличением числа контактов и площади сварочного контура, при введении в него магнитных масс, а также при увеличении длины и уменьшении сечения токоподводов. Поверхностный эффект, неправильное заземление сварочного контура увеличивают эти потери. _ Для точечных и шовных машин целесообразны крутопддающие характеристики с примерно равной полезной и теряемой мощностью, а в стыковых — пологие характеристики, обеспечивающие большие токи, необходимые для нагрева и разрушения перемычек.


 

Электроды сжимают детали, перемещают их (шовная сварка), подводят ток и .отводят часть тепла. Электроды изнашиваются из-за нагрева (при плохом охлаждении) и пластической деформации тем интенсивнее, чем выше температура Тк в их контакте о деталью и давление рс.

При точечной сварке давление рс достирает 20—25 кгс/мм2, а темпе¬ратура Тк — 700—800° С. При шовной кварке Щ несколько выше, а при стыковой и рельефной значительно ниже.

По ГОСТу электрод из медно-кадмиевого сплава при твердости 95 кгс/мм2 и 80% электропроводности меди должен выдерживать до первой переточки 300 точек, а до износа 10 000 точек, сплав Бр.НБТ—5000 и 35 000 точек, а бронза Бр.Х —4000 и 2500 точек соответственно. Стойкость электродов из бронзы при сварке на мягком режиме (Гк = 670° С) значительно ниже, чем на жестком режиме (7К = 400°С). Стойкость соответственно равна 400 и 170 точек против 4Q00 и 2000.

При сварке легких сплавов материал детали налипает на электрод, а материал электрода — на деталь, вызывая потемнение ее поверхности и выход из строя электрода раньше потери им формы.

При выборе материала электродов учитывают важность для жаропрочных и жаростойких материалов, стойкость при высокой ТК к разупрочнению, для легких сплавов —электропроводность и стойкость к взаимному переносу, а для углеродных и низколегированных сталей — стойкость к разупрочнению и переносу.

Перегрев, подплавление, окисление, деформация при больших смещениях электродов при нагреве увиливают их износ.

Чистая медь электро- и теплопроводна, но нежаропрочна. Нагартованная медь из-за низкой температуры рекристаллизации также применяется редка. Чаще используют различные сплавы меди а добавками легирующих элементов (табл. 1). Легирование меди кадмием, хромом, бериллием, алюминием, цинком, цирконием и магнием, мало снижающими электропроводность, повышает ее твердооть в нагретом состоянии, а железо, никель и кремний вводят в медь / для упрочнения. Электропроводность вплавов оцениваетая в % пр сравнению б проводимостью чистой отожженной меди, имеющей 0,017241 Ом.

Электропроводными являются еплавы о кадмием (0,9—1,2%), магнием (0,1—0,9%) и с добавками бора (0,02%) или серебра (0,1%).4

Сплавы по сравнению с чистой медью в 3—б раз более стойки, а их расход в 6—8 раз меньше.

Электроды со вставками из Мо и W обеспечивают высокую стойкость при сварке оцинкованной стали. .

Электроды — плиты из сплавов в твердостью НВ 140—160 оснащаются вставками из металлокерамического «сплава (60% W и 40% Си) ИЛИ бронзы НБТ.

Электрод при точечной «варке имеет цилиндрическую форму диаметром D% которая во стороны крепления.

Длима конусной части должна быть не менее 1,25 D.

На электродах первого типа (см. рис. 29, а) сваривают черные и цветные металлы при прямом ходе машины; второго типа (см. рис. 29,6) — низкоуглеродистую и легированную сталь токами менее 16 кА; третьего типа (см. рис. 29, в) — детали в ограниченно доступных местах; четвертого типа (см. рис. 29, г) — стальные детали толще З мм; пятого типа низкоуглеродистую и легированную стали токами до 25 кА вблизи отбортовок; шестого типа см. рис. 29, в— детали в подвесных машинах с радиальным ходом и седьмого типа —

Электроды и арматуру. У фигурных электродов ось, проходящая через центр рабочей поверхности, смещена относительно оси конуса. В сложных конструкциях на таких электродах сваривается до 60% точек.

Обычно сваривают на электродах с плоской рабочей площадкой.

Электроды со вставкой из молибдена или вольфрама (рис. 29, ж), или спеченных сплавов впрессовываются, или спаиваются серебряными припоями. Предложены также латунные и стальные электроды с напрессованной (рис. 29, з) оболочкой из меди или медные электроды со стальной втулкой поджатой пружиной. Имеются электроды с наконечниками, закрепляемыми гайкой (рис. 29, «), или поворачивающиеся на сфере (рис. 29, к). При точечной сварке электрод 1 (рис. 29, о) закрепляется в электрододержателе 2 и охлаждается водой, поступающей через штуцер 5 по трубке 3 к корпусу электрододержателя и далее к штуцеру 6. Конец трубки ввернут в головку 4, соединенную резьбой с корпусом электрододержателя, который изготавливается из латуни и других медных сплавов.

При частой смене электродов целесообразны электрододержятели с выталкивателями, в которых при ударе деревянным молотком по головке через трубку и выталкиватель воздействуют на торец электрода. Выталкиватель и головка возвращаются в исходное положение пружиной. Сменная резьбовая втулка на конце электрододержателя с гнездом под электрод повышает длительность работы электрододержателя и точность подгонки при износе.

Формы электрододержателей весьма различны и определяются конструкцией изделия и машины.

Электроды при сварке низкоуглеродистой и аустенитной стали могут дополнительно охлаждаться снаружи (рис. 29, ж). Двойное охлаждение без выхода воды на деталь (рис. 29, н) применяют при сварке легких сплавов и закаливающихся материалов. Износ электрода в большей мере зависит от диаметра его цилиндрической части и угла конуса.

Диаметр dd при сварке сталей 6=1 — 5 мм ориентировочно выбирают по 6 : d3 = 26 + 2,5 мм и принимают равным 4, 6, 8 и 10 мм (у первого, третьего и пятого типов). С уменьшением 5 до 0,5—! мм отношение djb увеличивается до 5—6, а при 6 = 0,1 мм до 20. Давление на контактной поверхности электрода при       мм и

сварке низкоуглеродистои стали близко к 7 кгс/мм2, а при dQ 5> 8.мм — к 10 кгс/мм2. У деталей из жаропрочных сплавов оно достигает 20—25 кгс/мм2.

Дисковые электроды для шовных машин показаны на рис. 30.

Электроды шовных машин могут иметь симметричные (рис. 30 а, в] и несимметричные (рис. 30, б) скосы, к которым примыкают сферическая или цилиндрическая поверхность. Для низкоуглеродистой стали б < 2 мм применяют электроды с цилиндрической поверхностью (рис. 30 г, д). Электродами со сферической поверхностью сваривают легированные стали и специальные сплавы средней и большой толщины, медные и алюминиевые сплавы, сплавы титана и т. д., а также углеродистую сталь 6 > 2 мм. Труднодоступные места сваривают узкими электродами со сферой без боковых скосов.

Ширина поверхности контакта Ь выбирается в зависимости от материала и толщины деталей. Она на 1—2 мм больше диаметра ядра dn.

Толщина В обычно равна 2Ь. Поверхность у электродов нагревается до высокой температуры (700—1000°С). Электроды охлаждаются водой, подаваемой по трубкам снаружи или внутрь электродов (рис. 30 г, е). Электрод / (рис. 30, ё) при этом закрепляется на валу 2 шпильками 3 с гайками. Вода по трубке 5 поступает в полость 4 диска и по радиальным каналам 7 омывает его вблизи от рабочей поверхности, а по каналам 8 подается в полость вала. Течь предупреждается резиновыми уплотнениями 6. Электроды из молибдена, ниобия, вольфрама и тантала надо охлаждать воздухом или сниженными газами (С02, 02, Не, Аг). Образующаяся при этом ледяная корка удаляется скребками. Деформацию рабочей части электрода иногда уменьшают боковыми пластинами из немагнитного высокоомного материала (инканеля) или вольфрама.

Тонкостенные изделия с покрытиями сваривают электродами с канавкой, в которую подается проволока из специально подготовленной меди или латуни. В полых деталях применяют электроды-вставки, гладкие оправки или цанги.


 

Электроды стыковых машин подводят ток и удерживают детали от проскальзывания при осадке. Их форма обычно соответствует сечению деталей (рис. 31).

 

Ленты и полосы сваривают на электродах с плоской поверхностью (рис. 31 д, л), швеллеры (рис. 31, а), рельсы и бруски (рис. 31, е) — с плоской выемкой трубы и круглые стержни — с призматической (рис. 31, г) или полукруглой выемкой (рис. 31, з). Детали сложной формы (рис. 31, б, б, ж, /с, и) сваривают в специальных электродах. На неподводящих ток электродах для повышения коэффициента трения часто делают насечку. В электроды иногда закрепляют, впаивают или вваривают вкладыши (рис. 31, л). Проволоку сваривают на специальных электродах (рис. 31, о). Полосы сваривают также на подушках с силовыми и токоведущими электродами (рис. 31, ж, н). При сварке тонких полос на токоведущих электродах делают скосы, обеспечивающие локальный подвод тока (рис. 31, м). При сварке без упоров проскальзывание предупреждается при ширине электрода 2,56 детали. У полос эта ширина составляет не менее 106. Минимальную площадь контакта электрода с деталью определяют по максимально допустимому давлению 2 кгс/мм2 для меди, 4 кгс/мм2 для бронзы МЦ-2, МЦ-3 и НБТ. Температура контакта электродов с деталями достигает 250—300° С. Плотность тока не превышает 7—10 А/мм2.

Толстостенные трубы при б Ц 10 сваривают на электродах с призматической, а тонкостенные во избежание смятия — с полуцилиндрической выемкой. Зазор в зоне разъема цилиндрической выемки близок к 1—2 мм.

Электроды рельефных машин

Полосы и стержни из сплавов алюминия сваривают на электродах со вставками из стали ЗХВ8 или ХВГ, имеющими угол 60° для срезания или надрезания высаженного металла.

Электроды для рельефной сварки имеют большие площади контакта, в которых плотность тока меньше, чем при сварке точки. Хорошее охлаждение электродов повышает их стойкость.

Стержни в крест приваривают плоскими или с радиусной выемкой электродами. Групповую сварку рельефов осуществляют в сложных приспособлениях, которые часто объединяются с установочными устройствами, которые монтируются на промежуточных плитах (рис. 32). Детали фиксируются по штырям 7, 2 приспособления (рис. 32, а), по фиксаторам или выемкам (рис. 32, б) или при помощи более сложных устройств.

Площадь контакта электрода мало влияет на локализацию тока, равномерность которого зависит от степени сжатия рельефа.

В Т-образных соединениях используют разжимные электроды (рис. 33, а) или изоляционные втулки, в которые вставляется деталь, сжимаемая верхней плитой. Также возможен токоподвод цанговыми зажимами и приложение РС непосредственно к детали.

Для устранения шунтирования также применяют фиксирование одной детали по фиксатору, вставляемому в ее отверстие (рис. 33, б), а второй детали по этому же фиксатору и по ее контуру.

Вставки и плиты охлаждают через засверленные в них каналы. При близком расположении этих каналов во вставках каналы не делаются. Электроды для кольцевых рельефов закрепляют в плитах на конусе или резьбе. Вставки диаметром, в 3—5 раз большем диаметра

Приспособления для рельефной сварки (а, 6, в, г, д. е) и схемы крепления электродных вставок (в)

рельефа dp, и высотой (0,3—0,5) d крепятся винтами на конусной посадке запрессовкой, пайкой в выемку глубиной 0,7—0,8 мм, серебряными припоями (рис. 33, в).

Равномерность поджатия рельефов обеспечивается автономным ходом электродов, упругими элементами или качающимися шарнирами.

Длительность работы электродов повышается при правильной их эксплуатации. При точечной сварке электрод из электрододержателя выталкивают навертыванием на электрододержатель гайки, упирающейся в электрод, съемником, упирающимся в электрододержатель при навертывании на электрод.

Электроды изготовляют прессованием, прокаткой или механической обработкой, а восстанавливают после износа прессованием, наплавкой под слоем флюса АН-20, сваркой трением, диффузионной сваркой или аргонно-дуговой сваркой с последующим механическим упрочнением или термообработкой. Их регулярно зачищают фрезами, шлифовальной шкуркой на резиновой подушке, кардолентой или абразивной резиной, а также напильниками, устанавливаемыми в пазы с требуемым углом заточки.

Частота зачистки зависит от материала и подготовки деталей, а также от материала электродов и их охлаждения. Электроды при точечной сварке стали обычно зачищают через 300—1000, а алюминиевых сплавов — через 30—50 точек. Электроды при шовной сварке зачищаются, а их форма сохраняется при обжатии стальными шарошками с насечкой, параллельной их оси или расположенной на спирали. Электроды стыковых машин зачищают шлифовальной шкуркой или механически на станках с последующим шлифованием. Электроды заменяют по мере износа.

Практикуется плановая механическая зачистка и принудительная замена изношенных электродов новыми или прошедшими ремонт. Каждая машина снабжается запасным комплектом электродов, который хранится в деревянных футлярах. На стыковых машинах, например, достаточно одного-двух запасных комплектов, а на точечных — не менее четырех-пяти пар электродов. Работа на изношенных электродах во избежание ухудшения качества соединений не допускается.

Привод электродов

Привод электродов сжимает детали с постоянным или переменным Рс (точечная и рельефная сварка) и перемещает их (шовная и стыковая сварка) по определенной программе.

Ручной привод повсеместно заменяется механизированным. Его иногда применяют в стыковых и точечных машинах малой мощности. В стыковой машине система рычагов (рис. 34, а) увеличивает усилие в стыке. Перемещение плиты 3 длинным рычагом / вручную через серьгу 2 контролируется по шкале 7, на которой отмечаются припуски на подогрев, оплавление и осадку. При сварке сопротивлением пружинный привод создает давление, регулируемое винтом б, после освобождения сжатой пружины. Рычагом / (рис. 34, б) с эксцентриком 8 плита 3 отводится в исходное положение и пружина 4 сжимается до фиксированного защелкой 5 положения. После закрепления деталей защелка освобождает пружину, и она начинает давить на подвижную станину и детали.

В точечных машинах верхний электрод перемещается обычно по дуге окружности или прямолинейно. В рычажном приводе (рис. 35, а) электрод 2 зажимает детали при нажатии педали 1 через систему тяг, рычагов 5 и регулирующую пружину 3. Конечный выключатель 4 включает ток после сжатия пружины. При достаточной длине пружины износ электродов мало влияет на Рс. В конденсаторных точечных машинах Рс создается грузом Р (рис. 35, б), перемещаемым при регулировании. Педаль 1 имеет ограничитель 6. Электрод 2 перемещается прямолинейно. Педаль иногда заменяется электромагнитом.

Электромеханический привод стыковых машин (рис. 36) имеет электродвигатель 9 с регулируемым или нерегулируемым числом оборотов и систему зубчатых и червячных передач. Пол¬зун 1 перемещает подвижную плиту от кулачка I через опорный ролик 2. Кулачок вращается через текстропную передачу с вариатором 10} сменные шестерни и червячную передачу 5.

Электромеханический привод:

1 — ползун, 2 — ролик, 3 — кулачок. 4 — редуктор, 5 — червяк, 6 — шкив, 7 — маховик регулировочного винта, 8 — ремень, 9 — электродвигатель, 10 — вариатор

Влектроды в шовных машинах приводятся во вращение через зубчатые и червячные передачи или непосредственно от специального электродвигателя.

Пневматический привод обеспечивает широкий диапазон регулирования Рс и большое число ходов в минуту. В поршневом приводе двустороннего действия (рис. 37, а) Рс регулируется Изменением давления воздуха в верхней полости цилиндра. При на- линии воздуха в нижней полости Рс пропорционально площади сечения штока 4, а при отсутствии пропорционально площади поршня. Ход штока ограничивают верхним поршнем 2, который опускается под давлением воздуха до упоров фиксируемую гайку 1 вниз и уменьшает ход нижнего поршня 3.

В среднюю и нижнюю полость подается воздух требуемого давления. При подъеме электрода вверх верхняя полость соединяется с атмосферой и сжатый воздух нижней полости поднимет оба поршня до упора в верхнюю крышку. В быстродействующем диафрагменном приводе (рис. 37, б) используются диафрагмы, работающие без трения и стабилизирующие Рс. Трение штока 4 (рис. 37, в) о направляющие устраняется в двух диафрагменном приводе, в котором диафрагмы разного размера расширяют диапазон регулирования РС. Сжатый воздух при опускании подается в верхнюю или в верхнюю и среднюю камеры, а при подъеме — в среднюю, а верхняя сообщается G атмосферой. Дополнительный ход в некоторых точечных машинах обеспечивается электродвигателем 2 (см. рис. 97), который через шестерни.

В пневмогидравлическом приводе (рис. 38) воздух, поступающий в пневмоцилиндр, воздействует через поршень на жидкость, а жидкость на поршень 2. При подаче в полость А преобразователя давления 1 сжатого воздуха поршнем 6 через шток 5 перекрывается полость В и создается высокое давление жидкости на поршень 2.

Гидравлический привод имеет сравнительно малые диаметры цилиндров, обычно работающих при высоких

давлениях жидкости. Давление масла или другой жидкости, подаваемой насосом 1 из бака 2, регулируется разгрузочным клапаном 3. Масло подается через клапан 4 в полость А. Аккумулятор 6, обеспечивает большие расходы жидкости. Масло из полости Б цилиндра 5 при движении.

Пневмогидравлический привод штока вправо сливается в бак 2. Гидравлический привод при качественном изготовлении гидроаппаратуры весьма надежен в работе, быстроходен и обеспечивает заданную программу давления.


 

Работой узлов машин в требуемой последовательности управляет электрическая, пневматическая и гидравлическая аппаратура. Аппаратура также используется для контроля и регулирования параметров или самонастройки машины по определенным критериям или по математическому описанию процесса.

Комплексная автоматизация сварочных и вспомогательных операций усложняет управление машинами, повышает требования к быстродействию и надежности. Поэтому ненадежная контактная аппаратура (реле,/scriptДля устранения шунтирования также применяют фиксирование одной детали по фиксатору, вставляемому в ее отверстие (рис. 33, б), а второй детали по этому же фиксатору и по ее контуру./p/strong пускатели и др.) заменяется бесконтактными элементами.

В системах управления с бесконтактными элементами на базе транзисторов «Логика Т» информация обрабатывается и выходные команды осуществляются статическими (без движущихся контактов) аппаратами, которые при блочной конструкции узлов и соответствующих разъемах не требуют больших затрат на обслуживание.

В обычной контактной схеме при размыкании управляющего контакта РЗ (рис. 40, а) катушка реле Р1 включится, а при замыкании (рис. 40, б) выключится. В аналоговой подобной схеме на транзисторе Т (рис. 40, в) таким контактом служит переход эмиттер—коллектор (Э—/С), а база Б управляет током, протекающим через транзистор.?

Сопротивление RCB в обеих схемах включения реле Р1 ограничивает ток через управляющий элемент. Реле Р1 работает четко, если весь ток, протекающий через, ответвляется по цепи /С—Э. (R -»- 0 — отсечка) или протекает через катушки PI (R велико — насыщение).

В реальной схеме (рис. 40, г) обеспечивают оба состояния транзистора, один из источников питания положителен по отношению к общей (нулевой) точке + Есм (напряжение смещения +6В — отсечка), а второй отрицателен — Un (напряжение питания —12, —24 В). Входу выводом «вход» и нулевой ШИНОЙ ОТ у выходной снимается между «выходом» и нулевой шиной при соответствующей диаграмме, изменения напряжения — потенциальной характеристике (рис. 40, д).

Дискретные значения сигнала 0 и 1 соответствуют низкому и высокому уровню тока (или напряжения). Сигнал 0 обычно ниже 1 В, а сигнал 1 — выше 4 В.

Логические элементы анализируют сигналы, поступающие на его вход. Они выполняют простые операции «И», «ИЛИ», «НЕ», «Память», «Выдержку времени», и «Усиление». В схемах также применяют функциональные элементы преобразования сигналов.

Элемент «И» выдает сигнал тогда, когда на всех его входах присутствуют сигналы, а «ИЛИ» при наличии сигнала на любом из его входов. Элемент «НЕ» выдает сигнал при отсутствии сигнала на входе и, наоборот, не выдает его при наличии входного сигнала. Элемент «Память» сохраняет выходной сигнал, возникший под действием входного сигнала, впредь до прихода следующего сигнала. Элемент «Выдержки времени» передает поступающий сигнал через заданную длительность, а элемент «Усиления» усиливает сигнал. Функциональные элементы преобразуют внешние сигналы системы в удобный для различных элементов вид и обратно при воздействии на управляемую систему. Элементы серии «Логика Т» оформлены в- виде неразборных модулей, в которых полупроводниковые приборы, резисторы и другие детали смонтированы на гетинаксовых платах с печатным монтажом и помещены в полистироловый корпус, залитый компаундом на основе эпоксидной смолы.?

Базовый элемент серии «Логика» «ИЛИ—НЕ» построен с помощью транзисторного усилительного каскада, работающего в ключевом режиме и диодной сборки «ИЛИ», установленной на входе усилителя (рис. 41, а). Транзистор Т включен по схеме с общим эмит¬тером. Входной сигнал отрицательной полярности (7ВХ через один из диодов Д1—ДЗ и резистор RCB прикладывается к переходу база — эмиттер транзистора Т. Выходной сигнал ?/вых получается между общей точкой источников питания ОТ и коллектором транзисторё.

Транзистор Т при нулевом входном сигнале запирается от источника с положительным смещением Есм через ре1 — анод, 2 — катод, 3 — управляемый электродЭлектроды при сварке низкоуглеродистой и аустенитной стали могут дополнительно охлаждаться снаружи (рис. 29, ж). Двойное охлаждение без выхода воды на деталь (рис. 29, н) применяют при сварке легких сплавов и закаливающихся материалов. Износ электрода в большей мере зависит от диаметра его цилиндрической части и угла конуса.p/pзистор RCM, присоединенной к базе. На выходе имеется высокий отрицательный потенциал, соответствующий 1. При входном сигнале 1 к базе транзистора прикладывается отрицательный потенциал и через переход база—эмиттер протекает ток, достаточный для его перевода в режим насыщения. Выходное напряжение имеет низкий отрицательный потенциал и принимается за логический сигнаКонтакторы и прерыватели pл 0. Следовательно, при 0 на входе на выходе будет 1, и наоборот, т. е. усилительный каскад реализует логическую функцию инверсии (отрицания).

Диодная сборка Д1—ДЗ реализует функцию «ИЛИ». Действительно при 1 на катоде любого диодагфанзистор перейдет в режим насыщения независимо от сигналов на катодах остальных диодов.

Элемент Т-303 (рис. 41, б) обеспечивает появление выходного сигнала с выдержкой времени, задаваемой установкой после подачи

сигнала на один из выводов Щ 5 или 7. Принцип действия основан на разряде емкости С на сопротивление R6 и R5. При отсутствии сигнала на входе транзистор 77 заперт, Т2, ТЗ и Т4 насыщены. Заряженный конденсатор С1 имеет положительную полярность напряжения в точке 6 и отрицательную в точке 2.

Транзисторы Т2 и ТЗ насыщены благодаря базовым сопротивлениям R5 и R6,, подключенным последовательно к отрицательному источнику питания. Транзистор Т4 насыщен благодаря его связи через резистор R4 с закрытым транзистором Т1. При появлении вводного сигнала транзистор Т1 насыщается и снимает свой сигнал со входа транзистора Т2, однако благодаря разряду конденсатора С1 на базовое сопротивление транзисторы Т2 и ТЗ закрываются и через диод Д6 транзистор Т4 поддерживается в состоянии насыщения. Конденсатор С1 и сопротивление R6 < 220 кОм в элементе не установлены и входят в комплект поставки.

Элемент Т-404 (рис. 41, б) — тридцати ваттный усилитель мощности предназначен для управления различными электромагнитными устройствами постоянного тока с напряжением 24 В и током срабатывания не более 1,2 А. Входная цепь усилителя выполнена по схеме «ИЛИ» и способна работать от входного тока в 3 мА.

Элемент содержит два предварительных каскада усиления на транзисторах 77 и 72, которые увеличивают входной сигнал до уровня, достаточного для насыщения выходных мощных транзисторов ТЗ и Т4. Нагрузка подключается к выводам 9 и 14. Диод Д2 включается параллельно нагрузке и предназначен для защиты выходного транзистора Т4 от перенапряжения при отключении тока в цепи с индуктивной нагрузкой.

В примерах реализации логических функций на элементах серии «Логика Т» (рис. 42) диаграммы работы построены для входных и выходных переменных с потенциальным (у) и импульсным (уп) сигналами.

Функция «Повторение» выполняется логическим элементом «Повторителем». В связи с его отсутствием в серии она реализуется двумя последовательно включенными элементами, инвертором и импульсно-потенциальным ключом, работающими в режиме инверторов (рис. 42, а).

Функция «Инверсия» выполняется логическим элементом «Инвер- - тором». Инвертор в серии отсутствует. Ее получают элементом «ИЛИ— НЕ» или «И—НЕ». Для перевода в режим инвертора потенциально- импульсного ключа его управляющий ввод 5 соединяется с общей точкой питающих напряжений ОТ (рис. 42, Б).

Функция «ИЛИ» выполняется логическим элементом «ИЛИ» (Т-106). Этот элемент не может работать на последовательную нагрузку. Поэтому функцию реализуют с помощью элементов «ИЛИ—НЕ» и инвертора, обладающего в 3 раза большей нагрузочной способностью (рис. 42, в).

Функция «И» выполняется логическим элементом «И». Из-за низкой нагрузочной способности эту функцию выполняют с помощью инверторов и элемента «ИЛИ—НЕ» (рис. 42, г),?

Функция «ИЛИ—НЕ» выполняется логическим элементом «ИЛИ— НЕ» (рис. 42, д).

Функция «И—НЕ» выполняется логическим элементом «И—НЕ». Эта функция может быть реализована элементом «И» и инвертором (рис. 42, е), инверторами и элементом «ИЛИ» или инверторами. Функция «Запрет» реализуется логическим элементом «Запрет» или элементами, входящими в серию (рис. 42, ж). Логические элементы имеют ограниченное число входов. Большее число входов реализуется для функции «ИЛИ» и «И» последовательным включением элементов Т-106 и Т-107.


 

Универсальный для точечной и шовной сварки блок регулирования состоит из блока транзисторных элементов «Логика Т», блока фазовращателя, блока питания и панели управления. На панели имеются ручки переключения «Импульс» и «Пауза», резисторов «Нагрев» и «Модуляция», выключатель модуляции, переключатель «Точечная сварка», «Шовная сварка», а также сигнальные лампы и предохранители. Блок также обеспечивает синхронное включение и выключение тока, его стабилизацию и подстройку под cos ср машины.

В блок регулирования входят элементы Т-101, Т-102, Т-107, Т-403 и Т-404. Схема и диаграммы работы элементов прикладываются к описанию устройства. В современных машинах также используют регуляторы цикла сварки (РЦС). В частности, регулятор РЦС-403 на элементах «Логика Т» (<з использованием элемента Т-303), работающий совместно с тиристорным контактором КТ, обеспечивает плавное регулирование: длительности импульса и пауз от 0,04 до 1,7 с, дискретное регулирование tG от 0,02 до 2,2 с. В ряде машин используют и более сложные регуляторы. Одно из современных реле для регулирования длительности показано на рис. 80.

Пневматическая аппаратура управления состоит из клапанов, редукторов, лубрикаторов, дросселей и др.

Клапаны электропневматические мембранные КПЭМ (рис. 43) обеспечивают впуск и выпуск воздуха. В клапане КПЭМ корпус состоит из трех частей и имеет четыре гнезда о седлами для четырех тарельчатых клапанов 6 с резиновым уплотнением, собранных попарно на двух штоках 1 и 5. Пружина 3 прижимает клапаны к седлам, а штоки прижимают опорные чашки 12 к мембранам 11. По отверстиям 4, 13 и 14 подводится и отводится воздух. В корпусе 2 также есть щели для выброса воздуха в атмосферу. Сверху корпуса на кольце укреплен электромагнит 10 с шариковым клапаном, имеющий колодку 7 с отверстиями для подключения воздуха и его выброса. Ша¬рик 8 прижат пружиной через шток 9 к входному отверстию и перекрывает подачу воздуха в диафрагменные камеры, которые сообщаются в этом положении с атмосферой.

Под давлением пружины и сжатого воздуха нижний клапан открывается и пропускает воздух в отверстие 13, а верхний клапан перекрывает доступ к отверстию 14 и соединяет его с атмосферой.

При включении электромагнита шарик освобождается от штока и потоком воздуха отбрасывается, перекрывая отверстие, соединяющее внутреннюю полость шарикового клапана с атмосферой. Сжатый воздух из сети попадает в диафрагменные полости, мембраны прогибаются и передвигают клапаны, открывая и закрывая соответствующие седла; клапаны направляют сжатый воздух из входного отверстия к отверстию р, а отверстие 13 соединяют G атмосферой. При выключении электромагнита пружина возвращает клапаны в исходное положение.

В электропневматическом клапане КЭП-15 (рис. 44) воздух из сети через отверстие 13 подается в полость 9. При отключенном магните шток 3 с закрепленной на нем резиновыми буферами пружиной поднимается в крайнее верхнее положение и воздух из полости 9 через полость 8 поступает в отверстие /2, а отверстие 14 через полость 10 и отверстие 15 соединяется с атмосферой. При втягивании якоря 6 воздух через отверстие 7 поступает в полость под мембраной 5, которая, прогибаясь, смещает шток в крайнее нижнее положение. При этом воздух из полости 9 через полость 10 поступает в отверстие 14, а отверстие 12 через отверстие 11 соединяется с атмосферой.

В маслораспределителе ВЧ4-2 сжатый воздух, поступающий через отверстие 4 (рис. 45), разделяется, протекая по щелям 9 к отверстию 7 и по каналам 5, 2 и 8. При закрытом дросселе 13 давление в стакане 1 и полости 6 одинаково и масло не подается. При дросселировании давление в полости 6 меньше, чем в стакане /, и масло по трубке 11 поднимается вверх, отжимает шарик 10 и попадает в трубку 12. В зоне распылителя давление снижается и масло вытягивается из трубки 12 и, проходя через отверстие малого диаметра распылителя, распыляется сжатым воздухом, поступающим по каналу 2 к каналу 8.

Воздушный редуктор БВ57-1 (рис. 46) предназначен для регулирования и автоматического поддержания давления. Воздух из сети по отверстию 2 и отжатый пружиной 4 через толкатель 3> клапан 13 поступает в выходное отверстие 12 и через канал 11 в полость 10, создавая давление

на мембрану 9. При уменьшении давления у отверстия

12, а следовательно, и в полости 10 мембрана 9 прогнется и увеличит открытие клапана 13. Давление в полости 10 уравновесится пружиной 4. При равенстве давлений мембрана поднимется, вследствие чего клапан откроется. Давление регулируется сжатием пружины винтом 6.\ Клапан 8 служит для сброса давления сжатого воздуха. Если расхода нет, то давление в полости 10 из-за утечек по клапану 8 нарастает, поднимается мембрана 9 с клапаном 8 и сжатый воздух через отверстие 7 в корпусе 5 выпускается в атмосферу. Клапан 8 позволяет изменить высокое давление на более низкое при отсутствии расхода воздуха.

Во влагоотделителе воздух очищается от влаги и твердых частиц. Воздух по отверстию 5 (рис. 47) проходит в стакан 2 через щели в отражателе 4 и движется по винтовой линии. Центробежными силами мелкие частицы воды и масла отбрасываются по стенке 3, где, собираясь в капли, стекают в спокойную зону, отделенную заслонкой 8. Осушенный воздух очищается от механических примесей размером более 0,05 мм металлокерамическим фильтром 7 и поступает к выходному отверстию 6. Вода из прозрачного стакана 2 выбрасывается сжатым воздухом после открытия запорного клапана.

Электропневматический КЭП-15: клапан1 — корпус, 2 — пружина, 3 — шток, 4 — уплотнения, 5 — мембрана, б — якорь электромагнита, 7, И, 12, 13, 14 и 15 — отверстия, 8, 9 и 10 — полости

Гидравлическая аппаратура состоит из распределителей, регуляторов давления, обратных и дросселирующих клапанов и др.?

Распределители используют в автоматических машинах для пуска, остановки и возврата гидравлических цилиндров, а также для регулирования скорости перемещения. Распределитель имеет стальной корпус | (рис. 48, а), в расточке его может двигаться золотник 2 по закаленной, тщательно отшлифованной стали. Перемещаемый электромагнитом или каким-либо другим механизмом золотник может перекрывать или открывать отверстия А и J5, ведущие к полостям цилиндра, или отверстия В и Г, ведущие соответственно к насосу и баку.

Маслораспределитель ВЧ4-2:

1 — стакан, 2, 3, 5, 8 — каналы, 4, 7 — отверстия, 6 — полость. 9 — щель, 10 — шарик, 11, 12 =г трубки, 13 — дроссель

Через отверстие Е сбрасываются утечки масла. Электромагнит 3 при включении толкает пилот 4, который, опускаясь, дает проход для масла от отверстия Д. Золотник сжимает пружину 5. Отключение магнита сопровождается подъемом пилота собственной пружиной, прекращением пуска масла и его стоком через отверстие Пружина 5 вмещает золотник влево. Золотник расположен в корпусе с небольшими зазорами (4—6 мкм).

Для уменьшения утечки необходима определенная длина сопряжения I и перекрытия /'. Золотник останавливается в одном из двух положений / и 2 (рис. 48, б). Левому положению золотника соответствует поле /, правому — поле 2. Стрелки указывают направление движения жидкостей. Пилоту в левом положении соответствует поле 3, при котором масло отводится от торца золотника, а подвод масла от-

ключей. При включенном магните поле 4 соответствует подаче масла к торцу золотника.

В положении 1 масло по отверстиям В (от насоса) и А подается в одну из полостей цилиндра, а из другой полости через отверстия Б и Г сливается в бак, сжимая пружину. В положении 2 (при отключенном электромагните) масло через отверстия А и Г сливается в бак.

Помимо двухпозиционных имеются распределители с тремя положениями — средним и перекрывающим доступ масла в обе полости цилиндров.

Воздушный редуктор БВ57-1:

1, 4 — пружины. 2, 7, 12 — отверстия. 3 — толкатель, 5 — корпус, 6 — винт,

в—клапан сброса. 9 — мембрана, полость, канал, 13 — клапан

1             В редукционном клапане давление, создаваемое насосом, понижается до рабочего. В клапане Г57-1 (рис. 49) масло поступает по ка- I           налу 11 в полость 10 под золотником 2 и одновременно из полостей 13

1             и 3 по каналу 1 в полость 15, из которой через демпферное отверстие

14 в полость 9 и под шариковый клапан 8, настраиваемый пружиной 7 на рабочее давление. При давлении, меньшем рабочего, золотник 2 *        удерживается пружиной 12 в нижнем положении и проходное отверстие максимально, а при давлении, большем рабочего и в полости В. При этом диафрагма 2 с упором 3, преодолевая сопротивление пружины 5, опускается вниз. Упор освобождает толкатель микропереключателя 9, контакты которого размыкаются. При отсутствии воды или ее малом расходе диафрагма поднимается вверх и выключает контакты микропереключателя. Реле устанавливается после ниппеля на сливе воды из системы со сливным шлангом или без него. При этом в отверстие ниппеля ввертывают ниппель или угольник. Реле устанавливают в любом положении, но не ниже уровня слива.
Какие преобразователи тока используют для контактной сварки?
Что такое номинальный и кратковременный ток, номинальная мощность и коэффициент повторного включения?
Как регулируется напряжение при контактной сварке?
Чем отличаются асинхронные контакторы от синхронных прерывателей?
Что такое внешняя технологическая характеристика и как по ней оценивают технологические возможности машины?
В чем преимущество бесконтактных систем управления и как устроен базовый элемент «Логика Т» «ИЛИ—НЕ»?

Классификация способов сварки

Подробности

В зависимости от вида энергии активации и по состоянию металла в зоне соединения все способы сварки можно разделить на две группы: сварка давлением и сварка плавлением. К сварке давлением относят способы, при которых применяют только механическую или тепловую и механическую энергию совместно. В последнем случае сварка может происходить с оплавлением металла или без его оплавления. К сварке давлением без нагрева относится холодная сварка, сварка взрывом, магнитно-импульсная сварка. Для этих способов характерно высокое давление на детали в зоне соединения, в несколько раз превышающее предел текучести и даже предел прочности свариваемого металла при комнатной температуре, что обеспечивает совместное пластическое деформирование соединяемых поверхностей. Сварка давлением с нагревом без оплавления происходит при высоких температурах, переводящих металл в пластическое состояние. Это снижает предел текучести металла и позволяет получить нужную для сварки деформацию при небольшом удельном осадочном давлении, в несколько раз меньшем предела текучести металла при комнатной температуре. Примерами способов сварки давлением с нагревом без оплавления могут служить кузнечная, диффузионная и ультразвуковая сварка, газопрессовая сварка, при которой нагрев производят пламенем от сжигания горючих газов в кислороде, сварка токами высокой частоты, нагревающими свариваемые кромки индуцируемыми в них вихревыми токами. Сварка давлением с нагревом и оплавлением характеризуется высокой температурой нагрева зоны соединения, превышающей температуру плавления свариваемого металла. На поверхности соединяемых деталей тонкий слой металла оплавляется.

Под действием прилагаемого давления жидкий металл при некоторых способах сварки может выдавливаться из зоны соединения, например при сварке трением, контактной стыковой, сварке оплавлением. С жидким металлом выносятся за пределы зоны соединения загрязнения поверхности. Вокруг соединения образуется наплыв выдавленного металла грат, который после сварки удаляется. Соединение образуется за счет деформации нагретых, но не расплавленных слоев металла, находившихся под оплавленным слоем. При контактной точечной и роликовой (шовной) сварке расплавленный металл остается в зоне соединения и после прекращения нагрева кристаллизуется между соединяемыми поверхностями под давлением, образуя сварное соединение. Более подробно способы сварки давлением рассмотрены в гл. 14, 15 и 16. Сварка давлением незначительно изменяет химический состав, структуру и свойства металла. С ее помощью могут быть получены сварные соединения с такими же свойствами, как у основного металла без дополнительной обработки после сварки. Это одно из основных преимуществ сварки давлением перед сваркой плавлением. Но большинство способов сварки давлением (за исключением контактной сварки) требует создания особых условий (например, вакуума при диффузионной сварке, обеспечения безопасности работ при сварке взрывом), либо они применимы только для небольшой группы конструкций деталей. Поэтому сварка плавлением применяется чаще. При сварке плавлением в зону соединения вводится только тепловая энергия. Металл в зоне сварки нагревается выше температуры его плавления. Здесь могут быть два способа: с плавлением основного металла и без плавления основного металла. При нагреве может быть расплавлен только вспомогательный металл (припой) с температурой плавления ниже, чем у основного металла соединяемых деталей. Основной металл в этом случае не расплавляют. Жидкий припой растекается по поверхности соединения, смачивает ее и, кристаллизуясь при охлаждении, образует паяный шов. Этот процесс называют пайкой. В большинстве способов сварки плавлением с помощью различных источников тепла небольшой участок соединения деталей нагревают выше температуры плавления основного металла. Образуется ограниченный твердым металлом объем жидкого металла, который называют сварочной ванной. По мере перемещения источника тепла вдоль свариваемого стыка в головной части сварочной ванны основной металл расплавляется, а в хвостовой части ванны металл затвердевает, образуя сварной шов. Для усиления сварного шва в сварочную ванну может подаваться расплавляемый материал электрода или присадочный материал. Способы сварки плавлением отличаются друг от друга источниками тепла и защитой зоны сварки от окружающей атмосферы. При газопламенной (газовой) сварке источник тепла И это пламя от сжигания горючего газа или пара в кислороде. Шов защищают продукты сгорания этого газа. Наиболее распространена дуговая сварка, при которой нагрев производят электрической сварочной дугой. В зависимости от способа защиты металла в зоне нагрева различают несколько способов дуговой сварки. При дуговой сварке штучными электродами при плавлении обмазки образуется шлак, который покрывает металл шва. Зона сварки защищается при этом также парами металла и компонентов покрытия. Защиту осуществляют инертными (аргон, гелий) или активными (углекислый газ, водяной пар) газами или их смесями. Эти способы дуговой сварки называют сваркой в защитных газах, или газоэлектрической сваркой. Она может выполняться плавящимся или неплавящимся электродом. С помощью защитного газа можно сжать электрическую дугу в узком канале горелки так, что дуга станет высококонцентрированным источником тепла. В таком случае говорят о сварке сжатой дугой, или о плазменной сварке. Хорошее качество шва и высокую производительность обеспечивает дуговая сварка под флюсом. На стык деталей заранее или в процессе сварки насыпают слой порошка флюса толщиной больше длины дуги. Дуга расплавляет флюс и горит под пленкой жидкого шлака и слоем порошка флюса в атмосфере паров металла и компонентов флюса. Шлак надежно закрывает шов, образуя шлаковую корку. Для соединения деталей большой толщины применяют электрошлаковую сварку, при которой для расплавления основного и электродного металлов используют теплоту, выделяющуюся при прохождении электрического тока через жидкий шлак, защищающий сварочную ванну от воздуха. При сварке плавлением используют также высококонцентрированные источники тепла: электронный луч и световой луч, излучаемый оптическим квантовым генератором-лазером. Электроннолучевая сварка основана на использовании теплоты, выделяющейся при торможении острофокусированного потока ускоренных электрическим полем электронов в результате их столкновений со свариваемой поверхностью. Сварку производят в вакууме, который защищает нагретую зону. Лазерная сварка происходит в результате передачи свариваемой поверхности энергии светового луча, сфокусированного на этой поверхности оптической системой. Защиту зоны сварки производят инертными либо активными газами. Особенности этих способов сварки плавлением и технология сварки с их применением описаны ниже в соответствующих главах. Выделение теплоты в результате химических реакций между окислом металла и другим металлом, более активным по отношению к кислороду, используют при термитной сварке. Термит - это смесь порошков окиси-закиси железа Без04 и алюминия или магния. Если ее подогреть до температуры воспламенения (800 °С), произойдет реакция 3Fe304 +8А1->4А1203 +9Ре+850ккал(3559кДж) (на1 кг/смеси). В результате реакции образуются железо и окись алюминия, которая всплывает на поверхность, образуя шлак. Продукты реакции нагреваются до температуры 3000 °С. Термитная сварка сможет осуществляться методом промежуточного литья, когда расплавом железа заливают стык стальных или чугунных деталей, заключенный в литейную форму. Это сварка плавлением. Но термитную сварку выполняют еще и впритык, когда жидким металлом и шлаком только нагревают торцы соединяемых деталей, а соединение получают, сдавливая разогретые торцы и деформируя их. Это сварка давлением с нагревом без оплавления. Термитная сварка применяется в основном для соединения рельсов. Она малопроизводительна, ее трудно автоматизировать. Поэтому ее применяют редко. Таким образом, при всех способах сварки под действием энергии активации металл в зоне соединения изменяется, происходит его деформация и (или) плавление с последующим затвердеванием, металл может взаимодействовать с окружающей атмосферой, компонентами шлаков, происходит изменение его структуры. Поэтому сварные соединения, как правило, отличаются от основного металла структурой, химическим составом металла и механическими свойствами. Особенно велики эти отличия при сварке плавлением.


 

Все, что сопутствует или способствует сварке, называют сварочным, а все, что получается в результате сварки, называют сварным. Так, например, ванна - сварочная, электрод - сварочный, но изделие сварное, шов - сварной, соединение - сварное. Сварное соединение - это неразъемное соединение деталей, полученное в результате их сварки. Сварной часть сварного соединения, образовавшаяся в результате кристаллизации металла сварочной ванны. Сварные соединения могут быть стыковыми, угловыми, тавровыми и нахлесточными. Стыковым называют соединение деталей, расположенных в одной плоскости или на одной поверхности (рис. 2). Форму сварного шва стыкового соединения оценивают отношением ширины шва в к глубине проплавления h, которое называют коэффициентом формы шва \\f = е / h. Угловым называют соединение двух деталей, расположенных под углом друг к другу и сваренных в месте примыкания их кромок (рис. 3). Тавровым называют соединение, в котором к поверхности одной детали примыкает под углом другая деталь, торец которой прилегает к сопрягаемой поверхности и приварен к ней (рис. 4). Рис. 2. Стыковые сварные соединения: а - деталей одинаковой толщины; б - деталей разной толщины; в - деталей с отбортовкой кромок; А - зазор в стыке деталей; е - ширина шва; h - глубина проплавления; q - высота усиления (или глубина вогнутости) шва; Ъ - ширина проплава; С высота отбортовки а нахлесточным называют соединение, в котором кромки свариваемых деталей расположены параллельно одна над другой и наложены друг на друга (рис. 5). Каждый вид сварного соединения имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее распространено стыковое соединение. Его применяют в широком диапазоне толщины свариваемых деталей от десятых долей миллиметра до сотен миллиметров почти при всех способах сварки. Не применяют его при контактной точечной сварке. При стыковом соединении на образование шва расходуется меньше присадочного материала, легко и удобно контролировать качество. Однако стыковое соединение требует более точной сборки деталей под сварку плавлением - нужно выдержать равномерный зазор между кромками по всей длине стыка. Особенно сложно обрабатывать и подгонять кромки длинных (до нескольких метров) стыков и кромки профильного проката (уголков, швеллеров и т.п.). Угловые и тавровые соединения обычно задаются особенностями конструкции свариваемого изделия, их трудно сравнивать со стыковым и нахлесточным соединениями. При большой толщине соединяемых деталей в стыковых, угловых и тавровых соединениях на соединяемых кромках выполняют разделку (рис. 6), которая обеспечивает возможность полного проплавления кромок. При электрошлаковой сварке, а в некоторых случаях при дуговой сварке, роль разделки может выполнять увеличенный зазор между кромками. Нахлесточные соединения в разделке не нуждаются это одно из их преимуществ. Они отличаются простотой сборки: за счет величины нахлестки можно подгонять размеры собираемой формы разделки кромок: а и б - основные формы разделок: F-образная; в - производные от основных форм разделок; аир - углы разделок; А - зазор в притуплении тали, увеличивать допуск на непараллельность кромок деталей. Но нахлестка требует увеличения расхода основного материала - величина нахлестки должна быть не менее трех толщин наиболее тонкой детали. В щель между деталями на длине нахлестки может попасть влага, что приведет к коррозии соединения. В нахлесточном соединении сложно контролировать деталь, некоторые дефекты (например, непровар) не выявляются. Сварные швы в нахлесточном соединении расположены в разных плоскостях, при эксплуатации в них будет сложное напряженное состояние, поэтому нахлесточные соединения хуже работают при переменной или динамической нагрузке. Для повышения прочности применяют нахлесточные соединения с накладками в комбинации со стыковым соединением (см. рис. 5). Устраняет недостатки стыкового и нахлесточного соединений, сохраняя их преимущества, соединение с малой расплавляемой нахлесткой (рис. 7). Под действием усилия, прилагаемого к верхней кромке в процессе сварки, нагретый металл деформируется, верхняя кромка осаживается, шов формируется так же, как при стыковом соединении. Расплавившаяся нахлестка служит присадочным материалом. Особенно хорошо применимо соединение с малой расплавляемой нахлесткой при дуговой сварке деталей из алюминиевых сплавов с толщиной кромки меньше 5 мм. Сварные швы в зависимости от типа соединения подразделяют на стыковые (в стыковых соединениях) и угловые (в угловых, тавровых и нахлесточных соединениях). Стыковые швы (см. рис. 2) характеризуются шириной шва и проплава, глубиной проплавления, величиной усиления (или глубиной вогнутости). Угловые швы - величиной катета (см. рис. 4). По форме наружной поверхности как угловые, так и стыковые швы могут быть плоскими (нормальными), выпуклыми и вогнутыми (рис. 8). Угловые швы могут также отличаться соотношением их катетов. Сварные соединения с выпуклыми швами лучше работают при статической нагрузке, с плоскими и вогнутыми - при динамической, так как у них плавный переход к основному металлу, нет концентраторов напряжений. По конфигурации в пространстве различают швы прямолинейные, криволинейные (фасоннке), круговые и кольцевые. Пример кругового шва  вварка круглого фланца в плоское или овальное днище сосуда, пример кольцевого шва - сварка плавлением двух труб встык. По назначению швы делят на рабочие, которые воспринимают эксплуатационные нагрузки; связующие, которые нужны лишь для фиксации деталей в нужном положении; и подварочные, которые накладывают с обратной стороны разделки перед ее заполнением основным швом. Сварные швы могут быть одно-и многослойными, одно-и двухсторонними. По протяженности швы могут быть непрерывными и прерывистыми. Двусторонние прерывистые швы называют цепными, если заваренные участки с обеих сторон расположены друг против друга, и шахматными, если заваренные участки с одной стороны расположены против промежутков Рис. 9. Типы прерывистых швов: между заваренными участками с а - цепной; б - шахматный; другой стороны (рис. 9). Короткие Т- шаг шва прерывистые швы, накладываемые при сборке деталей дли фиксации их перед сваркой, называют прихваточными. Листовые детали внахлестку сваривают иногда отдельными точками по высверленным в верхнем листе отверстиям или со сквозным проплавлением верхнего листа. Эти швы называют точечными, или электрозаклепочными. По отношению к направлению усилий, действующих на сварное соединение при его эксплуатации, швы подразделяют на фланговые, оси которых параллельны направлению усилий, лобовые (перпендикулярные этому направлению), косые (расположенные под углом к нему) и комбинированные (рис. 10). По положению в пространстве при сварке выделяют нижние, полувертикальные, вертикальные, полупотолочные, потолочные швы, а также горизонтальные швы на вертикальной плоскости и угловые швы "в лодочку" (рис. 11). Отличаются они друг от друга углами, под которыми располагается поверхность свариваемой детали относительно горизонтали. Наиболее труден для исполнения потолочный шов, лучше всего шов формируется в нижнем положении. Потолочные, вертикальные и горизонтальные швы приходится обычно выполнять при изготовлении и особенно при монтаже крупногабаритных конструкций. При сварке угловых швов тавровых, нахлесточных и угловых соединений лучшее формирование шва обеспечивается при его положении "в лодочку". Виды сварных соединений и швов, их размеры и обозначения на чертежах регламентированы государственными стандартами. В планах и боковых видах чертежей место видимого шва изображают сплошной линией, а невидимого - пунктиром. В поперечных сечениях границы шва показывают сплошными полужирными линиями, а кромки свариваемых деталей - сплошными тонкими линиями. Шов обозначается наклонной линией с односторонней стрелкой на изображении шва и с полкой на другом конце для записи условного обозначения шва. Если указан видимый шов, обозначение записывается над полкой, если невидимый - под полкой. Состоит оно из следующих элементов, обозначенных на рис. 12 цифрами в квадратах: 1 - условное обозначение шва, выполненного по замкнутому контуру; 2 обозначение стандарта, которым данный шов при данном способе сварки регламентирован; 3 - буквенно-цифровое обозначение шва; 4 - условное обозначение способа сварки; 5 - катет углового шва Рис. 12. Обозначения сварных швов на чертежах: а а - главный вид сварного узла; б - вид в плане; 1 и 2 - видимый и невидимый швы; 3 - односторонняя стрелка; 4 - полка; 5 и 6 - обозначения видимого и невидимого швов; цифрами в квадратах обозначены: 1 - условное обозначение шва; 2 - обозначение стандарта, которым данный шов при данном способе сварки регламентирован; 3 - буквенно-цифровое обозначение шва; условное обозначение способа сварки; 5 - катет углового шва; 6 для прерывистого шва длина провариваемого участка и знак, обозначающий цепной или шахматный шов; 7- вспомогательные знаки "в лодочку", Ну - нижнее угловое, Не - нижнее стыковое, Гр - горизонтальное, Bp - вертикальное, ППт - полупотолочное, Пт - потолочное. Буквенное обозначение способа сварки указывают, если в изделии применяют несколько способов сварки: Ф - дуговая сварка под флюсом, У - в углекислом газе, И - в инертном газе, Ш - электрошлаковая, К - контактная сварка. Степень механизации процесса сварки указывают буквами перед обозначением способа: Р1 ручная, А - автоматизированная, П - механизированная (полуавтоматическая). Существуют также условные обозначения технологических приемов, используемых при сварке. Например, для автоматической сварки под флюсом индекс А означает, что сварка ведется на весу, Аф - на флюсовой подушке, Ас - на стальной подкладке, Апш - по подварочному шву, Ам - на флюсомедной подкладке. Дополнительными буквенными обозначениями может конкретизироваться способ сварки: Кт - контактная точечная, Кс - контактная стыковая, Ксс - контактная стыковая сопротивлением, Ксо - контактная стыковая оплавлением, Кр - контактная шовная (роликовая). Если все швы, показанные на данном чертеже, выполняются по одному стандарту, то его обозначение на полке линии выноски не указывается, а приводится на чертеже в технических требованиях (примечаниях). Если в изделии несколько групп одинаковых швов, то условное обозначение шва указывается только для одного шва из группы, он нумеруется, а для остальных швов на полке указывается только номер группы. Если все швы, показанные на данном чертеже, одинаковы, то на них ставится только односторонняя стрелка без полки. Сведения о швах указываются в этом случае в примечаниях к чертежу. Если же в изделии имеется сварной шов, не предусмотренный стандартами, то его конструктивные особенности должны быть показаны на чертеже с указанием характерных размеров. Примеры обозначений некоторых сварных швов показаны в табл.


 

При всех способах сварки плавлением в сварочной ванне происходят те же процессы, что и в металлургических печах при выплавке металлов и их сплавов. Это плавление, взаимодействие жидкого металла с газами и компонентами шлаков, легирование металла и выгорание (испарение, окисление) легирующих компонентов, затвердевание металла, структурные изменения в нем. Однако при сварке эти процессы протекают в особенно жестких условиях. Массы нагреваемого и расплавляемого металла при сварке малы: граммы при лучевых способах сварки или килограммы при электрошлаковой сварке по сравнению с тоннами в мартеновской разность температур вызывает конвективные потоки в жидком металле. Химические реакции в этих условиях протекают с большой скоростью, особенно на границах между металлом и газом, жидким шлаком и газом, металлом и шлаком. Нагрев и охлаждение металла при сварке происходят очень быстро, поэтому среднее время протекания химических реакций составляет 0,001... 1,5 с. За это время реакции не успевают дойти до равновесного состояния. Химический состав металла шва формируется окончательно только после его затвердевания.

 

Взаимодействие металла шва с газами. При сварке плавлением газы поступают в металл шва из воздуха, из основного и присадочного металла, где они содержатся в растворенном состоянии и в виде поверхностных пленок, из примесей в защитной атмосфере, из влаги и окислов - компонентов флюса или электродной обмазки. Растворяются в основном азот и водород. Инертные газы в металлах не растворяются. Кислород, попадая в металл шва, окисляет его. С железом кислород образует три окисла. Первый получается при непосредственном окислении железа: 2Fe + 02 = 2FeO. Это закись железа. Она хорошо растворяется в жидком железе. Но ее растворимость зависит от температуры, поэтому при охлаждении сварочной ванны закись железа выпадает из раствора по границам зерен затвердевающего металла как более легкоплавкий компонент. Соединяясь с кислородом, закись железа образует окись-закись железа (окалину): 6FeO + 02 = 2Fe304. В железе она не растворяется. Выпавшая по границам зерен закись железа при охлаждении ниже температуры 570 °С может непосредственно преобразовываться в окись-закись в виде глобул ей (шариков): 4FeO -»Fe304 + Fe. Это нарушает связь между зернами, металл шва становится хрупким. Из окиси-закиси при последующем окислении образуется окись железа: 4Fe304 + 02 = В железе она не растворяется. С водой образует гидрат (ржавчину): Fe203*H20. При нагреве гидратная влага, разлагаясь, увеличивает количество газов в сварном шве и может вызвать пористость. Другие металлы, соединяясь с кислородом, образуют окислы: 2Ni + 02 = 2Ni0 - закись никеля; 2Cu + 02 = 2Cu0 - окись меди; 4Cu + 02 = 2Cu20 - закись меди; Ti + O2 = ТЮ2 - двуокись титана; 4A1 + ЗО2 = 2AI2O3 - окись алюминия с температурой плавления 2050 °С и плотностью 3,77...4,0 г/см3. Этот окисел создает главную трудность при сварке алюминия. При температуре сварки он не расплавляется, затрудняя образование сварочной ванны. Кусочки его образуют в металле шва включения окисных пленок. Кислород засоряет шов оксидами легирующих элементов: 2Мп + 02 = 2МпО - окись марганца; Si + О2 = Si02 - двуокись кремния. Кислород ухудшает механические свойства сварных швов (рис. 13, а), понижает их коррозионную стойкость, ухудшает электрические и магнитные свойства. Уменьшить содержание кислорода в металле шва можно путем раскисления. Различают два способа раскисления: диффузионное и раскисление осаждением. При раскислении осаждением железо восстанавливают из растворенной закиси железа элементами, обладающими более высоким химическим сродством к кислороду и дающими оксид, слабо растворимый в железе (Al, Ni, Si, Мп, Сг, С). Эти элементы вводят через флюс или обмазку в виде порошков или ферросплавов. Если обозначить вещества, находящиеся в металлическом расплаве, квадратными, а в шлаке - круглыми скобками, то типовая реакция раскисления осаждением будет иметь вид: [FeO] + (Me) [Fe] + (MeO). Новый оксид всплывает и переходит в шлак. Диффузионное раскисление - это направленная диффузия окисла из жидкого металла в шлак. Она основана на законе Нернста, согласно которому соотношение концентраций какоголибо вещества в двух несмешивающихся растворителях - величина постоянная: . : (МеО)/[МеО] = const. Если в шлак добавить раскислитель или разбавить его нейтральным компонентом, то концентрация (МеО) в шлаке уменьшится и начнется диффузия этого окисла из металла сварочной ванны в шлак. Азот образует с металлами химические соединения - нитриды: 8Fe + N2 = 2Fe4N; 4Fe + N2 = 2Fe2N. Медь - исключение. Она с азотом не реагирует, ее можно сваривать в азоте, как в инертном газе. С титаном азот реагирует бурно, реакция похожа на горение: 2Ti + N2 = 2TiN; 6Ti + N2 = 2Ti3N. Растворимость азота в железе уменьшается с понижением температуры. При охлаждении сварочной ванны азот, выделяясь из металла, может образовывать поры. Нитриды железа растворяются в железе, упрочняя его (рис. 13, б), но при этом резко уменьшается пластичность металла. Азот повышает хрупкость металла шва, ухудшает магнитные свойства сталей, увеличивает их электросопротивление и чувствительность к термообработке. Содержание азота в металле или его вредное влияние можно уменьшить введением в зону сварки элементов (например, Al, Zr, Ti), образующих с азотом нерастворимые в жидком металле нитриды, выходящие из металла в шлак или лишь незначительно ухудшающие его свойства. Например, алюминий, применяемый для раскисления железа, образует всплывающий из металла в шлак нитрид Al + N = A1N. Водород активно растворяется при высокой температуре в большинстве металлов, применяемых для изготовления сварных конструкций. Но с понижением температуры растворимость его резко уменьшается, водород начинает выделяться из жидкого металла, образуя поры. Особенно склонен к водородной пористости алюминий. Его окисел AI2O3 образует в металле шва включения, на твердой поверхности которых легко образуются пузырьки водорода. При сварке металл шва затвердевает быстро. Образующийся избыток водорода продолжает выделяться из твердого раствора. Скапливаясь в рыхлотах, микропустотах внутри металла атомарный водород образует молекулы. При этом увеличивается его объем, внутри микропустот увеличивается давление: в металле появляются напряжения. В результате металл становится хрупким, могут возникать трещины даже через несколько дней после сварки. В малых количествах водород может быть полезен как раскислитель. В целом водород в зоне сварки вреден. Водород можно удалить из сварочной ванны, связывая его в нерастворимые соединения, например фтором: [Н] + (F) = (HF). Фтористый водород улетучивается из жидкого металла. Лучший способ уменьшить количество газов в металле шва - это не допустить их в зону сварки. Для этого надо улучшать ее защиту от воздуха, просушивать и прокаливать сварочные материалы, зачищать металл от ржавчины, в рыхлотах которой хорошо держится влага. Полезна дегазация основного и присадочного металла, сваренных деталей путем отжига или медленного охлаждения в вакууме. При дуговой сварке молекулы водорода и азота, нагреваясь, диссоциируют в атмосфере дуги на атомы, часть которых образует положительные ионы. Эти ионы интенсивно притягиваются к катоду и внедряются в него - происходит электрическое поглощение газов металлом. Поэтому дуговую сварку ответственных деталей лучше вести неплавящимся электродом на постоянном токе прямой полярности: в сварочную ванну будет попадать меньше газов.


 

Рафинирование (очистка) - это удаление из металла вредных примесей: газов, серы, фосфора и др. Рафинируют металл с помощью окислительно-восстановительных реакций, вакуумным отжигом, замедленным охлаждением сваренных деталей. Хорошие результаты дает введение через электродную обмазку или флюс веществ (например, рутила ТЮ2 или плавикового шпата CaF2), растворяющих вредные примеси или образующих с ними нерастворимые в металле легкоплавкие соединения, переходящие из сварочной ванны в шлак или в атмосферу. Наиболее опасными для сталей считаются сера и фосфор, попадающие в сварочную ванну в виде примесей из шлака, из основного и присадочного металла. Уже при содержании в металле 0,01 % серы в процессе кристаллизации металла шва из раствора по границам зерен выпадает легкоплавкий сульфид железа FeS. От растягивающих напряжений при усадке металла в процессе его охлаждения прослойки, заполненные FeS, разрушаются, образуются горячие трещины. Таким образом, сера вызывает красноломкость стали - снижение ее прочности при высокой температуре. Процессы удаления серы из металла называют обессериванием (десульфурацией). Серу связывают в сульфиды, плохо растворимые в металле и хорошо - в шлаке (AI2S3, MnS), вводя в шлак чистые элементы (А1, Мп, Са) или их окислы (МпО, СаО). При этом хорошо идут в шлаке одновременно с раскислением следующие реакции: [FeS] + (Мп) = (MnS) + [Fe]; [FeS] + (СаО) = (CaS) + [FeO]. Можно также окислять серу, вводя в защитный газ кислород: [S] + (02) = (SO2). Сернистый газ S02 улетучивается в атмосферу. Фосфор образует с железом легкоплавкие фосфиды Fe2P и РезР, которые, так же как и сульфиды, располагаются в межзеренных прослойках металла шва. В результате снижается пластичность металла при низких температурах, увеличивается хладноломкость углеродистых сталей и склонность к трещинам высоколегированных аустенитных сталей. В металле шва фосфиды преобразуются в оксид фосфора с одновременным восстановлением железа из закиси: Окончательно обесфосфоривание (дефосфорацию) производят с помощью окислов МпО, MgO, СаО, которые образуют с оксидом фосфора комплексные соединения, переходящие из металла в шлак: [Р2О5] + (ЗСаО) = ((СаО)з • Р203). Для получения нужных свойств сварного соединения в металл шва можно добавлять элементы, обеспечивающие эти свойства. Этот процесс называют легированием. Легирующие элементы вводят через присадочный металл, флюс или обмазку электрода в виде порошков или ферросплавов. Кроме того, легирующие элементы поступают в шов из основного металла при его плавлении. Необходимо, чтобы легирующие элементы имели меньшее сродство к кислороду, чем свариваемый металл. В противном случае вместе с ними нужно вводить более активный элемент, который свяжет кислород и уменьшит окисление легирующих элементов. Окислы легирующих элементов должны растворяться в шлаке, а не в металле шва. При расчете легирования учитывают долю основного металла в металле шва, а также потери легирующих элементов на разбрызгивание, испарение, образование химических соединений. Эти потери зависят от химической активности легирующих элементов, способа, режимов и особенностей условий сварки и учитываются коэффициентами перехода. Например, при ручной дуговой сварке коэффициент перехода марганца из электрода с качественной обмазкой может быть 0,45...0,55. Кристаллизация - это процесс образования зерен (кристаллитов) металла при его охлаждении. Кристаллитом называют кристалл неправильной формы. Возникновение и рост кристаллитов при переходе металла из жидкого состояния в твердое называют первичной кристаллизацией. Преобразование первичных кристаллитов при охлаждении затвердевшего металла, структурные превращения в нем, называют вторичной кристаллизацией.

Сварочная ванна Объем расплавленного металла, образующийся при сварке плавлением под воздействием источника тепла, называют сварочной ванной. Различают сварочную ванну первого типа, образующуюся, например, при дуговой или газопламенной сварке, и второго типа, образующуюся при электрошлаковой сварке. Рассмотрим подробнее сварочную ванну первого типа, поскольку она встречается чаще (рис. 14). Рис. 14. Схема образования шва при дуговой сварке: 1 - линия (зона) сплавления; 2 - частично оплавленные зерна основного металла; 3 - столбчатые кристаллиты; 4 - кристаллизационные слои; 5 - автономные неориентированные кристаллиты; S - толщина свариваемой кромки; h - глубина проплавления; е - ширина шва; q - высота усиления шва. В головной части ванны на линии АБВ (на фронте плавления) происходит плавление основного металла. Под действием давления дуги, в) потоков газа, реакции паров металла, конвекции, возникающей из-за неравномерного нагрева, жидкий металл под источником тепла (под сварочной дугой) оттесняется, постоянно перемещаясь в хвостовую часть ванны. В нем образуется углубление-кратер, которым определяется глубина проплавления h. В хвостовой части ванны металл охлаждается и на задней границе ванны (на линии АГВ), которую называют фронтом затвердевания, кристаллизуется. Электродный или присадочный металл, расплавляясь, перемешивается в сварочной ванне с основным металлом и обеспечивает усиление q сварного шва. Между металлом шва и основным металлом свариваемой детали образуется четкая граница 7, которую называют зоной сплавления, или, при малой ее ширине, линией сплавления. Размеры и параметры сварочной ванны зависят от тепловой мощности источника тепла, скорости сварки и теплофизических свойств свариваемого и электродного материалов. Длину ванны при дуговой сварке можно определить по формуле L = к (С//)2 / (FCB52), где к = 2,8...3,6 мм/(кВ-А); U - напряжение на дуге, В; /- сила сварочного тока, А; 5 - толщина свариваемых кромок, мм. Длительность пребывания сварочной ванны в жидком состоянии рассчитывают как отношение длины сварочной ванны L к скорости сварки VCB: t-к - LI Ксв. Ширина сварочной ванны определяет ширину шва е, которая характеризует форму шва. Коэффициент формы шва \|/ приближенно находят как отношение ширины шва к глубине проплавления: \|/ = e/h.


 

Первичная кристаллизация металла сварочной ванны Процесс кристаллизации металла состоит из трех стадий. Это переохлаждение жидкого металла, образование центров кристаллизации и рост кристаллитов от этих центров. Переохлаждение - это охлаждение жидкого металла до температуры ниже температуры его плавления. От наличия переохлаждения зависит вторая стадия процесса кристаллизации: образование центров кристаллизации, зародышей будущих кристаллитов. Атомы расплавленного металла не могут самопроизвольно сложиться в кристаллиты. Необходимо, чтобы в расплаве была готовая твердая поверхность, на которой будут откладываться атомы из жидкого металла, нужны твердые зародыши будущих кристаллитов - центры кристаллизации. Расплав чистых металлов имеет однородный (гомогенный) состав, в нем нет примесей и посторонних включений. Если такой расплав охлаждать, то его переохлаждение будет увеличиваться до критического значения. Например, для железа это на 295 °С, для меди на 263 °С, для алюминия на 135 °С ниже температуры плавления. При таком переохлаждении в жидкости начинают создаваться устойчивые группировки атомов, некоторые из которых становятся центрами кристаллизации. Такие зародыши образуются сразу во всем объеме жидкости, кристаллиты растут на них во всех направлениях, мешая друг другу. Получается мелкозернистая однородная структура с хорошими механическими свойствами. Однако при сварке гомогенного расплава не бывает. Металл сварочной ванны неоднородный (гетерогенный). В нем могут быть не полностью расплавившиеся частицы основного, присадочного или легирующих материалов, он контактирует по границам ванны с частично оплавленными зернами основного металла. Эти твердые поверхности при сварке являются гетерогенными зародышами кристаллитов. Такие зародыши можно создавать искусственно, например вводя в сварочную ванну порошки элементов-модификаторов. Более тугоплавкие частицы этих элементов, находясь в металле ванны во взвешенном состоянии, служат центрами кристаллизации, что измельчает в структуру шва и улучшает его свойства. При сварке стали модифицировать металл шва можно, вводя в хвостовую часть ванны железные ^ опилки. Кристаллиты в сварочной ванне начинают расти на оплавленной поверхности зерен основного металла. Они растут по направлению максимального теплоотвода от жидкого металла перпендикулярно касательной к фронту затвердевания - к линии АГВ (см. рис. 14). Такие кристаллиты называют столбчатыми. Скорость роста столбчатого кристаллита зависит от величины переохлаждения перед его вершиной. У линии сплавления 1 в точках А к В нагрев и охлаждение одинаковы, переохлаждения не возникает, скорость роста кристаллита VK = 0. В точке Г теплоотвод наибольший, значит, в жидком металле вблизи этой точки возникнет максимальное переохлаждение и, соответственно, кристаллит здесь будет расти с максимальной скоростью. Таким образом, скорость роста кристаллита по мере перемещения его вершины по фронту затвердевания возрастает от нуля до максимального значения. Но изменение этой скорости происходит немонотонно. Дело в том, что при затвердевании выделяется скрытая теплота кристаллизации, которая раньше была затрачена на разрыв связей между частицами твердого металла при его плавлении. Эта теплота уменьшает переохлаждение и наступает момент, когда рост кристаллита практически прекращается. Затем переохлаждение вновь увеличивается - кристаллит вновь начинает расти, ускоряясь. Схема кристаллизации металла в сварочной ванне Процесс повторяется. Кристаллизация происходит слоями, которые располагаются параллельно фронту затвердевания. В зависимости от средней скорости кристаллизации в сварочной ванне могут расти столбчатые кристаллиты трех типов (рис. 15): гладкие, ячеистые и дендритные (древовидные). У линии сплавления (вблизи точки А) переохлаждение невелико, скорость кристаллизации мала. Фронт затвердевания гладкий, на нем нет выступов и впадин. Это гладкий рост кристаллитов. По мере увеличения переохлаждения на фронте затвердевания образуются выступы - начинается ячеистый рост. Ячеистые кристаллиты представляют собой ряд параллельных игл (ячеек), имеющих поперечный размер 10~5...10~6 см, между ячейками в пределах каждого кристаллита образуются субграницы. По мере увеличения переохлаждения увеличивается скорость кристаллизации, отдельные ячейки могут быстро прорастать в расплав в виде игл, образуя стволы (по оси первого порядка). От них по осям второго порядка растут ветви, на которых могут быть новые ветви, растущие по осям третьего порядка и т.д. Образуются древовидные крйсталлиты-дендриты, происходит дендритный рост. Вблизи оси шва перед фронтом затвердевания переохлаждение может быть так велико, что на имеющихся в расплаве включениях, которые в этом случае будут служить центрами кристаллизации, начнут расти во всех направлениях неориентированные кристаллиты. Это автономный рост кристаллитов. Столбчатые кристаллиты прекращают свой рост, упираясь в закристаллизовавшуюся зону автономного роста. Легирующие элементы и примеси в жидком металле в большинстве случаев растворяются лучше, чем в твердом. Поэтому в процессе кристаллизации происходит ликвация примесей, они выделяются из раствора и скапливаются по границам гладких и ячеистых кристаллитов и в пространствах между ветвями дендритов. Образуются ликвационные прослойки примесей, возникает химическая межкристаллитная и внутрикристаллитная неоднородность. Таким же образом возникает химическая неоднородность на границах кристаллизационных слоев. Металл ликвационных прослоек более легкоплавок и чаще всего имеет пониженную прочность и пластичность по сравнению с металлом кристаллитов. Поэтому химическая неоднородность металла шва ухудшает его механические свойства. Особенно опасно скопление на границах кристаллитов серы и фосфора. Поскольку примеси ослабляют в основном границы кристаллитов, возникает различие в свойствах металла шва в зависимости от направления нагрузки (анизотропия свойств): в направлении преимущественного роста кристаллитов механические свойства выше, чем в перпендикулярном направлении. Наименьшая химическая неоднородность возникает при гладком росте: примеси вследствие малой скорости кристаллизации оттесняются фронтом затвердевания, границы между кристаллитами тонкие. Больше примесей остается на границах кристаллитов и на субграницах ячеек при ячеистом росте. Наибольшая химическая неоднородность образуется при дендритном росте. Между автономными кристаллитами также образуются ликвационные прослойки, но здесь они менее опасны. Эти кристаллиты не имеют преимущественного направления роста, прослойки равномерно распределены в затвердевшем металле. Таким образом, наиболее опасны для качества сварного шва дендритные кристаллиты. Поэтому важно, чтобы первичная структура металла шва была мелкозернистой с незначительной химической неоднородностью. Этого можно добиться, вводя в сварочную ванну элементы-модификаторы или твердые частицы, которые послужат центрами для автономных кристаллитов*^ Другой путь измельчения структуры шва - это физическое воздействие на ванну переменным электромагнитным полем или ультразвуком. При этом в объеме ванны возникают колебания, волны горячего металла подмывают растущие столбчатые кристаллиты, их обломки, не успевая полностью расплавиться, служат новыми центрами кристаллизации - структура измельчается. Разрушению вершин столбчатых кристаллитов способствуют механические напряжения в них, возникающие в результате колебаний металла. При дуговой сварке соленоид, генерирующий электромагнитное поле, устанавливают над ванной так, чтобы его ось совпадала с осью электрода, - образуется продольное относительно электрода поле. Ультразвук вводят в сварочную ванну через тугоплавкий стержень, один конец которого помещают в жидкий металл хвостовой части сварочной ванны, а второй конец жестко прикрепляют к концентратору генератора ультразвуковых колебаний. При сварке плавящимся электродом можно присоединить к концентратору мундштук сварочной горелки.


 

Вторичная кристаллизация и строение сварного соединения С затвердеванием металла шва структурные превращения в нем не заканчиваются. Например, при сварке стали первичные кристаллиты сразу после их образования состоят из аустенита - твердого раствора углерода и легирующих элементов в железе, существующего при высоких температурах (750... 1500 °С ). В процессе охлаждения аустенит распадается, превращаясь в зависимости от состава стали и скорости охлаждения в другие фазы: пластичный феррит, более прочный перлит и прочный, но малопластичный мартенсит. Скорость охлаждения зоны сварки обычно велика, и структурные превращения не успевают произойти до конца. Следовательно, меняя скорость охлаждения сварного соединения, подогревая или искусственно охлаждая его, можно в некоторых пределах управлять вторичной кристаллизацией металла шва и его механическими свойствами. Теплота, выделяемая источником нагрева, при сварке распространяется в основной металл. Его участки нагреваются до температуры плавления на границе сварочной ванны и имеют температуру окружающей среды вдали от нее. Это не может не сказаться на структуре металла. Зону основного металла, в которой в результате нагрева и охлаждения металла происходят изменения структуры и свойств, называют зоной термического влияния (ЗТВ). Каждая точка в ЗТВ в зависимости от расстояния до оси шва достигает различной максимальной температуры, нагревается и охлаждается с различными скоростями. Изменение температуры данной точки во времени называют термическим циклом. Каждая точка ЗТВ имеет при сварке свой термический цикл. Значит, металл в ЗТВ подвергается в результате сварки нескольким видам термической обработки. Поэтому в ЗТВ наблюдаются четко выраженные участки с различной структурой и свойствами. У каждого свариваемого материала в ЗТВ будут свои, характерные для этого материала, структурные участки. Наиболее наглядна эта структурная неоднородность ЗТВ при сварке плавлением низкоуглеродистой стали (рис. 16). Непосредственно к металлу шва примыкает участок неполного расплавления 1. Это тонкая (в несколько микрон) переходная полоска от металла шва к основному металлу, состоящая из частично оплавленных зерен основного металла. Металл участка неполного расплавления химически неоднороден, в нем концентрируются напряжения. Этот участок сильно влияет на свойства соединения в целом. За ним следует участок перегрева 2. В нем металл нагревается до температуры выше 1130 °С, зерно успевает сильно вырасти и при охлаждении не измельчается. Здесь возможно выделение пластичной фазы - феррита - не по границам зерен, а внутри их в виде иголок или пластинок. Такая структура называется видманштедтовой. Она обладает плохими механическими свойствами, в частности низкой ударной вязкостью. Участок неполного расплавления и участок перегрева вместе называют около шовной зоной. При температуре 900... 1100 °С образуется участок нормализации (полной перекристаллизации) с мелкозернистой структурой. В этом участке длительность пребывания металла при высокой температуре невелика, зерно не успевает вырасти, а при охлаждении - измельчается. Поэтому металл здесь имеет самые высокие механические свойства. Участок 4 неполной перекристаллизации определяется диапазоном температуры 723...900 °С. Конечная структура на этом участке состоит из крупных зерен, не успевших пройти перекристаллизацию, и расположенных между ними мелких зерен, образовавшихся при перекристаллизации. По механическим свойствам металл здесь хуже, чем на участке нормализации 5, но лучше, чем на участке перегрева. На участке рекристаллизации 5 металл нагревается до температуры 500...723 °С. Структура его не изменяется, но если сваривался металл, подвергавшийся холодной прокатке, или легированный металл после термообработки (например, закалки), то на этом участке восстановится исходная структура металла. При этом несколько уменьшится прочность, но возрастет пластичность металла. На участке б, нагревающемся до температуры ниже 500 °С, видимых изменений структуры не происходит. Однако металл здесь охлаждается очень медленно, подогреваясь от соседних участков, и поэтому вплоть до температуры 100 °С по границам зерен могут выделяться микроскопические частицы примесей. Это явление называют старением металла. В результате старения снижается вязкость, чему также способствуют образующиеся в процессе сварки пластические деформации металла вследствие его теплового расширения. Охрупчивание металла, нагревавшегося до температуры, при которой образуются синие цвета побежалости (200...400 °С ), называют синеломкостью, а участок б - участком синеломкости. Ширина зоны термического влияния зависит от количества тепловой энергии, приходящейся на единицу длины шва, - погонной энергии. При ручной дуговой сварке, например, стали ширина ЗТВ составляет 5...6 мм, при газопламенной сварке она доходит до 25 мм.


 

Технологической прочностью материала называют его способность воспринимать без разрушения напряжения и деформации, возникающие в процессе обработки. При сварке низкая технологическая прочность металла приводит к образованию трещин в металле шва и в зоне термического влияния. Различают два основных вида трещин: горячие и холодные.

 

Горячие трещины Горячие трещины образуются в процессе первичной кристаллизации, поэтому их называют иногда кристаллизационными трещинами. Выделяющиеся из затвердевающего металла примеси образуют легкоплавкие прослойки между кристаллитами. В то же время при охлаждении металла его объем уменьшается, в нем возникают растягивающие напряжения. Пока прослойки между кристаллитами еще жидкие, под действием этих напряжений кристаллиты легко смещаются относительно друг друга. Но при последующем охлаждении прослойки примесей затвердевают. Их прочность в это время значительно ниже прочности металла кристаллитов, прослойки разрушаются, образуются трещины. Отсюда вытекают три внешних признака горячих трещин, по которым их можно определить при внешнем осмотре сварного шва. Вопервых, горячие трещины всегда располагаются по границам зерен, значит, они не прямолинейные, а извилистые. Во-вторых, они могут образовываться, только если металл хотя бы частично расплавляется, значит, они могут располагаться только в металле шва или около шовной зоны. В-третьих, они образуются при высоких температурах, значит, поверхность металла внутри трещины окисляется на воздухе и в изломе трещины должны быть видны цвета побежалости. Склонность металла сварного соединения к образованию горячих трещин зависит от химического состава металла шва, формы шва и режима сварки, определяющего скорость охлаждения металла. Некоторые из легирующих элементов (например, хром) могут уменьшать, а некоторые (например, никель) - увеличивать склонность металла к горячим трещинам. Для сталей и жаропрочных сплавов влияние основных элементов можно оценить приближенно по отношению эквивалентного содержания хрома Сгэ и никеля Ni3: Сгэ = Сг + Мо + 2А1 + 2Ti + Nb | W | 0,5Та + l,5Si; Ni31 Ni +30С + 12В + Со + 0,5Мп. Здесь суммируются процентные содержания легирующих элементов в данной стали или сплаве. Если Сгэ/ Ni3 > 1, то данный материал не склонен к образованию горячих трещин, и наоборот. . Следовательно, для повышения технологической прочности можно регулировать состав металла шва, выбирая электродный или присадочный металл, содержащий больше легирующих элементов, увеличивающих Сгэ, если это не ухудшит заданные свойства сварного соединения. Форма шва определяет преимущественное расположение ликвационных прослоек между столбчатыми кристаллитами по отношению к растягивающим напряжениям, возникающим при усадке металла, а также величину этих прослоек. Узкий шов с глубоким проплавлением наиболее склонен к образованию горячих трещин. Столбчатые кристаллиты в нем растут навстречу друг другу, образуя в центре шва обширную ликвационную прослойку, которая расположена поперек преимущественного направления напряжений. При увеличении коэффициента формы шва \|/ (см. подразд. 1.4.1), при увеличении ширины шва с той же глубиной проплавления кристаллиты располагаются под углом к оси шва и смыкаются только в верхней его части. Ликвационные прослойки невелики и расположены под углом к направлению напряжений. Стойкость такого шва против горячих трещин увеличивается, но при дальнейшем увеличении коэффициента формы шва вновь может снизиться, так как увеличиваются размеры ликвационных прослоек. Оптимальна форма шва с коэффициентом \|/ = 3...7. Уменьшить склонность сварных швов к горячим трещинам можно, уменьшая скорость сварки. При этом уменьшается скорость охлаждения, напряжения в металле нарастают медленнее, металл межкристаллитных прослоек успевает деформироваться без разрушения, трещины не образуются. Тот же эффект можно получить, подогревая детали перед сваркой до температуры 300... 400 °С. Наиболее эффективное средство борьбы с горячими трещинами это создание в сварочной ванне условий для образования мелкозернистой структуры с минимальной химической неоднородностью. Способы создания такой структуры рассмотрены в разд. 1.4.

Холодные трещины Холодные трещины образуются в процессе вторичной кристаллизации при температуре от 200 °С и вплоть до комнатной температуры. При такой температуре в металле уже произошли основные фазовые превращения, металл приобрел присущие ему механические свойства. Если в это время в нем появятся внутренние напряжения, которые, возрастая, превысят предел его прочности, то металл разрушится - образуются трещины. Появление в металле таких критических напряжений объясняется двумя причинами: увеличением объема металла при фазовых превращениях и выделением водорода из твердого металла. Первая причин а связана с разностью удельных объемов образующихся при вторичной кристаллизации фаз. Например, у аустенита он составляет 0,1275 см3/г, а у прочного, но малопластичного мартенсита - 0,1310 см3/г. При сварке закаливающихся сталей исходная твердая фаза - аустенит - при охлаждении почти полностью распадается, превращаясь в другие фазы, в том числе и в мартенсит. Металл при Щ этом увеличивается в объеме, как бы разбухает. Основные превращения Л: происходят при температурах выше 400 °С, горячий металл пластичен, ^ напряжений в нем не возникает. Чем больше скорость охлаждения, тем больше образуется мартенсита, происходит закалка, но в то же время больше остается аустенита, не успевшего распасться при высоких температурах. Его превращение в мартенсит медленно продолжается при низких температурах, при которых металл приобрел высокую прочность, но стал хрупким. Теперь в результате увеличения объема возникают и накапливаются внутренние напряжения, образуются трещины. Вторая причин а возникновения внутренних напряжений связана с различной растворимостью водорода в твердом и жидком металле. В процессе сварки ванна жидкого металла интенсивно растворяет водород. При затвердевании металла в твердой фазе образуется избыток водорода, его атомы выделяются из раствора и, скапливаясь в микропустотах и несплошностях сварного шва, образуют молекулы. Количество водорода в этих несплошностях растет, давление в них увеличивается, в окружающем металле возникают и накапливаются напряжения, образуются трещины. Оба эти процесса протекают медленно, холодные трещины могут образовываться спустя несколько часов или даже дней после сварки. Холодные трещины можно отличить от горячих по внешнему виду. Они образуются при низких температурах, когда межкристаллитные прослойки приобрели достаточную прочность. Поэтому трещины проходят как по границам, так и по телу зерна. Они ровные, не извилистые. Их излом белый, блестящий, окисление его поверхности не происходит. Располагаются холодные трещины как в металле шва, так и в зоне термического влияния, на участках, где происходили фазовые превращения с образованием твердой и хрупкой структуры. Склонность металла сварного соединения к образованию холодных трещин зависит от химического состава свариваемого металла, а также от режима и условий сварки, определяющих скорость охлаждения металла и возможность попадания водорода в сварочную ванну. Легирующие элементы, способствующие возникновению закалочных структур, увеличивают склонность сталей к холодным трещинам. Их совокупное влияние можно определить по эквивалентному содержанию углерода Сэ как сумму их концентраций в данной стали в процентах с учетом коэффициентов влияния: Стойкость против холодных трещин хорошая при Сэ < 0,25, удовлетворительная при Сэ = 0,25...0,45 и плохая при Сэ > 0,45. Увеличить стойкость сварного соединения против холодных трещин можно, изменяя параметры режима сварки так, чтобы уменьшить скорость охлаждения металла, уменьшая тем самым опасность возникновения хрупкого закаленного участка в зоне термического влияния. Для этого можно выбирать режим сварки с повышенной энергией, увеличивая мощность источника тепла или уменьшая скорость сварки. Применяют подогрев изделия после сварки или сопутствующий подогрев во время сварки, например газовой горелкой, высокочастотным индуктором, либо второй сварочной дугой. Мелкие детали после сварки можно укладывать в ящик с песком. Детали из сталей с плохой стойкостью против холодных трещин подвергают после сварки общей термообработке (отпуску) в печах. Для уменьшения количества водорода в сварочной ванне надо тщательно контролировать и просушивать электроды, газы, флюсы и другие вспомогательные сварочные материалы, а также кромки свариваемых деталей, не допуская попадания влаги в зону сварки. Для предупреждения образования как холодных, так и горячих трещин надо уменьшать жесткость деталей, изменяя их конструкцию. Например, вместо массивных деталей лучше применять тонкостенные, выполненные из листа или профильного проката. Это уменьшит скорость охлаждения и позволит снизить внутренние напряжения, возникающие в металле при сварке за счет свободной деформации нежесткой детали. Свариваемость металлов Одно из важных технологических свойств металлов - это их свариваемость, под которой понимают способность данного металла или сочетания разнородных металлов образовывать сварное соединение, удовлетворяющее эксплуатационным требованиям к изделию. Для разных видов сварки свариваемость одного и того же металла может быть различной. Поскольку требования к сварному изделию различны и многообразны, различными могут быть и показатели свариваемости и способы ее определения. Из их числа можно выделить три основные группы испытаний на свариваемость. Это определение стойкости металла шва к образованию горячих трещин, определение стойкости сварного соединения к образованию холодных трещин и проверка служебных характеристик сварного соединения. Испытания на определение стойкости металла к образованию горячих трещин производят на специальных установках, в которых сваривают образцы, принудительно деформируя их с различной скоростью во время сварки. О стойкости против трещин судят па критической скорости деформирования, при которой появляются трещины. Более простой способ испытаний - сварка жестких образцов технологической пробы различных конструкций. Примером могут служить тавровая проба с ребрами жесткости и кольцевая проба (рис. 17). Сначала сваривают шов 7, затем шов 2. О сравнительной стойкости испытываемого металла и пригодности режима сварки судят по отсутствию или наличию трещин в шве 2 и по их суммарной длине. Для определения стойкости сварного соединения к образованию холодных трещин также применяют два вида испытаний. Это способы количественной оценки склонности к трещинам путем нагрева и охлаждения образцов с различными скоростями при одновременном их деформировании в специальных машинах и технологические пробы, которые позволяют производить оперативные испытания. Наиболее распространены технологическая крестовая проба и проба Кировского завода (рис. 18). На крестовой пробе в указанной последовательности а накладывают четыре шва.


 

Технологические пробы на лее жестких условиях, по появлению в нем трещин судят о свариваемости данного металла. В а - крестовая; б - Кировского завода; пробе Кировского завода, изменяя толщину металла под вы наложения швов точкой и дополнительно подогревая или охлаждая образец при наложении шва на дно выточки, меняют скорость охлаждения и степень его подкалки. О свариваемости металла судят по наличию или отсутствию в шве холодных трещин. При проверке служебных характеристик сварного соединения производят испытания, определяя их механические свойства, стойкость против коррозии, герметичность, а также их соответствие эксплуатационным требованиям. Механические испытания разделяют на три вида: статические, когда нагрузка на испытываемый образец возрастает плавно; динамические, когда нагрузка прилагается мгновенно, ударом; и усталостные, когда к испытываемому образцу прилагают переменные по величине или по направлению усилия (циклическая нагрузка). Испытания производят на стандартных образцах, которые вырезают непосредственно из контролируемой сварной конструкции или из специально сваренных в таких же условиях контрольных образцов. Виды испытаний, методика их проведения, форма образцов определены государственными стандартами. В результате испытаний определяют предел прочности, относительное удлинение, угол загиба, ударную вязкость, твердость, усталостную прочность и другие показатели механических свойств металла сварного соединения. Некоторые ответственные сварные конструкции испытывают на конструктивную прочность, прилагая к ним нагрузки, превышающие эксплуатационные, и определяя, при какой нагрузке конструкция разрушается. Например, сварные емкости разрушают внутренним давлением жидкости - производят гидроиспытания. По результатам таких испытаний одного-двух изделий судят о необходимости доработки конструкции или технологии ее изготовления.

Газопламенными называют виды обработки, при которых металл нагревают пламенем от сжигания газа или паров горючих жидкостей в смеси с кислородом. С помощью газового пламени можно сваривать, паять, разрезать металл, наплавлять на детали слои с нужными свойствами, нагревать участки деталей для местной термообработки, правки или очистки поверхностей, наносить (напылять) на поверхность деталей металлические покрытия для восстановления износа или защиты от коррозии. Для нагрева под пайку газо-воздушное пламя применяли давно. Но сваривать большинство металлов (кроме легкоплавких, например свинца) таким пламенем не удавалось из-за его относительно низкой температуры (1100...2000 °С) при значительных (до 50...75 %) потерях тепла на бесполезный нагрев окружающей атмосферы. В 1885 г. французский ученый Анри Луи Ле Шателье, сжигая ацетилен в кислороде, получил пламя с температурой выше 3000 °С. Несколько лет спустя его земляки инженеры Эдмон Фуше и Шарль Пикар предложили конструкции ацетиленокислородных горелок, дающих пламя с температурой до 3100 °С. (Эти конструкции почти не изменились до наших дней.) Так было положено начало газопламенной сварке. С 1906 г. ее стали применять в России. Вначале новый способ назвали автогенной сваркой, от греческих слов "автос" - сам и "генес" - возникаю. Этим подчеркивалась легкость процесса по сравнению с кузнечной сваркой, при которой соединение получали совместной ковкой наложенных друг на друга разогретых деталей. Термин "автогенная сварка" устарел, с 1950 г. применяют термины "газовая" или "газопламенная сварка".

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

 

ПРИНЦИПЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КЛАССИФИКАЦИИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Конструктивное разнообразие сварных конструкций затрудняет их классификацию по единому признаку. Их можно классифицировать по целевому назначению (вагонные, судовые, авиационные и т.д.), в зависимости от толщины свариваемых элементов (тонкостенные и толстостенные), по материалам (стальные, алюминиевые, титановые и т.д.), по способу получения заготовок (листовые, сортопрофильные, сварно-литые, сварно-кованые и сварно-штампованные). Для создания типовых технологических процессов целесообразна классификация по конструктивной форме сварных изделий и по особенностям эксплуатационных нагрузок. По этим признакам выделяют решетчатые сварные конструкции, балки, оболочки, корпусные транспортные конструкции и детали машин и приборов.

Решетчатая конструкция - это система стержней из профильного проката или труб, соединенных в узлах таким образом, что стержни испытывают растяжение или сжатие, а иногда сжатие с продольным изгибом. К ним относят фермы, мачты, колонны, арматурные сетки и каркасы.

Балкам и называют конструкции таврового, двутаврового, коробчатого или других видов сечения, работающие в основном на поперечный изгиб. К ним относят поперечные и продольные балки мостовых кранов, балки подкрановых путей, строительные колонны, пролетные балки мостов и т.п.

Оболочковые конструкции делят на два типа: работающие при избыточном давлении (емкости, автоклавы, сосуды и трубопровsystem-pagebreakоды) и работающие при знакопеременных нагрузках и высокой температуре (корпуса вращающихся цементных печей, трубных мельниц, биобарабанов и т.п.).

Корпусные транспортные конструкции подвергаются динамическим нагрузкам. От них требуется высокая жесткость при минимальной массе. К ним относят корпуса судов и летательных аппаратов, вагонов, кузова автомобилей. Детали машин и приборов работают преимущественно

при переменных, многократно повторяющихся нагрузках. Характерное требование к ним при сварке - получение точных размеров. Примеры таких изделий: станины, валы, транзисторы, мембранные узлы.


 

Технологичность конструкции - это совокупность свойств, определяющих возможность ее изготовления с наименьшими затратами труда и материалов методами прогрессивной технологии в соответствии с требованиями к качеству.

 

Отработка технологичности - это непрерывный процесс, начинающийся с эскизного проекта конструкции и продолжающийся на всех стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации как опытных, так и серийных образцов. В процессе эксплуатации наиболее технологичной будет конструкция, которая при заданной надежности имеет наименьшее число отказов и требует минимальных затрат на восстановление и обслуживание.

Технологичность конструкции зависит от масштаба ее выпуска и типа производства. Конструкция, высокотехнологичная для одного масштаба выпуска, может оказаться нетехнологичной для другого. Технологичность отдельных деталей и узлов должна быть увязана со всем изделием в целом. На технологичность сварной конструкции влияют основной и наплавленный металл, точность изготовления деталей, подбор оптимальных конструктивных и технологических баз и размерных цепей, выбор способов сварки, мест эксплуатационных и технологических разъемов, толщина соединяемых деталей, размеры швов, возможность автоматизации и механизации процесса изготовления, применения стандартного оборудования и т.д. Проектирование и изготовление не должны противопоставляться друг другу, должна быть взаимосвязь между ними. На предприятиях, где налажен контроль проектируемых конструкций на технологичность, производятся наиболее технологичные конструкции.

Большое влияние на технологичность сварных конструкций оказывает свариваемость - способность данной конструкции при данном материале обеспечивать высокое качество сварных соединений. В первом приближении свариваемость сталей можно определить по эквиваленту углерода, одна из формул для подсчета которого приведена в гл. 1. Кроме химического состава на свариваемость влияет и толщина свариваемых кромок. С учетом этого фактора эквивалент углерода для низкоуглеродистых сталей можно определить из выражения или для легированных сталей где С, Mn, Ni, Сг, Mo,V - верхнее содержание элементов в стали; 5 толщина металла, мм.

Если для низкоуглеродистых сталей Сэ > 0,5, а для легированных Сэ > 0,45, то необходим подогрев основного металла перед сваркой. Чем больше значение Сэ, тем выше должна быть температура подогрева. Ее можно приближенно определить по формуле

Тп = 350д/Сэ-0,25, °С.

Одним из основных условий технологичности сварных конструкций является доступность ее швов для автоматических процессов сварки. Все швы должны быть доступны сварке в нижнем положении и "в лодочку" с учетом возможности кантовки изделия при дуговой и газопламенной сварке либо в вертикальном положении при дуговой сварке с принудительным формированием шва и при электрошлаковой сварке. При выборе формы разделки кромок следует учитывать, что для сварки поворотных стыков удобна двухсторонняя Х-образная разделка, которая в этом случае значительно сокращает объем наплавляемого металла по сравнению с односторонней разделкой. Лишний наплавленный металл ухудшает качество конструкции и увеличивает трудоемкость ее изготовления. Себестоимость единицы массы наплавленного металла в 15...20 раз выше себестоимости единицы массы всей сварной конструкции. Увеличение катета углового шва лишь незначительно повышает его несущую способность, но резко увеличивает объем наплавленного металла. Например, если увеличить катет с 6 до 8 мм, то несущая способность шва увеличится в 1,3 раза, а объем наплавки возрастет в 1,8 раза.

Существуют два подхода к определению технологичности сварной конструкции: качественная оценка на основе инженерного опыта специалистов и количественные критерии, установленные ГОСТ 14.201-83.

Качественный анализ технологичности (рис. 184) производят по характеру рабочих нагрузок и по технологическим параметрам. В вариантах 1 и 3 сварные соединения работают на срез. Для уменьшения углового поворота при сварке фланец необходимо укрепить ребрами. Сборка фланца и днища с корпусом трудоемка и не поддается механизации, применение механизированных способов сварки затруднено. Неразрушающий контроль качества сварных соединений сложен. После сварки необходима механическая обработка фланца. В вариантах 2 и 4 сварные соединения работают на разрыв, сборка фланца и днища с корпусом проще и хорошо механизируется, возможно применение автоматической сварки с обеспечением полного провара всей толщины металла. Затруднений для контроля качества нет. Механическая обработка после сварки не требуется, так как фланец окончательно обработан до сварки. Поэтому опытный специалист признает варианты 2 и 4 более технологичными. Для количественной оценки технологичности сравнивают базовый и проектный варианты конструкции по трудоемкости, себестоимости, эффективности использования материалов, относительному расходу наплавленного металла, уровню механизации сварочных работ и уровню комплексной механизации технологического процесса изготовления изделия в целом.


 

Часть производственного процесса, содержащую действия по изменению предмета производства, называют технологическим процессом. Законченную часть технологического процесса, выполняемую на одном рабочем месте, называют технологической операцией. Она служит основной расчетной единицей для определения производительности, технического нормирования труда и расчетов загрузки оборудования. Законченную часть операции, характеризуемую постоянством применяемого инструмента и поверхностей, образуемых обработкой или соединяемых при сборке, называют переходом. Исходными данными для проектирования технологического процесса изготовления сварной конструкции являются чертежи изделия, технические условия и планируемая программа выпуска. Чертежи и технические условия (ТУ) содержат данные о материалах заготовок, их конфигурации, размерах, типах сварных соединений, требованиях, предъявляемых к материалам и оборудованию, а также к выполнению технологических и контрольных операций, и критерии качества сварных соединений. Требования к качеству сварных соединений зависят от особенностей эксплуатационных нагрузок и возможных последствий аварии. По этим требованиям все сварные изделия условно делят на три группы. Первая групп а - это особо ответственные изделия, разрушение которых приводит к человеческим жертвам. К ним относят сосуды, работающие под давлением, грузоподъемные машины, транспортные устройства и т.п. Втора я групп а - ответственные изделия, разрушение которых вызывает большие материальные потери. Это, например, устройства, встроенные в сложные технологические линии производства продукта, авария которых приводит к остановке всей линии. Треть я групп а - неответственные изделия. Программа выпуска содержит сведения о числе изделий, которые надо изготовить в течение конкретного срока (месяц, год). Эти сведения служат основанием для выбора оборудования, технологической оснастки и средств механизации. С учетом программы выпуска оценивают экономическую эффективность технологического процесса. Технологический процесс должен обеспечивать наилучшие условия выполнения каждой отдельной операции. Он должен предусматривать максимальную замену ручного труда путем комплексной механизации и автоматизации не только отдельных операций, но и производства в целом. Для мелкосерийного и серийного производства должны быть предусмотрены универсальное оборудование и приспособления, пригодные для широкого диапазона типоразмеров заготовок и изделий. Для крупносерийного и массового производств используют более производительное специализированное оборудование в составе поточных автоматических и роторных линий. Однако линии со специализированным оборудованием дорогостоящи и при смене изделия не поддаются переналадке. Поэтому выгоднее применять переналаживаемые гибкие автоматизированные производственные системы (ГАПС). Их можно создавать на основе промышленных роботов (см. гл. 18). Универсальность промышленных роботов дает возможность автоматизировать практически любые операции, выполняемые человеком, а быстрота смены программы позволяет обеспечить ту же гибкость, которой обладает производство, обслуживаемое человеком. Технологический процесс изготовления сварной конструкции включает в себя последовательное выполнение заготовительных, сборочных, сварочных, контрольных, отделочных операций, называемых основными, и вспомогательных операций, таких как транспортировка, кантовка и т.п. В соответствие с этим по технологическому принципу создаются подразделения сварочных производств (табл. 30). При проектировании технологических процессов изготовления сварных конструкций руководствуются правилами Единой системы технологической документации (ЕСТД), представляющей собой комплекс государственных стандартов, устанавливающих правила и положения разработки, оформления и обращения технологической документации. Проектирование технологических процессов включает в себя разработку межцеховых технологических маршрутов деталей и сборочных единиц, разработку технологических операций на все виды работ, составление материальных и трудовых норм, определение методов и средств технического контроля, разработку принципиальных схем приспособлений для сборки и сварки узлов и подготовку технических заданий на проектирование приспособлений. Технологические операции для единичного и мелкосерийного производства укрупненно записываются на маршрутных картах согласно ГОСТ 3.1118-82, а для серийного и массового производства - более подробно на операционных картах по ГОСТ 3.1407-86. Операционные карты содержат описание всех операций различных видов работ в технологической последовательности с указанием оборудования, приспособлений, инструмента, материалов и норм времени. При описании технологических процессов сварки и пайки независимо от типа и характера производства все операции должны быть подробно изложены с обязательным указанием технологических режимов. Операционные карты дополняются картами эскизов, содержащих рисунки, эскизы, схемы, таблицы, необходимые для понимания и выполнения операций и переходов, изложенных в операционных картах. Пример оформления технологического процесса сборки и сварки на операционных картах согласно ЕСТД показан на рис. 185. В операционных картах применены следующие условные обозначения: ОК операционная карта; О - переход операции; К/М - комплектующие детали и материалы; Р - режимы; МИ - масса изделия; Т - инструмент; То - основное время на переход; Тв - вспомогательное время на переход; ОПП - обозначение подразделения (кладовой, склада), откуда поступают детали, сборочные единицы, материалы или куда поступают обработанные детали, узлы; ЕВ - единицы измерения величины (массы, длины и т.п.); ЕН - единица нормирования, на которую устанавливается норма расхода материала (например, 1, 10, 100); КИ - количество деталей, сборочных единиц, применяемых при сборке изделия; Н. расхода - норма расхода материала; PC - режим сварки; ПС обозначение положения сварки по ГОСТ 11969-79; ДС - диаметр сопла для сварки в защитных газах со струйной защитой, мм; /с - расстояние от торца сопла до поверхности свариваемых деталей; /э - вылет электрода, мм; U - напряжение дуги; I - сила сварочного тока; Vc скорость сварки; Vn - скорость подачи присадочного материала; доз расход защитного газа. На некоторых промышленных предприятиях применяют свои формы технологических маршрутных и операционных карт, установленные стандартами этих предприятий (СТП), но требования ЕСТД при этом должны соблюдаться. Для единичного и мелкосерийного производства могут применяться типовые технологические процессы, которые содержат технологические операции и переходы изготовления группы изделий с общими конструктивно-технологическими признаками.


 

От качественного изготовления деталей во многом зависит качество сборки и сварки изделий. Поступающий на предприятие металлопрокат сортируют по видам, толщине, химическому составу и механическим свойствам. Правкой устраняют деформации листов и сортового проката, образовавшиеся при его производстве, транспортировке и хранении. Правку осуществляют на многовалковых листоправильных или сортоправильных машинах в холодном состоянии. Сильно деформированный металл большой толщины правят с помощью локального поверхностного нагрева газовыми горелками. Поверхность металла очищают от загрязнений, окалины и ржавчины на механизированных линиях, в которые встроены дробеметные или иглофрезерные механизмы и камеры для покрытия очищенных поверхностей грунтом, защищающим от окисления.

Разметку делают вручную, перенося контур деталей на металл в натуральную величину. При разметке применяют стандартный инструмент: стальные рулетки, линейки, угольники, циркули, кернеры и т.п., а также наметочные шаблоны, изготовленные из тонколистовой стали или из плексигласа. Разметочные линии наносят мелом, кернением, графитовым карандашом или рисками, наносимыми чертилкой. При разметке учитывают припуски на укорочение деталей при сварке и на механическую обработку.

Механическую разделительную резку производят на гильотинных ножницах и пресс-ножницах. Для вырезки листовых деталей с непрямолинейными кромками используют дисковые ножницы. Многодисковые ножницы применяют для получения листовой заготовки с параллельными кромками или при роспуске рулонного металла на полосы. Разделительную резку можно выполнять дисковыми или ножовочными механическими пилами, отрезными резцами на станках, абразивными электрокорундовыми или вулканитовыми кругами. В серийном производстве для получения заготовок с высокой точностью применяют вырубку в штампах.

Широко применяется разделительная термическая резка, занимающая до 75 % объема заготовительных операций (см. гл. 17). Ручную и полуавтоматическую резку листов производят по разметке, а автоматическую - по металлическим копирам, по масштабному чертежу-копиру или на машинах с программным управлением. Часто кислородную резку, особенно машинную, сочетают со снятием фасок для разделки стыков деталей под сварку. Применение механической обработки кромок оправдано лишь в случаях образования фасок сложной формы, при обработке деталей из легированных сталей, цветных металлов и их сплавов, при обработке литых и кованых заготовок. Механическую обработку ведут на кромкострогальных или фрезерных станках. Детали цилиндрической или конической формы получают гибкой листов на трех или четырех валковых вальцах в холодном или горячем состоянии. Если отношение радиуса гиба к толщине металла < 25, то перед гибкой лист нагревают до температуры 1100 °С, при больших значениях этого отношения производят гибку в холодном состоянии. Детали двойной кривизны (в двух взаимно перпендикулярных плоскостях) получают вытяжкой, вальцовкой на специальных машинах, обтяжкой, выдавливанием и т.п. Лепестки для крупных шаровых резервуаров делают на многовалковой машине, имеющей форму валков и расположение их осей в соответствие с радиусом обрабатываемой сферической оболочки. Днища эллипсной или сферической формы выполняют из круговой листовой заготовки вытяжкой на прессе с помощью пуансона и матрицы. Детали с переменой кривизной, отличающиеся от тел вращения, получают на растяжно-обтяжных прессах за счет движения профилированного пуансона и дополнительного растягивающего усилия подвижных зажимов. Выдавливание используют для формообразования деталей типа тел вращения. Процесс выдавливания заключается в местном пластическом изгибе круговой вращающейся заготовки давильным инструментом, перемещающимся в плоскости оси вращения профилированной оправки. Под действием инструмента заготовка принимает форму оправки.

Для гибки деталей из сортового проката (уголок, швеллер, труба, тавр и т.п.) используют роликогибочные и трубогибочные станки. Такие станки оснащены комплектом сменных гибочных роликов для каждого вида профиля. Профильные заготовки можно сгибать в виде замкнутых колец, дугообразных элементов, спиралей и т.п.

Кромки деталей от грата, окалины, заусенцев и ржавчины очищают при помощи пневматических зубил и шлифовальных машинок с абразивными или проволочными кругами.


 

Сборка деталей под сварку по трудоемкости занимает от 10 до 32 % от общей трудоемкости изготовления сварного изделия.

 

Имеются три подхода к выполнению сборочных и сварочных работ: полная сборка изделия из всех входящих в него деталей с последующей сваркой всех швов; последовательное присоединение деталей и их приварка к ранее сваренной части изделия; поузловая сборка и сварка, когда изделие расчленяют на технологические узлы, которые собирают и сваривают отдельно, а затем из них собирают и сваривают изделие в целом. Применение любого из этих вариантов зависит от конструктивной формы изделия, его габаритов, способов транспортировки к заказчику и масштаба производства. Относительно простые изделия с небольшим числом деталей несложной формы выгоднее изготавливать по первому или второму варианту. Сложные пространственные конструкции целесообразно расчленять на технологические узлы - это позволит упростить сборку и сварку, уменьшить сварочные напряжения и деформации всей конструкции.

В современном производстве наиболее узким местом по механизации труда являются сборочные работы. В единичном и мелкосерийном производстве уровень механизированного труда сборщиков сварных конструкций составляет не более 5 %. Даже в крупносерийном производстве при сборке легковых автомобилей доля ручного труда достигает 25 %. Поэтому для уменьшения времени сборки, облегчения труда рабочих и обеспечения точности собираемого узла применяют различные приспособления. Они могут быть сборочными, предназначенными только для сборки узлов, или сварочными - для сварки уже собранных узлов. Применяют также сборочно-сварочные приспособления, в которых производят сборку и частичную или полную сварку узла.

При изготовлении и монтаже сварных конструкций применяют большую группу переносных универсальных приспособлений (рис. 186). Сборочные струбцины (рис. 186, а, б) и болтовой зажим (рис. 186, в) применяют для прижатия деталей друг к другу при сборке и прихватке, болтовой (рис. 186, г) и клиновой (рис. 186, д) зажимы применяют при сборке под сварку стыковых соединений, хомуты (рис. 186, е, ж) - при сборке балочных конструкций, клиновая скоба (рис. 186, з) создает усилие прижатия за счет пружинения при насаживании ее на собираемые детали ударами молотка, болтовую стяжку (рис. 186, и) применяют для регулировки зазоров в стыковых соединениях, рычажную стяжку (рис. 186, к) используют при сборке металлоконструкций в монтажных условиях, винтовую стяжку (рис. 186, л) и винтовые распоры (рис. 186, н, о, п) применяют для устранения эллипсности в оболочках цилиндрической формы, угловую стяжку (рис. 186, м) используют при сборке замыкающих стыков обечаек, установочные шаблоны (рис. 186, р) позволяют точно выставить детали относительно друг друга, магнитные и вакуумные захваты (рис. 186, с, т, у) используются при сборке стыков под сварку, при поджатии деталей друг к другу и в других случаях.

При больших программах выпуска изделий применяют универсальные или специализированные приспособления с быстродействующими клиновыми, эксцентриковыми, пневматическими рычажными и магнитными механизмами для фиксации деталей.

Собранные детали соединяют между собой небольшими швамиприхватками. Рекомендуется прихватки выполнять сечением не более 50 % сечения сварного шва и длиной 4...5 толщин прихватываемых деталей, но не менее 30 и не более 100 мм. Расстояние между прихватками в зависимости от длины стыка деталей и толщины металла устанавливают в пределах 100... 1000 мм. Последующим при сварке швом прихватки развариваются. Следует иметь в виду, что в местах прихваток могут скапливаться загрязнения, остатки шлака, кроме того прихватки изменяют условия формирования шва. Все это может привести к дефектам. Поэтому там, где это возможно, лучше обходиться без прихваток, сваривая детали зафиксированными в приспособлении. При сборке деталей под электрошлаковую сварку на планках или скобах (см. рис. 108) рекомендуется устанавливать их не реже, чем через один метр. Перед сваркой с помощью шаблонов и щупов проверяют правильность сборки под сварку: угол разделки кромок, величину зазора между деталями, превышение кромок одного элемента над другим в стыках.

Изготовление решетчатых конструкций Все решетчатые конструкции несмотря на многообразие их конструктивного исполнения можно разделить на плоские (строительные фермы, стойки и арматурные сетки) и пространственные (колонны, мачты, каркасы и т.п.)

Унифицированные стропильные фермы имеют пролеты 18,24, 30, и 36 м и высоту 450...3750 мм. В качестве элементов ферм применяют прокатные профили и трубы. При сборке ферм особое внимание уделяют правильному центрированию элементов в узлах (рис. 187). Плоские фермы собирают по копиру или в приспособлениях (кондукторах). Метод копирования (рис. 188) заключается в том, что по разметке изготовляют одну полуферму - копир 1 и закрепляют ее на стеллаже. По ней ведут сборку рабочей полуфермы 2, раскладывая все детали зеркально и соединяя их между собой дуговой сваркой прихватками длиной 30...40 мм. Затем снимают полуферму с копира и присоединяют недостающие детали фермы.

При большом количестве изготавливаемых ферм их поэлементно собирают и сваривают в приспособлениях - кондукторах (рис. 189). Пояса и раскосы укладывают в призмы и зажимают пневморычажными механизмами. Места зажимов деталей и величину зажимных усилий определяют так, чтобы они компенсировали сварочные деформации. Элементы концевых шарниров с отверстиями фиксируют горизонтальными и вертикальными пальцами, выдвигаемыми пневмоцилиндрами.

Узлы ферм сваривают вручную покрытыми электродами или механизированной дуговой сваркой в среде СО2 сплошной либо порошковой проволокой. Сварку ведут в нижнем положении от края косынки к центру пересечений осей элементов фермы.

Изготовление сварных балок Балки являются основными элементами рамных конструкций при изготовлении мостовых кранов, вагонов, автомобилей, экскаваторов и многих других машин и сооружений. В строительстве балки применяют в перекрытиях жилых и производственных зданий, в качестве колонн и подкрановых путей, в авто-и железнодорожных мостах. В зависимости от назначения балки изготавливают из хорошо свариваемых конструкционных сталей общего назначения, из низко-и высоколегированных сталей, а также из алюминиевых и титановых сплавов.

Двутавровые сварные балки изготавливают высотой до 2000 мм при толщине стенки 10... 16 мм и толщине полок 16...50 мм. Балки высотой более 800 мм имеют на стенке поперечные ребра жесткости, обеспечивающие ее местную устойчивость при эксплуатационных нагрузках (рис. 190). При сборке двутавровой балки необходимо обеспечить симметрию и взаимную перпендикулярность полок и стенки, прижатие их друг к другу с допускаемыми по чертежу местными зазорами в стыках и соединение прихватками. Для этого используют сборочные приспособления с винтовыми и пневматическими прижимами. Например, для сборки балки, показанной на рис.190, использовано приспособление, выполненное из 12 стоек (рис. 191), состоящих из бокового упора 1, винтового прижима 5 и нижних упоров 7, располагаемых на основании б. Для предотвращения потери устойчивости стенки при зажиме использована катучая балка 3 с крюками-захватами 2 и винтовыми прижимами 4, которая вручную перекатывается по кромкам полок. Полностью механизировать сборочные работы позволяет приспособление (рис. 192) с самоходным порталом 1, на котором расположены пневматические прижимы 2 и 5 и электромеханический привод 4. Зажатие и прихватку осуществляют последовательно от сечения к сечению, перемещая портал по основанию 5.


 

При изготовлении двутавровых балок сварные швы соединения полок со стенкой выполняют автоматической дуговой сваркой под слоем флюса или в среде защитных газов. Наклонным электродом (см. гл. 5) можно накладывать одновременно два шва, но есть опасность образования подрезов. Выполнение шва "в лодочку" позволяет получать более качественные сварные соединения, однако приходится поворачивать балку после выполнения каждого шва. Для поворота используют двухстоечные, цепные и кольцевые кантователи. Удобно сваривать балки, установив их в горизонтальный вращатель (рис. 193), снабженный грузозахватным устройством 2 с постоянными 3 и откидными 4 винтовыми зажимами. Устройство 2 закреплено на полуосях, установленных в передней бабке 1 и электромеханическом приводе 5. Собранную балку с прихваченными выходными планками в виде тавриков укладывают мостовым краном во вращатель при горизонтальном положении устройства 2 с открытыми откидными зажимами 4. После закрепления стенки и полок винтовыми зажимами 3 и 4 балку поворачивают с помощью привода 5 вокруг горизонтальной оси, устанавливая ее в положение для сварки "в лодочку". Стык лучше сваривать двумя автоматами в направлении от середины балки к ее концам, выполняя первым шов без прихваток. Это позволяет избежать поворота полок при сварке. Сварочные установки комплектуют сварочными тракторами либо подвесными головками в зависимости от габаритов балок и конструкции кантователя или вращателя.

Ребра жесткости на стенку балки устанавливают по разметке и прихватывают. Сваривают в первую очередь стыки ребер со стенкой, начиная с середины балки последовательно в направлении к ее концам. Для предотвращения изгиба балки ее концы жестко крепят к стенду или плите болтовыми или клиновыми хомутами. Ребра к верхней полке приваривают также в нижнем положении, предварительно закрепив концы балки.

Балки небольших размеров изготавливают из рулонной стали на автоматических линиях, применяя высокочастотную сварку (см. гл. 14).

Балки коробчатого сечения собирают и сваривают путем последовательного присоединения деталей. На верхнем поясе устанавливают по разметке диафрагмы и приваривают их ручной или полуавтоматической дуговой сваркой. Затем к такой "гребенке" подсоединяют вертикальные листы, поджимая их к диафрагмам сборочными механизмами скобообразной конструкции с пневмо-или гидроприжимами. В нижнем положении приваривают листы к диафрагмам, поворачивая балку. На полученный П-образный профиль укладывают, поджимают и прихватывают нижний пояс. Автоматическую сварку угловых швов коробчатой балки проводят в стендах, обеспечивающих сварку в положении "в лодочку". Сварку каждого стыка ведут одновременно двумя автоматами от середины балки к ее концам.

Изготовление оболочек Все конструкции оболочкового типа изготавливают из листового проката. В зависимости от назначения, конструктивного оформления и особенностей изготовления оболочковые конструкции можно разделить на негабаритные емкости (вертикальные цилиндрические резервуары емкостью до 50 ООО м3, вертикальнее телескопические и изотермические резервуары и т.п.), негабаритные цилиндрические изделия (вращающиеся печи, трубные мельницы и т.п.), сосуды, работающие под избыточным давлением, и трубопроводы. Характерной особенностью изготовления этих конструкций является влияние вида транспортировки от завода-изготовителя к заказчику. Если изделие не может быть доставлено на место эксплуатации в целом виде, то его разделяют на транспортабельные узлы, из которых на месте собирают и сваривают конструкцию в целом.

Негабаритные емкости, применяемые для хранения жидкостей или газов, изготавливают из металла толщиной до 18 мм способом рулонирования. По этому способу изготавливают полотнища днища и корпуса емкости диаметром до 47 м с помощью автоматической сварки под флюсом на заводе. Затем полотнища сворачивают в рулоны длиной до 18 м и массой до 60 т, транспортируют их на место эксплуатации, там разворачивают рулоны и монтируют емкость, сваривая замыкающие швы. По сравнению с полистовой сборкой и ручной сваркой это позволяет уменьшить общую трудоемкость работ на 30 %, трудоемкость монтажных работ в 4 раза, сократить сроки строительства в 6...8 раз, уменьшить его стоимость на 20...25 % и значительно повысить качество сварных конструкций.

Для изготовления рулонных заготовок применяют двухъярусные установки (рис. 194). На верхнем ярусе 2 собирают полотнище 1 из листов без прихваток. Кромки поджимают к медным подкладкам пневморычажными прижимами. Производят автоматическую сварку двухдуговым автоматом. В первую очередь заваривают все поперечные, а затем все продольные стыки, начиная от середины одной смежной секции до середины другой. Затем через поворотное колесо 3 полотнище поворачивают, перемещая его на нижний ярус 4, и производят сварку обратной стороны стыков листов в той же последовательности, только без прижимных устройств. После контроля сварных швов у-дефектоскопией и исправления обнаруженных недопустимых дефектов полотнище грунтуют и сворачивают его с помощью кружала 5 в рулон 6.

На монтаже раскатывают рулон днища 1 (рис. 195). Если оно состоит из нескольких частей, то их собирают внахлестку и сваривают автоматом. Контролируют сварные швы на плотность вакуумными методами. Затем краном устанавливают вертикально рулон корпуса 5 на днище 1 и с помощью лебедки или трактора постепенно разворачивают его, прижимая к упорам 2, приваренным к днищу 7, и фиксируют его в проектном положении, прихватывая к днищу 1. В процессе разворачивания рулона 5 на верхний торец 3 и центральную стойку б укладывают и прихватывают щиты крыши 4. Замыкающий стык корпуса заваривают в вертикальном положении ручной дуговой сваркой. Корпус к днищу приваривают двухсторонним тавровым швом автоматической дуговой сваркой. Пл; google_ad_width = 336; google_ad_height = 280; // ]]отность швов резервуара провеТехнологичность сварных конструкций type=ряют керосином и гидроиспытаниями путем заполнения его водой.

Оболочки цилиндрической формы широко используют при создании оборудования для химической, металлургической и энергетической отраслей промышленности. Для транспортировки жидких, газообразных и сыпучих материалов используют цистерны диаметром до 3 м, устанавливаемые на автомобили и железнодорожные тележки. Для изготовления химических аппаратов, работающих в агрессивных средах, при высоком давлении и температуре применяют оболочки из коррозионностойких материалов. Оболочки применяют в конструкциях автоклавов диаметром 2,0...3,6 м и длиной 20...28 м для термовлажной обработки силикатного кирпича, вращающихся печей диаметром 3,6...7,0 м и длиной 75...230 м для высокотемпературной обработки сырья для получения цемента, извести, глинозема.

Цилиндрические изделия большой длины собирают из отдельных частей-обечаек. При изготовлении обечаек применяют автоматическую дуговую сварку металла толщиной до 30 мм и электрошлаковую сварку при большей толщине. Тонкостенные обечайки из цветных металлов сваривают чаще всего автоматической дуговой сваркой в защитных газах.

Автоматической дуговой сваркой под флюсом можно сваривать прямолинейные стыки обечаек без разделки кромок, заполняя зазор между ними металлической крупкой, нарубленной из сварочной проволоки диаметром 3 мм, что позволяет избежать шлаковых включений и сваривать обратную сторону стыка кромок большой толщины без вырубки корня шва. С применением этого способа делают обечайки диаметром до 5 м и длиной 2...8 м на поточной механизированной линии, оснащенной оборудованием для всех технологических операций изготовления обечайки: правки листов, газопламенной обрезки их кромок, сборки листов в полотнища, автоматической дуговой сварки стыков листов с обеих сторон, кантовки полотнищ, обрезки их по контуру, гибки полотнищ в обечайку, автоматической дуговой сварки замыкающего стыка изнутри и снаружи обечайки и для калибровки обечайки с целью придания ей правильной цилиндрической формы. Технология изготовления полотнищ и обечаек с применением электрошлаковой сварки рассмотрена в гл. 10.

Цилиндрический корпус изделия собирают из обечаек путем последовательной стыковки на роликовых стендах или на механизированном рабочем месте, оснащенном сборочным устройством с гидравлическими прижимами. До начала сборки измеряют рулеткой периметры смежных торцов обечаек, определяют разность диаметров с целью равномерного расположения смещения кромок по всему контуру кольцевого стыка. При большой толщине кромок кольцевые стыки скрепляют прихватками, которые выполняют ручной дуговой сваркой, и затем сваривают их автоматической дуговой сваркой под флюсом на установках, оснащенных роликовыми вращателями с обрезиненными роликами. При толщине кромок менее 3 мм стыки обечаек собирают на разжимных кольцах с подкладками для формирования проплава. В этом случае автоматическую сварку кольцевого стыка под флюсом или в защитном газе ведут без прихваток. Иногда, для предотвращения местных деформаций кромок в процессе сварки, применяют сплошную скоростную прихватку по всему периметру кольцевого стыка обечаек. Эта прихватка представляет собой кольцевой шов, выполненный со скоростью, в 2...5 раз превышающей скорость сварки основного шва при тех же остальных параметрах режима, что обеспечивает глубину проплава около 10...20 % толщины состыкованных кромок. Сварку стыков таких обечаек, как со сплошной прихваткой, так и без нее, ведут на вращателе с горизонтальной осью и с планшайбами для закрепления и центровки стыкуемых обечаек.

После сварки контролируют геометрические размеры изделия, размеры и внешний вид сварных швов. В соответствии с требованиями технических условий на изделие сварные швы контролируют проникающим излучением или ультразвуком (см. гл. 19), проверяют швы на плотность. Все сосуды, работающие под давлением, проверяют на прочность гидравлическими испытаниями при давлении, превышающем рабочее.

Другие виды сварки

Подробности

ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ СВАРКА

Выдающимся изобретением 1950-х годов в сварочной науке и технике является принципиально новый способ сварки плавлением электрошлаковая сварка (ЭШС). Изобрел его доктор техн. наук Г. Б. Волошкевич, под руководством которого в Институте электросварки им. Е. О. Патона были проведены научные исследования этого сварочного процесса и инженерные разработки техники и технологии сварки. Это позволило в кратчайшие сроки осуществить применение ЭШС при изготовлении толстостенных сварных металлоконструкций на Таганрогском котлостроительном, Барнаульском котельном и Ново-Краматорском машиностроительном заводах, а затем на предприятиях тяжелого и энергетического машиностроения, таких как Уралмаш, Сызраньтяжмаш, Сибтяжмаш, Волгоцемтяжмаш и других заводах. Широкое использование этого прогрессивного метода соединения металлов позволило коренным образом изменить производство

и монтаж крупных машин и сооружений. Отпала необходимость в создании уникальных по мощности цехов и агрегатов для литья, ковки и механической обработки таких крупных деталей, как валы гидротурбин, станины мощных прессов, бандажи вращающихся печей, рамы

Ь щековых дробилок и др. Упростилась транспортировка грузов к месту монтажа. Стало возможным на монтажной площадке соединять сваркой детали большой толщины, соблюдая при этом высокую точность размеров изделия.

Применение ЭШС на монтаже позволило перейти к индустриальному методу возведения и ремонта кожухов доменных печей, корпусов вращающихся цементных и металлургических печей. Производительность сварочных операций при монтаже этих изделий повысилась в 5...6 раз.

С помощью электрошлаковой сварки и наплавки можно получать биметаллические заготовки, облицовывать рабочие поверхности толстостенных сосудов антикоррозионными металлами, изготавливать изделия по принципиально новой технологии, восстанавливать изношенные детали машин. ЭШС применяют при изготовлении изделий из низкоуглеродистых, низколегированных, среднелегированных и высоколегированных сталей, чугуна, титана, алюминия, меди и их сплавов. До появления ЭШС при изготовлении сварных конструкций из металла толщиной более 50 мм применяли многопроходную дуговую сварку. Например, автоматическую сварку под флюсом металла тол

щиной 300 мм выполняли, накладывая сварной шов в 180 слоев, а применение ЭШС позволяет получать такое соединение за один проход. ЭШС - это экономичный процесс: на плавление равного количества электродного металла затрачивается на 15...20 % меньше электроэнергии, чем при автоматической сварке под флюсом. Расход флюса меньше, чем при дуговой сварке в 10...20 раз, уменьшается расход электродного металла, сокращаются трудозатраты на подготовку кромок под сварку, становится ненужной разделка. При этом обеспечивается высокое качество наплавленного металла за счет рафинирования металлической ванны, очистки металла от газовых и твердых примесей, чему способствует вертикальное положение оси шва. ЭШС применяют сегодня практически во всех промышленно развитых странах: Германии, США, Англии, Франции, Японии.

СУЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ

Расплавленные электрической дугой флюсы образуют шлаки, которые являются проводниками электрического тока. Шлаковая ванна это инерционное нелинейное активное электрическое сопротивление. Если конец электрода окунуть в шлаковую ванну, через шлак пойдет ток и будет выделяться теплота, которая будет нагревать свариваемые кромки. На этом основана ЭШС (рис. 104). Электрод 1 и основной металл 2 связаны электрически через шлаковую ванну 7. Выделяющаяся в шлаковой ванне теплота перегревает ее выше температуры плавления металла. В результате металл электрода и кромки основного металла оплавляются. Жидкий металл, имеющий более высокую плотность, чем шлак, стекает вниз и образует жидкую металлическую сварочную ванну б. Шлаковая и металлическая ванны удерживаются от вытекания специальными медными водоохлаждаемыми формирующими устройствами 3. Кристаллизущийся в нижней части металлической ванны металл 5 образует сварной шов 4, поверхность которого покрыта тонкой шлаковой коркой, являющейся разделительным слоем между металлической ванной и поверхностью охлаждающего устройства. За счет этого отсутствует непосредственный контакт жидкого металла с поверхностью формирующего устройства и металл шва не насыщается медью. Шлаковая ванна защищает расплавленный металл от непосредственного взаимодействия с воздухом, обеспечивая окислительно-восстановительные реакции и рафинирование металла шва от неметаллических и газовых включений. Расход флюса при этом обычно не превышает 5 % массы наплавленного металла. Ввиду малого количества шлака легирование наплавленного металла осуществляют за счет присадочного материала. Шов образуется непрерывно за счет постоянной подачи электрода со скоростью Кэ, расплавления его и заполнения разделки кромок жидким металлом, вытесняющим шлаковую ванну вверх со скоростью сварки VCB. На образование шва оказывают влияние многие факторы, наиболее важные из них - тепловложение и термический цикл, определяемые режимом сварки.

Полная тепловая мощность, выделяемая в шлаковой ванне, определяется по формуле

P=UI,

где U - падение напряжения на вылете электрода в шлаковой ванне, В; /-сила сварочного тока, А.

До 23 % выделившейся теплоты расходуется на плавление электрода, до 60 % - на плавление основного металла и до 5 % - на плавление флюса. Потери теплоты на излучение, отвод в формирующие устройства и в основной металл составляют до 12 %. Если выделяемая теплота равна отдаваемой, процесс будет протекать устойчиво. При избытке выделяемой теплоты шлаковая ванна перегревается, начинает кипеть, стабильность процесса нарушается. При недостатке теплоты ванна охлаждается, шлак теряет электропроводность, процесс сварки прекращается. При установившемся тепловом балансе источник теплоты образует в свариваемом изделии квазистационарное (не изменяющееся, движущееся вместе с зоной сварки) температурное поле, параметры которого зависят от мощности источника нагрева, скорости его перемещения и теплофизических свойств основного материала. Это поле

создает при ЭШС довольно широкую зону термического влияния, ширина которой растет с увеличением мощности источника тепла, а также с уменьшением скорости сварки. Термический цикл ЭШС характеризуется медленным нагревом и охлаждением основного металла, что приводит к перегреву около шовной зоны и росту зерна, а это в конечном итоге определяет качество сварного соединения в целом. Например, при ЭШС низкоуглеродистой стали толщиной 200 мм свариваемые кромки основного металла прогреваются на глубину до 50 мм до температуры более 800 °С. Время пребывания отдельных участков около шовной зоны при такой температуре при средней скорости охлаждения 0,2...0,8 °С/с составляет от 1 до 20 мин. Такой характер термических циклов, с одной стороны, снижает опасность появления трещин в околошовной зоне, а с другой стороны, приводит к росту зерна и получению структур с низкой пластичностью. Особенно резко снижается ударная вязкость. Это основной недостаток ЭШС. Поэтому, как правило, после сварки возникает необходимость в высокотемпературной обработке готового изделия, особенно при соединении легированных сталей больших толщин.

При ЭШС нужно стремиться к уменьшению перегрева около шовной зоны и к уменьшению роста зерна в ней. Этого можно добиться с помощью многослойной ЭШС, позволяющей уменьшить рост зерна в около шовной зоне и измельчить его за счет нагрева и охлаждения при наложении последующих слоев. Другой путь - местная последующая или сопутствующая термообработка сварного соединения дополнительным источником тепла (газокислородным пламенем, высокочастотным индуктором) или искусственное охлаждение шва и около шовной зоны в процессе сварки. Отрицательное влияние перегрева можно также устранить, применяя стали, малочувствительные к термическому циклу ЭШС.

Электрошлаковую сварку можно выполнить тремя способами, имеющими каждый свои особенности и область применения. Один из них - это сварка проволочными электродами диаметром 3...5 мм, подаваемыми в сварочный зазор специальными мундштуками с медными токосъемными наконечниками (рис. 105, а). Одновременно подается в шлаковую ванну до трех электродных проволок, что позволяет применять трехфазные источники питания. Так как выделение теплоты в шлаковой ванне происходит в основном в области электрода, максимальная толщина свариваемого металла при использовании одной электродной проволоки обычно составляет 60 мм, трех - до 200 мм. Если мундштукам в зазоре придают возвратно-поступательное движение со скоростью VK, тогда толщина свариваемых кромок может быть в 2,5 раза больше.

Другой способ - это сварка электродами большого сечения, подаваемыми в сварочный зазор (рис. 105, б). Электродами могут быть ленты толщиной 1... 1,2 мм или пластины толщиной 10... 12 мм и длиной, равной утроенной длине шва. Одновременно применяться для сварки могут не более трех электродов при использовании трехфазных источников тока. Одним пластинчатым электродом сваривают металл толщиной до 200 мм, а тремя - до 800 мм, при Уэ = 1,2...3,5 м/ч.

Оба эти способа хорошо применять при сварке деталей относительно небольшой толщины. При толщине свариваемых кромок более 800 мм особенно сильно сказываются их недостатки. Наличие подвижных мундштуков или пластин в сварочном зазоре может приводить к коротким замыканиям их на кромки детали, что нарушает стабильность процесса сварки. Быстрый износ токосъемных трубок мундштуков усложняет и удорожает обслуживание сварочной установки, а также отрицательно влияет на стабильность процесса. Небольшая длина пластинчатых электродов ограничивает длину сварных швов.

По третьему способу сварку выполняют плавящимся мундштуком при неподвижном положении его в сварочном зазоре (рис. 105, в). Нехватку присадочного материала, необходимого для формирования шва, компенсируют за счет подачи электродных проволок диаметром 3 мм через каналы, выполняемые из тонкостенных трубок или в виде плотно навитых спиралей из сварочной проволоки. Одновременно подаваться через один мундштук могут до шести электродных проволок. Таким мундштуком сваривают металл толщиной до 500 мм, двумя мундштуками - до 1000 мм, тремя - до 1500 мм и т.д. Этот способ расширяет возможности ЭШС, устраняя недостаткидвух предыдущих. При использовании ЭШС плавящимися мундштуками можно соединять детали любой толщины и сложной формы сечения.


 

Химический состав металла шва определяется в основном составом свариваемого металла и электрода с учетом доли их участия в образовании шва и приращением содержания отдельных элементов в результате обменных реакций между металлом и шлаком в процессе сварки.

 

Имеющиеся в шлаковой ванне две области: высокотемпературная, непосредственно примыкающая к оплавляемой части электрода, и низкотемпературная, занимающая остальной объем шлаковой ванны, - накладывают своеобразный отпечаток на ход металлургических реакций. В высокотемпературной зоне протекают процессы восстановления кремния и марганца из их окислов, а в низкотемпературной зоне происходит окисление этих элементов по реакциям

(MnO) + [Fe] tz (FeO) + [Mn];

(Si02) +2 [Fe] - 2(FeO) + [Si].

Здесь круглые скобки означают, что данный компонент находится в шлаке, квадратные - в металле (см. гл. 1). Окисление углерода протекает за счет кислорода, содержащегося в жидкой металлической ванне, а также за счет окислов, содержащихся в шлаке:

Кроме того, в обменных реакциях участвуют водород, сера, фтор, фосфор и другие химические элементы. Поэтому в процессе сварки шлаковая ванна выделяет в атмосферу пары летучих компонентов шлаковой композиции, а также газообразных продуктов взаимодействия шлака с металлом: окиси углерода, фторидов, сернистых соединений и др. Эти пары оказывают защитное действие, предохраняя электродный металл, нагреваемый вблизи шлаковой ванны до высоких температур, от прямого контакта с воздухом.

Интенсивность металлургических процессов зависит от режима ЭШС. К параметрам режима электрошлакового сварочного процесса относят напряжение сварки U, скорость подачи электрода Кэ, силу сварочного тока /, скорость сварки FCB, глубину шлаковой ванны Ав, сухой вылет электрода /с, скорость поперечного перемещения электрода VK, количество электродов п, сечение электрода F3, диаметр электрода d3, зазор между кромками Ь3, расстояние между электродами d, длительность остановки электродов у ползунов t.

При сварке от источника питания сварочным током с жесткой вольтамперной характеристикой напряжение сварки является практически неизменным. В случае использования источника с падающей вольтамперной характеристикой величина напряжения зависит от значений силы сварочного тока. Силу сварочного тока для всех трех способов ЭШС чаще всего определяют по формуле

/ = (0,22 V3 + 90 )п+ 1,2 (Fc + 0,48 Vn) Fy,

где Vn - скорость подачи пластинчатых электродов (размерности V{с» Vn и Уэ-см/ч, a F3 - см2). Скорость сварки определяют из равенства, где FH - площадь поперечного сечения наплавленного металла.

ЭШС осуществляют на постоянном и переменном токе при напряжении U = 40...55 В и при глубине шлаковой ванны hB = 40...50 мм. Увеличение глубины ванны приводит к непровару кромок, а уменьшение - к нарушению процесса сварки.

Сухой вьрет электродной проволоки устанавливают /с = 60...70 мм, скорость поперечных колебаний VK = 40 м/ч и время остановки электродов t = 4...5 с. Величину сварочного зазора выбирают согласно ГОСТ 15164-78.

Одной из главных характеристик сварного соединения является коэффициент формы шва

V = Ъ / йм,

где b - ширина сварного шва; hM - глубина металлической ванны (см. рис. 104). Этот коэффициент обобщает все факторы, оказывающие влияние на образование кристаллизационных трещин в шве. Величина \|/ может изменяться в пределах 0,8... 10, причем чем больше этот коэффициент, тем ниже вероятность появления трещин в шве.

СТРУКТУРА МЕТАЛЛА ШВА И ОКОЛОШОВНОИ ЗОНЫ

Структура металла шва, оказывающая значительное влияние на механические свойства и стойкость против образования кристаллизационных трещин, определяется химическим составом основного и присадочного материалов, а также характером первичной кристаллизации и зависит от объема жидкой металлической ванны, от ее перегрева, характера теплоотвода по периметру шва. При ЭШС образуются крупные столбчатые кристаллиты, изгибающиеся к тепловому центру и направленные нормально к поверхности теплоотвода, которая имеет довольно сложную форму, зависящую от режима сварки (рис.

106). Периодические изменения скорости кристаллизации из-за выделения скрытой теплоты плавления приводят к образованию слоистой химической неоднородности. Следы многослойности можно наблюдать и на макрошлифах

швов, выполненных электродами с поперечными колебаниями. Однако кристаллиты растут через кристаллизационные слои, не меняя направления. При ЭШС толщина кристаллизационных слоев и поперечные размеры первичных зерен значительно больше, чем при дуговой

сварке. Различают четыре вида строения структуры шва при ЭШС углеродистых и низколегированных сталей. Швы первого вида имеют две кристаллизационные зоны: по периметру шва располагается зона крупных столбчатых кристаллитов, а к центру шва - тонких столбчатых кристаллитов.

Швы второго вид а характеризуются еще и третьей зоной равноосных кристаллитов, которая не выходит на поверхность шва (см. рис. 106). Появляется зона равноосных кристаллитов, как правило, на сталях с содержанием углерода свыше 0,35 %. Ее образование связано с замедленным охлаждением средней части шва.

Шв ы третьег о вид а имеют только зону крупных кристаллитов и наблюдаются в швах больших сечений, выполненных на малых скоростях сварки.

Швы четвертого вида отличаются наличием зоны тонких кристаллитов, растущих от линии сплавления до оси шва, и наблюдаются при сварке стыков малых сечений на больших скоростях.

Швы третьего и четвертого видов отличаются однородностью механических свойств по всему сечению шва и обладают высокой стойкостью против образования трещин.

Термический цикл ЭШС сталей вызывает значительный перегрев около шовной зоны. В результате перегрева в около шовной зоне при сварке углеродистых сталей создаются благоприятные условия для образования видманштеттовой структуры. Металл с такой структурой имеет пониженную ударную вязкость против хрупкого разрушения при отрицательных температурах. Повысить пластические свойств около шовной зоны можно за счет термической обработки сварного соединения после сварки.


 

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕРЫ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении ЭШС нужно руководствоваться общими инструкциями по технике безопасности для электросварочных и газо-резательных работ с учетом дополнительных мер, связанных с особенностями этого процесса. Это наличие открытой поверхности шлаковой ванны, нагретой до высокой температуры и излучающей ослепительный свет, соседство расплавленного металла и шлака с проточной водой, применение дугового процесса для наведения шлаковой ванны, возможные выбросы жидкого шлака и металла, отскакивание горячего шлака с поверхности шва при его охлаждении. Поэтому рабочим разрешается работать только с покрытой головой, в брезентовом костюме, в рукавицах и в прозрачном щитке, закрывающем лицо. Наблюдение за поверхностью шлаковой ванны следует вести через стекла или очки (дымчатые или синие). Необходимо тщательно следить за исправностью водяной коммуникации и водоохлаждаемых устройств. Категорически запрещается находиться над плавильным пространством, под формирующими устройствами и вблизи шва, чтобы не отравиться газообразными выделениями шлаковой ванны и не получить ожоги при выплеске или вытекании шлака и металла, а также при отскакивании горячего шлака с поверхности шва.

ПРИМЕРЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ

Применение ЭШС позволяет повышать качество не только сварных соединений, но и литых заготовок в литейном производстве. Ряд крупногабаритных конструкций сложно выполнить цельнолитыми или цельноковаными. Поэтому такие изделия конструктивно расчленяют на несколько геометрически простых деталей. Например, бандажи корпусов вращающихся печей массой 50... 135 т изготовляют из двух или четырех одинаковых секторов, рамы щековых дробилок массой 20...65 т - из 4... 10 частей, торцевые крышки и патрубки трубных мельниц - из двух частей. Это позволяет каждую деталь формовать не вручную, а на машинах, при этом получается отливка высокого качества. С помощью ЭШС детали соединяют в единый узел. Эффективность применения ЭШС во многом зависит от уровня механизации всех сопутствующих технологических операций при сбор

ке, вращении, кантовке, установке аппаратов, перемещении операторов и т.п. Примером сварного изделия сложной формы с кольцевым стыком деталей может служить крышка трубной мельницы массой 40 т с толщиной стенки в месте стыка 250 мм. После предварительной механической обработки деталей с припуском 10 мм на сторону крышку собирают при вертикальном расположении ее оси. Сварочный зазор устанавливают с помощью трех мерных планок толщиной 30 мм, располагаемых по окружности под углом 120°. Обе свариваемые части соединяют скобами или планками, приваривая их ручной дуговой сваркой односторонним швом с катетом 8... 10 мм. Краном кантуют крышку и устанавливают на роликовый стенд (рис. 112). Этот стенд имеет две пары роликоопор, расположенных на разных уровнях по вертикали, чтобы поддерживать детали разного диаметра, составляющие свариваемый узел. Приводная роликоопора соединена с гидроприводом и имеет два ролика с двухсторонними ребордами, что позволяет ограничить перемещение изделия по горизонтали. Начинают процесс

ЭШС следующим образом: вваривают донную металлическую планку по всей толщине стыка, устанавливают внутри переставные медные водоохлаждаемые накладки, поджимают аппаратом А-535 ползун снаружи, засыпают в зазор мелкую обезжиренную стружку и расчетное количество флюса, включают ток и возбуждают электрическую дугу за счет соприкосновения электрода со стружкой. За счет тепла электрической дуги флюс плавится, образует жидкую шлаковую ванну. Процесс переходит из дугового в электрошлаковый. После образования одной четверти шва газовой резкой вырезают дефектную часть начала шва и делают скос в шве по касательной к внутренней окружности (см. рис. 112). Непосредственно после сварки, во избежание образования холодных трещин, сваренное изделие подвергают локальной термообработке для снятия внутренних сварочных напряжений в переносной электрической или газовой печи.

При использовании ЭШС для изготовления сварных крупногабаритных полотнищ шириной до 6,5 м и длиной до 16 м из металлопроката толщиной 28...60 мм создают комплексно-механизированные рабочие места, снабженные рычажным кантователем с приводом от пяти гидроцилиндров, установленных в закрытых колодцах. Жесткая рама кантователя служит основанием для сборки полотнища в горизонтальном положении. Длинные кромки каждого листа, тщательно выправленного на многовалковой правильной машине, обрезают на портальном газо-резательном станке. Мостовым краном последовательно укладывают листы на раму и собирают каждый стык с зазором 30 мм, вставляя в него быстросъемные винтовые зажимы для устранения превышения кромок собираемых смежных листов. Поворачивают на 90° раму вместе с полотнищем до соприкосновения с упорными винтами вертикальных стоек. Последовательно заваривают все стыки. В комплект этого рабочего места входит глагольная тележка для перемещения рабочего вдоль изделия и в вертикальной плоскости. Без этого устройства рабочему пришлось бы управлять электрошлаковым аппаратом с лестницы, находясь на ней непрерывно несколько часов.

Оправдано применение ЭШС в монтажных условиях при изготовлении негабаритных цилиндрических корпусов вращающихся печей диаметром 5...7 м и длиной 185...230 м из металла толщиной 40... 125 мм из-за отсутствия деформации совместного увода кромок, существующей при всех процессах сварки плавлением. В условиях монтажа этот вид деформации практически ликвидировать невозможно. Выездные бригады завода-изготовителя собирают обечайки из половин или сегментов (четвертинок). Вертикальное положение каждого сегмента выверяют по отвесу и выставляют с помощью винтовых домкратов, встроенных в стойки сборочного стенда. При сборке тщательно устанавливают сборочные зазоры в каждом стыке с учетом деформации сближения кромок при сварке в зависимости от толщины металла в пределах 2,5...5 мм. Соединение собираемых сегментов производят П-образными скобами, привариваемыми через 1 м. ЭШС осуществляют аппаратом А-612, перемещающимся непосредственно по стыку. Одновременно сваривают два диаметрально противоположных шва. После заварки первых швов аппараты переставляют на следующие два стыка. Рабочие-сварщики во время сварки перемещаются вдоль стыка, достигающего длины 8000 мм, с помощью подъемных площадок, имеющих электромеханический привод. Обслуживаются монтажные площадки, как правило, козловым краном.


 

СУЩНОСТЬ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СЖАТОЙ ДУГИ

 

Плазменной называют сварку сжатой дугой. Столб дуги помещают в узкий канал, который ограничивает его расширение. Устройства для получения сжатой дуги называют плазмотронами (рис. 113). Простейший плазмотрон состоит из изолятора 7, неплавящегося электрода 2 и медного охлаждаемого водой сопла 3. В сопло тангенциально (по касательной к его цилиндрической поверхности) или аксиально (вдоль оси электрода) подают плазмообразующий инертный, нейтральный или содержащий кислород газ, который в столбе дуги нагревается до высокой температуры. Плазмотроны могут работать на постоянном или переменном токе.

Различают плазмотроны прямого и косвенного действия. В плазмотронах косвенного действия дуга горит между электродом и соплом. Их применяют при обработке неэлектропроводных материалов и в качестве нагревателей газа. Для сварки и резки чаще применяют плазмотроны прямого действия. В них дуга горит между электродом и обрабатываемым изделием. Расстояние между ними в плазмотроне больше, чем при сварке горелками для свободной дуги, поэтому сжатую дугу зажигают в две стадии. После подачи в плазмотрон газа зажигают вспомогательную (дежурную) дугу между электродом и соплом плазмотрона искровым разрядом от осциллятора или замыкая промежуток электрод сопло графитовым стержнем, хотя последнее и повышает износ электрода и сопла. Дежурную дугу питают от отдельного маломощного источника или от основного источника через ограничивающее сопротивление, чтобы ограничить ее ток и уменьшить износ сопла. Под действием газа дежурная дуга образует струю плазмы небольшой мощности. При ее соприкосновении с деталью зажигается рабочая дуга. Если в цепь детали включить контактор, то рабочую дугу можно зажигать в нужный момент времени. После зажигания рабочей дуги дежурная при автоматической сварке может отключаться. Для ручной сварки лучше, если дежурная дуга горит постоянно.

Столб сжатой дуги состоит из досоплового участка /, участка сжатия II и открытого участка ///(рис. 114). Если сжатая дуга используется для резки, у ее столба появляется и четвертый участок - в полости реза. Физические свойства каждого участка существенно отличаются друг от друга и от свойств свободной дуги. Свойства катодной и анодной областей сжатой и свободной дуг отличаются незначительно. Технологические преимущества сжатая дуга приобретает на участке II.

Напряжение сжатой дуги всегда выше, чем свободной при их одинаковой длине. Это объясняется тем, что при сжатии дуги стенками сопла возрастает плотность тока в ней, что ведет к увеличению напряженности электрического поля.

Основные параметры сжатой дуги - это диаметр dc и длина /с цилиндрического участка сопла, расстояние от плазмотрона до детали /о, ток дуги /д и расход плазмообразующего газа Gn (см. рис. 114).

Плазмообразующий газ, попадая в дугу, проникает в ее столб и, проходя вдоль канала, нагревается. Плотность газа уменьшается, возрастает его объем. Поэтому резко увеличивается скорость газа по мере его движения вдоль канала. Она достигает максимума на выходе из сопла. Нагретый в дуге газ, сталкиваясь с поверхностью свариваемой детали, нагревает и оплавляет ее. Под давлением газа расплавленный металл раздвигается, тепло передается непосредственно твердому металлу дна сварочной ванны. Поэтому эффективная тепловая мощность примерно в два раза выше, чем у свободной дуги. Меняя расход газа и диаметр канала сопла, можно изменять давление струи плазмы, а также плотность теплового потока, передаваемого от дуги к детали. Это основные технологические преимущества сжатой дуги, позволяющие регулировать размеры и форму сварочной ванны. В сжатой дуге достигается более высокая плотность теплового потока, особенно при малой мощности дуги. Это позволяет получать узкие швы с малой шириной зоны термического влияния и увеличивать скорость сварки.

Так как плазмообразующий газ передает детали значительную долю общей полезной мощности, а нагрев газа сильно зависит от всех параметров режима, то эффективный КПД сжатой дуги можно изменять в пределах 30...80 %. Другим преимуществом сжатой дуги является повышение ее пространственной устойчивости. Уменьшается блуждание активного пятна по поверхности детали из-за стабилизирующего действия плазмообразующего газа. Это улучшает формирование шва.

Напряжение сжатой дуги существенно зависит от рода плазмообразующего газа. Это обусловлено различной способностью газов поглощать энергию при высокой температуре дуги. Более высокое напряжение имеет дуга, горящая в газе, имеющем большую теплоемкость и теплопроводность. В качестве плазмообразующих газов используют аргон, гелий, углекислый газ, воздух, кислород, азот, водород и смеси газов. При сварке в большинстве случаев используют аргон. Он имеет хорошие защитные свойства и обеспечивает высокую стойкость электрода. Теплоемкость и теплопроводность аргона низкие, поэтому дуга в нем имеет самое низкое напряжение, что удобно при ручной сварке.

На практике чаще применяют дугу прямой полярности, обеспечивающую более высокую стойкость неплавящегося электрода. Кроме того, такая дуга передает детали наибольшую мощность, ею сваривают высоколегированные стали, титановые сплавы, медь. При сварке алюминиевых сплавов сжатая дуга прямой полярности не используется, так как не обеспечивает разрушения тугоплавкой окисной пленки. Хорошо разрушается пленка окиси алюминия при сварке аргоновой сжатой дугой на обратной полярности, однако при этом низка тепловая эффективность передачи теплоты детали и высока тепловая нагрузка на электрод плазмотрона - анод. Допустимый ток на электрод в этом случае в 20 раз меньше, чем при прямой полярности. Повышают стойкость электродов, применяя плазмотроны с интенсивным охлаждением электрода.

Промежуточное положение по своим параметрам занимает дуга переменного тока. Так как в течение периода переменного тока электрод является попеременно катодом и анодом, то стойкость электрода обеспечивается. Разрушение окисной пленки в полупериод обратной полярности происходит достаточно интенсивно, хорошее качество сварного соединения обеспечивается. Главный недостаток дуги переменного тока - низкая устойчивость повторных зажиганий при смене полярности. Это усугубляется в сжатой дуге, так как ее столб интенсивно охлаждается плазмообразующим газом. Чтобы повысить устойчивость дуги, нужно или высокое напряжение источника питания, или специальные сложные стабилизаторы. Поэтому сжатая однофазная дуга переменного тока используется мало.

Разновидностью дуги переменного тока является трехфазная дуга. В плазмотроне для трехфазной сжатой дуги (рис. 115) устанавливаются два неплавящихся электрода. Дежурной дугой служит дуга между этими электродами, а сопло остается электрически нейтральным. Дежурная дуга питается от фаз основного источника питания. Когда дуги между электродами и деталью еще не возбуждены, сила тока межэлектродной дуги невелика, но достаточна для зажигания основных дуг. Для ограничения силы тока дежурной дуги не требуется никаких специальных устройств.

При зажигании рабочих дуг электроды - деталь легко получить отношение тока в детали к току в электроде Кт = 1,73. Это уменьшает диаметр электродов и позволяет уменьшить габариты и массу плазмотрона, что важно для ручной сварки. Другое преимущество трехфазной сжатой дуги - повышение стабильности повторных зажиганий в моменты перемены полярности, так как межэлектродная дуга постоянно ионизирует дуговой промежуток электроды - деталь. Благод/scriptаря этому по устойчивости трехфазная дуга близка к дуге постоянного тока.

Энергетические возможности сжатых дуг ограничиваются возникновением аварийного режима работы плазмотрона двойным дугообразованием. При увеличении силы тока сжатой дуги до определенного значения столб рабочей дуги распадается, образуя каскад дуг (рис. 116). Возникают дуги: электрод - сопло и сопло деталь. Активные пятна этих мощных дуг быстро разрушают сопло и могут полностью вывести его из строя. Уменьшение диаметра сопла, расхода плазмообразующего газа и увеличение длины канала /с влияют на возникновение аварийных дуг аналогично току, но в различной степени.

Причины возникновения двойной дуги объясняются следующим. Между столбом дуги и стенками канала сопла находится изолирующая прослойка непроводящего "холодного" газа, средняя температура которого 2000...3000 °С. Толщина этой прослойки 3...5 % от диаметра канала. В плазме столба дуги движутся нейтральные атомы, положительные ионы и электроны, обладающие значительно большей подвижностью из-за малой массы. Часть электронов, обладая высокой скоростью, проскакивает изолирующую прослойку и стекает на сопло. Вследствие этого сопло заряжается отрицательно относительно столба дуги. Наименьшая разность потенциалов имеет место в сечении у электрода, а наибольшая - на выходе газа из сопла. Если разность потенциалов между столбом дуги и стенкой сопла достигнет некоторого критического значения, то на поверхности сопла возникнет катодное пятно дуги сопло - деталь. Возникновение второго активного пятна в этом случае уже не представляет трудностей.

В качестве показателя опасности возникновения аварийного режима можно использовать отношение

Еп р = UJA,

где Uc - падение напряжения в столбе дуги на участке II (см. рис. 114); А - толщина изолирующей прослойки газа в конечном сечении сопла.

Величина Епр измеряется в В/см и показывает среднюю напряженность электрического пробоя прослойки. Чем выше Епр, тем больше вероятность возникновения двойной дуги. Параметры режима влияют на Uc и А. С уменьшением dc сильно возрастает Uc и уменьшается А, что приводит к значительному росту Епр. Возможность возникновения аварийного режима растет. Рост расхода газа также увеличивает Uc, но увеличивается и толщина прослойки. Оказалось, что расчетный параметр Enр все-таки уменьшается с увеличением расхода газа. Это говорит о снижении опасности возникновения двойной дуги, что совпадает с практикой. Знание величины Епр позволяет подбирать оптимальные режимы горения конкретных сжатых дуг.

Для борьбы с двойным дугообразованием применяют и конструктивные приемы, например на некотором расстоянии от канала в сопло устанавливают вставку из вольфрама, выступающую на небольшое расстояние от торца сопла. После возникновения двойной дуги ее активное пятно вращается вокруг канала под действием магнитного поля дуги. При достижении вставки оно закрепляется на ней и аварийная дуга горит как с обычного вольфрамового электрода. Дуга фиксируется на вставке из-за меньшего приэлектродного напряжения дуги на вольфраме, чем на меди. В результате медное сопло не разрушается. Тип и конструкция катода плазмотрона определяется составом плазмообразующего газа. Для работы в инертных газах (аргон, азот и их смеси) применяют катоды из вольфрама. Они выполняются в виде прутка, который фиксируется цанговым зажимом, закрепленным в электродном узле плазмотрона, или в виде медной державки с заделанным в нее стержнем вольфрама (рис. 117). Последняя конструкция предпочтительнее, так как благодаря лучшим условиям для отвода теплоты обеспечивает более высокую плотность тока на катоде и уменьшает расход дорогостоящего вольфрама. Катоды, работающие в содержащих кисгафния

лород газах (например, в углекислом газе) называют термохимическими. Их делают в виде активных вставок из гафния и циркония, которые запрессовывают заподлицо в медные державки (рис. 118) с диаметром, зависящим от тока дуги.

Назначение сопла - регулирование энергетических характеристик дуги. К основным параметрам сопла относятся диаметр и высота его канала, форма рабочей камеры плазмотрона. Диаметр и высоту сопла выбирают в зависимости от силы рабочего тока, состава и расхода плазмообразующего газа. При этом приходится подбирать наиболее благоприятное сочетание таких показателей, как технологические возможности и надежность работы плазмотрона, стойкость сопла и электрода. Более важен показатель надежности.

Аксиальная подача газа в дуговую камеру дает возможность лучше воздействовать на обрабатываемую деталь потоком истекающей из сопла плазмы. Однако при этом ухудшается пространственная стабилизация столба дуги и увеличивается вероятность двойного дугообразования. Поэтому предпочтительна тангенциальная подача газа. Одним из элементов дуговой камеры является вихревая закрутка, которая обеспечивает тангенциальную подачу плазмообразующего газа в канал сопла. Конструктивно закрутка представляет собой многозаходную резьбу (3...6 заходов) с большим шагом (6... 12 мм), выполненную на боковой поверхности электрододержателя концентрично ей.

К материалу изолятора плазмотрона предъявляются разнообразные, а иногда и противоречивые, требования. Он должен обладать высокой электрической прочностью, поскольку дежурная дуга возбуждается с помощью высоковольтного высокочастотного разряда осциллятора; высокой механической прочностью, так как изолятор часто выполняет функции несущей конструкции, на которой крепятся остальные узлы плазмотрона; термостойкостью, так как отдельные его части подвержены действию теплового и светового излучения; герметичностью, поскольку через изолятор проходят коммуникации плазмообразующего газа и охлаждения, а также иметь возможность обработки обычным режущим инструментом.


 

Сварка сжатой дугой применяется при изготовлении изделий из высоколегированных сталей, титана, никелевых сплавов, молибдена, вольфрама и многих других металлов и их сплавов. Пятну нагрева при сварке сжатой дугой может быть придана различная форма путем применения специальных сопел (рис. 119). Если необходимо иметь пятно нагрева вытянутой формы, то в сопле делают два дополнительных отверстия. Через них поступает холодный плазмообразующий газ. Он уменьшает поперечный размер пятна нагрева и придает ему вытянутую форму. При сварке таким соплом зона термического влияния сужается, а скорость сварки возрастает на 50... 100 %. Соплом с дополнительными отверстиями создают фокусирующий газовый поток (рис. 119, в), направленный под углом к оси столба дуги и дополнительно сжимающий дугу.

При плазменной сварке применяют сварочный ток силой 3...300 А, напряжение дуги 25...35 В, средняя скорость сварки составляет 30...50 м/ч. Расход аргона в 5...6 раз меньше, чем при сварке свободной дугой. Сжатой дугой сваривают детали толщиной 0,01...10 мм, отношение глубины проплавления к ширине шва (коэффициент формы шва) составляет 3:1 при толщине свариваемых кромок 3...10 мм.

Сжатой дугой можно производить сварку с глубоким проплавлением, образуя в сварочной ванне сквозное отверстие, по форме напоминающее сверху замочную скважину. Столб дуги при этом погружается в ванну почти на всю толщину кромки детали, выдавливая жидкий металл. При движении дуга как бы раздвигает расплавленный металл, направляя его в хвостовую часть ванны. Процесс похож на плазменную резку, но жидкий металл из ванны не удаляется. С обратной стороны через отверстие вырывается факел остывающего газа. Такой способ сварки требует очень точного поддержания режимов сварки и качественной подготовки стыка, так как металл в ванне удерживается только за счет сил поверхностного натяжения.

Расход плазмообразующего газа устанавливают таким, чтобы его истечение из сопла было спокойным, без завихрений. Давление плазменной струи на поверхности сварочной ванны не должно приводить к нарушению формирования шва.

Сжатой дугой сваривают встык за один проход без разделки кромок и без присадки листы толщиной до 9,5 мм и в отдельных случаях - до 13 мм. В этих случаях сжатая дуга особенно эффективна. Сжатой дугой можно сваривать практически в любом пространственном положении. При сварке листов толщиной до 25 мм требуется V- или (/-образная разделка кромок. Глубина и угол разделки значительно меньше, чем при сварке открытой дугой в аргоне. Количество присадочного металла при сварке сжатой дугой снижается примерно в три раза. Для предохранения металла шва от окисления обратную сторону шва рекомендуется защищать инертным газом. Для этого применяют подкладные планки с канавками.

При сварке сжатой дугой кроме общеизвестных параметров режима дуговой сварки назначают диаметр сопла плазмотрона, а также состав и расход плазмообразующего газа (табл. 23).

При сварке труб сжатая дуга резко повышает производительность. Замена аргонодуговой сварки открытой дугой на сварку сжатой дугой труб из коррозионно-стойкой стали с толщиной стенки 2,3...7,0 мм увеличивает скорость сварки на 50...200 %.

Для автоматической сварки сжатой дугой применяют установку УПС-501, рассчитанную на силу тока до 500 А. Для ручной сварки используют установку УПС-301, позволяющую сваривать на постоянном токе прямой и обратной полярности силой 4...315 А в непрерывном и импульсном режимах коррозионно-стойкие стали толщиной до 5 мм, медь и ее сплавы от 0,5 до 3 мм, алюминий и его сплавы толщиной 1 ...8 мм. Напряжение холостого хода этой установки 80 В, рабочее напряжение дуги 18...40 В. Плазмотрон установки УПС-301 имеет комплект сменных сопел с различными диаметрами канала и обеспечивает сварку на токах силой 25...315 А при прямой и 25...70 А при обратной полярности. Его конструкция обеспечивает возможность возбуждения дуги касанием свариваемого изделия.

Характерным примером технологических возможностей сжатой дуги является точечная сварка тонколистовых конструкций из алюминиевых сплавов, которая выполняется трехфазной сжатой дугой (рис.

120). Процесс сварки состоит из нескольких стадий. Вначале происходит образование сварочной ванны на верхней пластине. С увеличением ванны под действием давления дуги возникает углубление и при определенном диаметре ванны в ней образуется отверстие (рис. 120, в). Жидкий металл на верхнем листе приобретает форму тора.

Активное пятно в полупериоды обратной полярности очищает поверхность нижнего листа от окисной пленки. На нижнем листе образуется сварочная ванна. Когда ее край достигает жидкого металла верхней детали, обе сварочные ванны сливаются, отверстие "захлопывается". На нижней поверхности соединения образуется проплав. Поперечное сечение точки получается более равномерным по толщине, чем при сварке свободной дугой, его размеры можно регулировать в широких пределах. Высокое качество соединения обеспечивается более полным разрушением окисной пленки и возможностью контроля сквозного провара. Скачок напряжения при погружении дуги можно использовать как сигнал для окончания процесса сварки.

МИКРОПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА

Сварка сжатой дугой на малых токах (0,1... 10 А) получила название микроплазменной сварки. При таких токах сваривают детали с толщиной кромок 0,025...0,8 мм. По сравнению со сваркой открытой дугой изменение длины малоамперной сжатой дуги оказывает значительно меньшее влияние на качество сварного соединения. Сильно возрастает пространственная устойчивость дуги.

При микроплазменной сварке как плазмообразующий газ используют аргон, а в качестве защитного - аргон, гелий, азот, смеси аргона с водородом или с гелием и другие газы в зависимости от свариваемого металла.

Катодная область малоамперной сжатой дуги постоянного тока находится в атмосфере плазмообразующего газа, а столб дуги и анодная область - в атмосфере защитного газа. Применение в защитной смеси молекулярных газов (азота, водорода) повышает напряжение дуги, увеличивает ее проплавляющую способность, так как в столбе дуги молекулы этих газов диссоциируют, поглощая энергию, что приводит к дополнительному сжатию дуги. Дуга приобретает форму конуса (иглы), сходящегося к изделию. Плотность тока на острие этой "иглы" достигает 5 ООО А/см2.


 

СУЩНОСТЬ И ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА СВАРКИ ЛАЗЕРНЫМ ЛУЧОМ

 

При облучении поверхности тела светом энергия квантов (порций) света поглощается этой поверхностью. Образуется теплота, температура поверхности повышается. Если световую энергию сконцентрировать на малом участке поверхности, можно получить высокую температуру. На этом основана сварка световым лучом оптического квантового генератора - лазера.

Термин "лазер" происходит от первых букв английской фразы: "Light amplification by the stimulated emission of radiation", что означает в переводе: "Усиление света посредством индуцирования эмиссии излучения". Академик Н.Г. Басов, удостоенный в 1964 г. совместно с академиком А.М.Прохоровым и американским ученым Ч. Таунсом Нобелевской премии за теоретическое обоснование и разработку лазеров, так характеризует лазер: "Это устройство, в котором энергия, например тепловая, химическая, электрическая, преобразуется в энергию электромагнитного поля - лазерный луч. При таком преобразовании часть энергии неизбежно теряется, но важно то, что полученная в результате лазерная энергия обладает несравненно более высоким качеством. Качество лазерной энергии определяется ее высокой концентрацией и возможностью передачи на значительное расстояние".

Основные элементы лазера - это генератор накачки и активная среда. По активным средам различают твердотельные, газовые и полупроводниковые лазеры. В твердотельных лазерах (рис. 121) в качестве активной среды чаще всего применяют стержни из розового рубина окиси алюминия AI2O3 с примесью ионов хрома Сг3+ (до 0,05 %). При облучении ионы хрома переходят в другое энергетическое состояние возбуждаются и затем отдают запасенную энергию в виде света. На торцах рубинового стержня нанесен слой отражающего вещества (например, серебра) так, что с одного конца образовано непрозрачное, а с другого - полупрозрачное зеркало. Излучение ионов хрома, отражаясь от этих зеркал, циркулирует параллельно оптической оси стержня, возбуждая новые ионы, - идет лавинообразный процесс. Происходит бурное выделение лучистой энергии, которая излучается параллельным пучком через полупрозрачное зеркало и фокусируется линзой в месте сварки. Выходная мощность твердотельных лазеров достигает 107 Вт при сечении луча менее 1 см2. В фокусе достигается громадная концентрация энергии, позволяющая получать температуру до миллиона градусов.

При работе в импульсном режиме существенный недостаток твердотельного лазера - низкий КПД (0,01...2,0 %). Более высокую мощность и больший КПД обеспечивают лазеры, работающие в непрерывном режиме, например твердотельный лазер на алюмоиттриевом гранате, активированном атомами неодима (~ 1 %). Еще более высокий КПД и мощность у газовых лазеров. В качестве активной среды в них применяют чаще всего С02 или смесь газов, генераторами накачки могут служить искровые разрядники или электронный луч.

Типичная конструкция газового лазера - это заполненная газом трубка, ограниченная с двух сторон строго параллельными зеркалами: непрозрачным и полупрозрачным (рис. 122). В результате электрического разряда между введенными в трубку электродами возникают быстрые электроны, которые возбуждают газовые молекулы. Возвращаясь в стабильное состояние, эти молекулы образуют кванты света так же, как и в твердотельном лазере. Газовые лазеры могут работать в непрерывном режиме. Для сварки используют твердотельные и газовые лазеры импульсного и непрерывного действия.

Лазерную сварку производят на воздухе или в среде защитных газов: аргона, СО2. Вакуум, как при электронно-лучевой сварке, здесь не нужен, поэтому лазерным лучом можно сваривать крупногабаритные конструкции. Лазерный луч легко управляется и регулируется, с помощью зеркальных оптических систем легко транспортируется и направляется в труднодоступные для других способов места. В отличие от электронного луча и электрической дуги на него не влияют магнитные поля, что обеспечивает стабильное формирование шва. Из-за высокой концентрации энергии (в пятне диаметром 0,1 мм и менее) в процессе лазерной сварки объем сварочной ванны небольшой, малая ширина зоны термического влияния, высокие скорости нагрева и охлаждения. Это обеспечивает высокую технологическую прочность сварных соединений, небольшие деформации сварных конструкций. Например, лазерная сварка вилки с карданным валом автомобиля по сравнению с дуговой сваркой увеличивает срок службы карданной передачи в три раза, потому что более чем вдвое уменьшается площадь сечения сварного шва, в несколько раз время сварки. Деформации вилки, вызывающие преждевременный износ, практически отсутствуют.

Основные энергетические характеристики процесса лазерной сварки - это плотность Е мощности лазерного излучения и длительность t его действия. При непрерывном излучении t определяется продолжительностью времени экспонирования, а при импульсном - длительностью импульса. Превышение верхнего Предела Е вызывает интенсивное объемное кипение и испарение металла, приводящее к выбросам металла и дефектам шва. На практике лазерную сварку ведут при Е = 106...107 Вт/см2. При Е < 105 Вт/см2 лазерное излучение теряет свое основное достоинство - высокую концентрацию энергии. Изменение Е и / позволяет сваривать лазерным лучом различные конструкционные материалы с толщиной от нескольких микрометров до десятков миллиметров.

Скорость лазерной сварки непрерывным излучением в несколько раз превышает скорости традиционных способов сварки плавлением. Например, стальной лист толщиной 20 мм электрической дугой сваривают со скоростью 15 м/ч за 5...8 проходов, ширина шва получается 20 мм. Непрерывным лазерным лучом этот лист сваривается со скоростью 100 м/ч за 1 проход, получают ширину шва 5 мм. Однако лазерная сварка импульсным излучением по скорости сопоставима с традиционными способами сварки.


 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ

Лазерную сварку можно производить со сквозным и с частичным проплавлением. Сварные швы одинаково хорошо формируются в любом пространственном положении. При толщине свариваемых кромок менее 0,1 мм и при сварке больших толщин с глубоким проплавлением по-разному происходит формирование шва и различны подходы к выбору параметров режима сварки. При сварке как непрерывным, так и импульсным излучением малых толщин используют более мягкие режимы, обеспечивающие лишь расплавление металла в стыке деталей без перегрева его до температуры интенсивного испарения. Сварку сталей и других относительно малоактивных металлов можно в этом случае выполнять без дополнительной защиты зоны нагрева, что существенно упрощает технологию, тогда как сварку с глубоким проплавлением ведут с защитой шва газом, состав которого подбирают в зависимости от свариваемого материала.

Основные параметры режима импульсной лазерной сварки - это энергия и длительность импульсов, диаметр сфокусированного излучения, частота следования импульсов, положение фокального пятна относительно поверхности свариваемых деталей. Длительность лазерного импульса должна соответствовать тепловой постоянной времени для данного материала, приближенно определяемой по формуле

где 8 и а - соответственно толщина и коэффициент температуропроводности свариваемого материала.

Значения т для тонких деталей (5 = 0,1...0,2 мм) составляют несколько миллисекунд. Соответственно длительность импульса нужно выбирать, например, для меди 0,0001...0,0005 с, для алюминия 0,0005...0,002 с, для сталей 0,005...0,008 с. При увеличении 8 более 1,0 мм т возрастает и может значительно превосходить достижимую длительность лазерных импульсов. Поэтому лазерная сварка металлов толщиной более 1,0 мм импульсным излучением затруднена.

Диаметр сфокусированного излучения d определяет площадь нагрева и плотность мощности Е. При сварке d изменяют от 0,05 до1,0 мм путем расфокусировки луча. При этом фокальную плоскость, на которой сфокусированный световой пучок имеет наименьший диаметр, располагают выше или ниже поверхности свариваемых деталей. Сварной шов при импульсном излучении образуется наложением сварных точек с их взаимным перекрытием на 30...90 % в зависимости от типа сварного соединения и требований к нему. Промышленные сварочные установки с твердотельными лазерами позволяют вести шовную сварку со скоростью до 5 мм/с при частоте импульсов до 20 Гц. Сварку можно вести с присадочным материалом в виде проволоки диаметром менее 1,5 мм, ленты или порошка. Использование присадки позволяет увеличивать сечение шва, устраняя один из наиболее распространенных дефектов - ослабление шва, а также легировать металл шва. Легирующие элементы при лазерной сварке можно также наносить предварительно на поверхности свариваемых кромок напылением, обмазкой, электроискровым способом и т.п.

Наиболее распространена лазерная сварка импульсным излучением в электронной и электротехнической промышленности, где сваривают угловые, нахлесточные и стыковые соединения тонкостенных деталей. Хорошее качество соединений обеспечивается сваркой лазерным лучом тонких деталей (0,05...0,5 мм) с массивными. В этом случае, если свариваемые детали значительно отличаются по толщине, в процессе сварки луч смещают на массивную деталь, чем выравнивают температурное поле и достигают равномерного проплавления обеих деталей. Чтобы снизить разницу в условиях нагрева и плавления таких деталей, толщину массивной детали в месте стыка уменьшают, делая на ней бурт, технологическую отбортовку или выточку (рис. 123). При лазерной сварке нагрев и плавление металла происходят так быстро, что деформация тонкой кромки может не успеть произойти до того, как металл затвердеет. Это позволяет сваривать тонкую деталь с массивной внахлестку. Для этого надо, чтобы при плавлении тонкой кромки и участка массивной детали под ней образовалась общая сварочная ванна. Это можно сделать, производя сварку по кромке отверстия в тонкой детали или по ее периметру.

Детали малой толщины можно сваривать также газовыми и твердотельными лазерами непрерывного действия мощностью до 1 кВ А. Лучше всего формируется шов при стыковом соединении тонких деталей. Однако при сборке таких соединений под лазерную сварку предъявляются более жесткие требования: должен быть обеспечен минимальный и равномерный зазор в стыке и практически полное отсутствие смещения кромок.

Сложнее формируется шов при сварке деталей толщиной более 1,0 мм с глубоким проплавлением. Как только плотность мощности лазерного излучения станет больше критической, нагрев металла будет идти со скоростью, значительно превышающей скорость отвода теплоты в основной металл за счет теплопроводности. На поверхности жидкого металла под действием реакции образуется углубление. Увеличиваясь, оно образует канал, заполненный паром и окруженный жидким металлом. Давления пара оказывается достаточно для противодействия силам гидростатического давления и поверхностного натяжения, и полость канала не заполняется жидким металлом. При некоторой скорости сварки форма канала приобретает динамическую устойчивость. На передней его стенке происходит плавление металла, на задней - затвердевание. Наличие канала способствует поглощению лазерного излучения в глубине свариваемого материала, а не только на его поверхности. Формируется так называемое "кинжальное проплавление". При этом образуется узкий шов с большим соотношением глубины проплавления к ширине шва.

Сварочная ванна (рис. 124) имеет характерную форму, вытянутую в направлении сварки. В головной части ванны расположен канал (кратер) 3. Это область наиболее яркого свечения. На передней стенке канала существует слой расплавленного металла, испытывающий постоянные возмущения. Здесь наблюдается характерное искривление передней стенки в виде ступеньки, которая периодически перемещается по высоте канала. Удаление! расплавленного металла с передней стенки осуществляется при перемещении ступеньки сверху вниз. Перенос расплавленного металла из головной части ванны в хвостовую происходит по боковым стенкам в горизонтальном направлении. В хвостовой части ванны 4 расплавленный металл завихряющимися потоками поднимается вверх и частично выносится на поверхность сварочной ванны. При образовании канала 3 над поверхностью металла появляется светящийся факел 2, состоящий из продуктов испарения, мелких выбрасываемых из ванны капель металла и из частиц конденсированного пара. При значительной скорости сварки факел отклоняется на 20...60° в сторону, противоположную направлению сварки. Этот факел поглощает часть энергии луча и снижает его проплавляющую способность.

При сварке деталей толщиной более 1,0 мм на проплавляющую способность луча в первую очередь влияет мощность излучения. Поскольку сварка таких деталей ведется при непрерывном излучении, то к основным параметрам режима здесь относится и скорость сварки. При выбранном значении мощности излучения скорость сварки определяют исходя из особенностей формирования шва: минимальное значение скорости ограничено отсутствием кинжального проплавления, а максимальное - ухудшением формирования шва, появлением пор, непроваров. Скорость сварки может достигать 90... 110 м/ч.

На качество сварных швов влияет фокусировка луча. Для сварки луч фокусируют в пятно диаметром 0,5... 1,0 мм. При меньшем диаметре повышенная плотность мощности приводит к перегреву расплавленного металла, усиливает его испарение - появляются дефекты шва. При диаметре более 1,0 мм снижается эффективность процесса сварки. Формирование шва зависит также от положения фокальной плоскости относительно поверхности свариваемых деталей. Максимальная глубина проплавления достигается, если фокус луча будет находиться над поверхностью детали.

Форма сварочной ванны в продольном сечении также отличается от ее формы при дуговой сварке (рис. 125). На поверхности фронта кристаллизации имеется выступ, который делит ванну на две характерные части. Нижняя часть значительно заглублена и имеет малую протяженность в поперечном сечении, тогда как верхняя часть более широкая и вытянута вдоль шва. Отсюда очевидно, что при лазерной сварке имеют место два процесса проплавления металла. Первый процесс связан с образованием канала, как это было показано выше. Именно он обеспечивает эффект глубокого проплавления. Второй процесс - поверхностное плавление за счет теплопроводности свариваемого материала. Преимущественное развитие того или иного процесса зависит от режима сварки и определяет очертания сварочной ванны. Высокая концентрация энергии, большая скорость лазерной сварки по сравнению с дуговыми способами, незначительное тепловое воздействие на около шовную зону вследствие высоких скоростей нагрева и охлаждения металла существенно повышают сопротивляемость большинства конструкционных материалов образованию горячих и холодных трещин. Это обеспечивает высокое качество сварных соединений из материалов, плохо свариваемых другими способами сварки. Существенно (до десяти раз) снижаются деформации сваренных деталей, что снижает затраты на правку.

При лазерной сварке с глубоким проплавлением металл шва защищают от окисления, подавая через сопло в зону сварки защитный газ. Применяют специальные сопла (рис. 126). Для сварки алюминия, титана и других высокоактивных металлов требуется дополнительная защита корня шва. Для защиты используют те же газы, что и при дуговой сварке, чаще это аргон, гелий или их смеси. Защитные газы влияют на эффективность проплавления: чем выше потенциал ионизации и теплопроводность газа, тем она больше. Качественную защиту можно обеспечить при расходе гелия 0,0005...0,0006 м3/с, аргона 0,00015...0,0002 м3/с, смеси, состоящей из 50 % аргона и 50 % гелия, 0,00045... 0,0005 м3/с. Для защиты зоны лазерной сварки можно использовать флюсы такого же состава, что и при дуговой сварке. Применяют их в виде обмазок, наносимых на свариваемые кромки.

Наиболее часто встречающиеся дефекты при лазерной сварке больших толщин - это неравномерность проплавления корня шва и наличие полостей в шве. Для снижения вероятности образования пиков проплавления при сварке с несквозным проплавлением рекомендуют повышать скорость сварки и отклонять лазерный луч от вертикали на 15... 17° по направлению движения луча. При сварке со сквозным проплавлением неравномерность проплава устраняют, применяя остающиеся или удаляемые подкладки.

Повысить эффективность процесса лазерной сварки можно, увеличивая проплавляющую способность луча. Перспективно применение для этого импульсных режимов сварки. При частоте импульсов 0,4... 1 кГц и при длительности импульсов 20...50 мс глубина проплавления может быть увеличена в 3...4 раза по сравнению с непрерывным режимом. При импульсном режиме КПД луча в 2...3 раза выше, чем при непрерывном. Однако импульсная сварка требует очень точной наводки луча на стык, более высокого качества подготовки кромок к сварке, а ее скорость в несколько раз уступает скорости сварки с непрерывным излучением.

Другой путь повышения эффективности - это подача в зону сварки дополнительного потока газа под давлением. Глубина проплавления при этом увеличится, но чрезмерное повышение расхода газа легко приводит к ухудшению формирования шва, появлению в нем пор, раковин, свищей. Затем газ начинает выдувать жидкий металл, процесс сварки переходит в резку. При сварке с несквозным проплавлением применяют разработанный в МГТУ им. Н. Э. Баумана способ импульсной подачи дополнительного газа. Это повышает глубину проплавления на 30...40 %, стабилизирует проплав. Эффективность процесса лазерной сварки можно повысить, вводя в зону сварки химические элементы, способствующие ионизации газа в зоне сварки и снижающие экранирующее действие факела. Это достигается нанесением на поверхности свариваемых кромок покрытий, содержащих элементы с низким потенциалом ионизации (калий, натрий).

Широкое применение лазерной сварки сдерживается экономическими соображениями. Стоимость технологических лазеров пока еще высока, что требует тщательного выбора области применения лазерной сварки. Однако, если применение традиционных способов не дает желаемых результатов либо технически неосуществимо, можно рекомендовать лазерную сварку. К таким случаям относится необходимость получения прецизионной (высокоточной) конструкции, форма и размеры которой не должны меняться в результате сварки. Лазерная сварка целесообразна, когда она позволяет значительно упростить технологию изготовления сварных изделий, выполняя сварку как заключительную операцию, без последующей правки или механической обработки. Экономически эффективна лазерная сварка, когда необходимо существенно повысить производительность, поскольку скорость ее может быть в несколько раз больше, чем у традиционных способов.

При изготовлении крупногабаритных конструкций малой жесткости или с труднодоступными швами, а также при необходимости соединения трудно свариваемых, в том числе разнородных материалов, лазерная сварка может оказаться единственным процессом, обеспечивающим качественные сварные соеди/ppнения.


 

Широкое применение новых конструкционных материалов на основе тугоплавких и высокоактивных металлов (титан, цирконий, молибден, вольфрам и др.) потребовало создания способа их обработки источником тепла с высокой плотностью энергии в условиях защиты от взаимодействия с газами воздуха (кислород, азот). Наиболее полно этим условиям отвечает электроннолучевая технология.

 

Сущность электронно-лучевой обработки материалов состоит в использовании кинетической энергии пучка электронов, движущихся в вакууме без столкновений с остаточными молекулами воздуха. При бомбардировке электронами поверхности обрабатываемого материала подавляющая часть кинетической энергии электронов превращается в тепловую, которая и используется для обработки.

Изменяя плотность энергии на обрабатываемом материале и управляя процессами теплоотвода, можно проводить обработку материалов в твердом, жидком и парообразном состояниях.

Электроннолучевая технология широко применяется в промышленности для плавки и переплава металлов и сплавов с целью их очистки от вредных примесей и газов, сварки и разделительной резки, пайки и обработки точных отверстий малого диаметра, нанесения покрытий различного назначения испарением и конденсацией в вакууме.

Первая успешная плавка тантала электронным лучом была осуществлена в Германии в 1905 г. С тех пор благодаря развитию вакуумной техники и электронной оптики созданы промышленное оборудование и технологии, позволяющие решать многие технические проблемы производства современных конструкций.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ

При электронно-лучевой сварке кинетическая энергия пучка электронов используется для расплавления стыка примыкающих друг к другу деталей и образования сварного шва. Электронный луч обеспечивает высокую удельную мощность на поверхности пятна нагрева. По этому показателю (табл. 24) электронный луч почти одинаков со световым лучом оптического квантового генератора (лазера) и существенно превосходит традиционные источники нагрева, применяемые при сварке.

Электрон является наименьшей заряженной частицей, которая наиболее простым образом может быть получена в свободном состоянии. Он имеет отрицательный заряд е =1,602-10"19 Кл, массу Ме = 9,109-10"31 кг, удельный заряд е/Ме = 1,759-10й Кл/кг. Свободные электроны в сварочных электронных пушках получают за счет эмиссии с поверхности твердых термоэлектронных катодов, изготовленных из вольфрама, тантала, гексаборида лантана. Катод нагревают до температуры, обеспечивающей необходимую плотность тока эмиссии. Нагрев катода ограничивается термостойкостью и скоростью испарения его материала.

Если электрон находится в однородном электрическом поле напряженностью Е, на него действует сила, равная произведению заряда электрона на напряженность поля:

Так как электрон имеет отрицательный заряд, сила F направлена противоположно вектору напряженности электрического поля. Работа, произведенная электрическим полем на перемещение электрона из одной точки поля в другую, может быть выражена, где U - разность потенциалов между этими точками.

Эта разность потенциалов в практике электронно-лучевой сварки называется ускоряющим напряжением U. Работа затрачивается на сообщение электрону кинетической энергии. В современных технологических установках для электронно-лучевой сварки ускоряющее напряжение U = 10... 100 кВ, скорость электронов в пучке может достигать 0,2...0,5 скорости света. Для любой технологической электронно-лучевой установки важно создание условий, при которых ускоренный электронный пучок достигает поверхность обрабатываемого материала, не испытывая столкновений с молекулами газов и паров в рабочей камере. Это достигается созданием в рабочем объеме установок вакуума, при котором длина свободного пробега молекул остаточного газа больше или равна расстоянию от катода электронной пушки до обрабатываемого изделия. При температуре 20 °С чем меньше давление воздуха, тем больше средняя длина свободного пробега молекул (табл. 25).

В камерах установок для электронно-лучевой сварки применяют давление Ы0~3...1-10~5 мм рт. ст. Это позволяет избежать взаимодействия электронов с остаточными молекулами паров даже таких высокоактивных металлов, как титан и алюминий.

Электроны, обладающие энергией, могут проникать в обрабатываемый материал на некоторую глубину. При этом они испытывают упругие и неупругие столкновения с атомами и молекулами вещества, отдавая им свою энергию и меняя скорость и направление движения. Так как масса электрона гораздо меньше массы атома и молекулы, при каждом столкновении он отдает лишь малую часть своей энергии и число столкновений для полной передачи энергии велико. Толщина слоя обрабатываемого материала, пройдя который электрон теряет свою энергию, зависит от ускоряющего напряжения, плотности и может быть выражена зависимостью

где 8 - толщина слоя, см; U - ускоряющее напряжение, В; р - плотность обрабатываемого материала, г/см3.

Так, для стали с плотностью 7,8 г/см3 при U = 60 кВ 8 = 12 мкм. Следовательно, энергия электронного луча преобразуется в тепловую внутри тонкого поверхностного слоя. Взаимодействие электронного луча с обрабатываемым материалом вызывает ряд явлений, оказывающих влияние на технологию сварки и конструкцию сварочных установок (рис. 127).

Тепловое и рентгеновское излучение, отраженные, вторичные и тепловые электроны снижают эффективно используемую долю энергии электронного луча для нагрева и плавления свариваемого материала. Как и другие виды излучений, рентгеновские лучи воздействуют на организм человека и при интенсивности, превышающей допустимую, вредны. Меры по защите операторов от рентгеновского излучения учитываются при проектировании электроннолучевых установок выбором технологических параметров сварки, конструкцией и толщиной стенок рабочей камеры. Так как проникающая способность рентгеновского излучения возрастает с энергией электронов в луче, меры по экранированию и защите определяются прежде всего максимальным ускоряющим напряжением. В большинстве технологических сварочных установок при ускоряющем напряжении от 10 до 70 кВ для защиты от рентгеновского излучения достаточно толщины стальных стенок рабочих камер, выбранных из конструктивных соображений. Разъемные соединения и вакуумные уплотнения должны располагаться в местах, не совпадающих по направлению с направлением максимальной интенсивности рентгеновских лучей. В смотровых окнах технологических установок применяют специальные стекла с добавками свинца.

Формирование сварного шва при электронно-лучевой сварке (рис. 128) имеет ряд особенностей, обусловленных испарением свариваемого материала и силовым воздействием давления отдачи пара на расплавленный металл. Давление этой отдачи на 3...5 порядков превышает давление электронного луча.

При определенном значении плотности и достаточной общей мощности электронного луча в сварочной ванне образуется канал-кратер, который может распространяться на всю толщину свариваемого материала, так же как и при сварке лучом лазера. Перемещение свариваемого изделия или электронного луча приводит к периодическому переносу жидкого металла из зоны плавления в зону кристаллизации при непрерывном воздействии электронного пучка на свариваемый материал. Образование кратера на всю глубину проплавления позволяет получить исключительно малый объем сварочной ванны и, следующие требования ко всем типам соединений - это высокая точность сборки деталей перед сваркой. Допустимые зазоры в свариваемых стыках не должны превышать 0,2 мм. При ЭЛС требуется более тщательная очистка свариваемых кромок от различных загрязнений и особенно от органических веществ.

Воздействие электронного луча на жидкий металл приводит к микровзрывам в вакууме, в результате чего часть металла сварочной ванны разбрызгивается, поверхность шва становится неровной, в шве могут возникнуть дефекты.

Для ЭЛС предпочтительны стыковые соединения, так как в этом случае удается получать узкие сварные швы с минимальной деформацией изделий. Сварка с отбортовкой кромок на телах вращения применяется чаще в приборостроении. Изделия, значительно различающиеся по толщине (например, приварка мембраны к корпусу), сваривают с предварительной обработкой кромки большей толщины для выравнивания температурного поля, что обеспечивает симметричное проплавление деталей. Соединения внахлестку широко применяют при сварке разнородных металлов, различающихся по температуре плавления. Электронный луч в этом случае смещают на более тугоплавкую кромку.

Возможность сварки в узких разделках и труднодоступных местах является одним из преимуществ ЭЛС перед другими способами сварки плавлением. Эта возможность достигается благодаря малым размерам сечения электронного луча и его автономности по отношению к свариваемому изделию. Однопроходная сварка нескольких расположенных друг над другом стыков может быть выполнена проникающим лучом, а в некоторых конструкциях соединение двух оболочек может быть осуществлено через ребро жесткости.

При сварке деталей толщиной 1...2 мм, может наблюдаться неравномерное формирование шва, которое можно устранить регулированием фокусировки луча. Наиболее часто встречающийся дефект при сварке небольшой толщины - неравномерность проплавления из-за провисания жидкого металла под действием давления испаряющегося металла и фиксации этого провисания за счет высокой скорости кристаллизации. Для избежания этого дефекта при сварке ответственных конструкций следует применять остающиеся подкладки из свариваемого металла. Высокие скорости электронно-лучевой сварки могут привести к подрезам, размеры которых определяются теплофизическими свойствами свариваемого металла. В середине шва при этом образуется выступ. Снижение скорости сварки уменьшает возможность образования подрезов. Если они образовались, то их можно устранить повторным оплавлением поверхности шва при меньшей мощности луча или расфокусированным лучом.

Один из характерных для ЭЛС дефектов - это газовая пористость металла шва. Основная причина образования пор - загрязненность свариваемого металла газами, которые при кристаллизации сварочной ванны могут выделяться вследствие разной их растворимости в жидком и твердом металле. Пористости способствует также химическое взаимодействие компонентов и примесей в свариваемом металле при высокой температуре с образованием газовой фазы. Высокая скорость кристаллизации металла ванны при ЭЛС не позволяет газовым пузырькам всплыть и выделиться из сварочной ванны. Лучший способ борьбы с газовой пористостью при ЭЛС - это использование чистых исходных металлов, которые получают вакуумно-дуговым, электрошлаковым и электронно-лучевым переплавом.


 

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ

Основной узел установки для ЭЛС - это электроннолучевая пушка с системами электропитания и управления, формирующая электронный луч (рис. 130). Источником электронов в пушке является катод 1, изготавливаемый из металлов с малым значением работы выхода электронов, допускающих нагрев до высокой температуры при сравнительно низкой скорости испарения. Наиболее полно этим требованиям отвечают вольфрам и тантал. В некоторых конструкциях сварочных пушек применяют катоды косвенного нагрева, изготовленные из лантаноборидных соединений (например, LaB6), нагреваемые специальным источником тепла. Они обладают лучшими эмиссионными характеристиками по сравнению с металлическими катодами.

Температура катода должна быть такой, чтобы сила тока эмиссии была несколько больше, чем сила тока электронного пучка. Для этого при фиксированном значении ускоряющего напряжения выбирается такая сила тока накала катода, дальнейшее повышение которой не приводит к заметному повышению силы тока луча. Прикатодный электрод 2 и ускоряющий электрод (анод) 3 создают условия для электростатической фокусировки и разгона электронов под действием ускоряющего напряжения U. Расходящийся затем под действием кулоновских сил электронный луч 9 фокусируется магнитной линзой 6, на фокусном расстоянии от которой размещается свариваемое изделие 8. Система отклонения электронного луча 7 состоит из четырех, реже шести, электромагнитов и служит для управления процессом сварки, настройки электронного луча на свариваемый стык, сообщения лучу колебательных движений по заданной программе.

В сварочных установках (рис. 131) электроннолучевая пушка 1, соединенная с источником питания 2, встраивается в вакуумную камеру 5, изготавливаемую, как правило, из коррозионно-стойкой стали. Форма камеры и толщина ее стенок должны обеспечивать устойчивость камеры под действием атмосферного давления и надежную защиту сварщика от рентгеновского излучения. Размеры сварочной камеры определяются габаритами свариваемых изделий 5. Для загрузки и выгрузки изделий камеру оснащают крышкой-люком 4 с разъемными уплотнениями из вакуумной резины. Для наблюдения за настройкой электронного луча 6 на свариваемый стык и за процессом сварки камера снабжена смотровым окном 7. Внутреннюю поверхность камеры полируют для снижения количества остаточных газов.

Вакуумная система установки состоит из высоковакуумного пароструйного насоса 8, форвакуумного механического насоса 9, системы трубопроводов и вентилей 11, а также приборов для контроля остаточного давления - вакуумметров. Вакуумная система должна поддерживать в рабочем объеме камеры разрежение 1 -10-4 1-10-5 мм рт. ст. Для сварки крупногабаритных изделий имеются вакуумные сварочные камеры объемом в десятки кубических метров. По мере увеличения габаритов сварочных камер возрастает и время, необходимое для создания нужного разрежения. Кроме того, изготовление таких камер требует расхода большого количества дорогостоящих материалов, что значительно повышает стоимость установок. Поэтому ведутся интенсивные работы по созданию малогабаритных стационарных и передвижных вакуумных камер, обеспечивающих необходимое разрежение только в местах сварки. К большим достижениям при создании передвижных вакуумных сварочных камер следует отнести использование для подвижных вакуумных уплотнений ферромагнитных жидкостей, густеющих и даже твердеющих под действием магнитного поля.

Другим направлением исследований является вывод электронного луча достаточной мощности в атмосферу с местной защитой места сварки инертными газами. Очевидно, что проблема создания необходимого разрежения отсутствует в космосе, поэтому основным способом соединения при монтаже космических конструкций может стать электроннолучевая сварка. Первыми операторами электроннолучевых установок, осуществившими сварку в открытом космосе, стали наши космонавты С.Е. Савицкая и В. А. Джанибеков.


 

ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ

 

Сварка давлением - это способ получения неразъемного соединения деталей путем их совместного пластического деформирования.

Известны две разновидности сварки давлением: без нагрева (сварка взрывом, импульсом магнитной энергии, холодная сварка) и с нагревом (кузнечная, ультразвуковая, трением, диффузионная, высокочастотная, газопрессовая и контактная сварка). Природа образования соединения во всех случаях сварки как с нагревом, так и без него одна: это результат взаимодействия между активированными атомами соединяемых поверхностей. Различают три стадии процесса образования соединения при сварке давлением. На первой стадии образуется физический контакт, происходит активация поверхностей, которые сближаются на параметр кристаллической решетки, преодолевая энергетический барьер, но сохраняют устойчивое состояние, не сливаясь. На второй стадии образуется химическое соединение активированных поверхностей, происходит сварка - сближение атомов на расстояние межатомарного взаимодействия. Ширина границы раздела становится соизмеримой с шириной межзеренной границы, прочность соединения становится соизмеримой с прочностью основного металла. На третьей стадии происходит диффузионный обмен масс через объединенную поверхность соединения. При этом вновь полученная поверхность раздела размывается или расчленяется продуктами взаимодействия.

На третьей стадии в зависимости от ее продолжительности и рода соединяемых металлов может происходить один из следующих процессов (рис. 132). При сварке одноименных металлов мелкозернистая граница раздела при длительной выдержке замещается крупными рекристаллизованными зернами. Прочность соединения снижается на 10...20 %.

При сварке пар металлов с неограниченной растворимостью друг в друге при достаточно большой выдержке (до 10 мин) на вновь образованной границе раздела развивается диффузионная прослойка, состоящая из твердого раствора свариваемых металлов. Прочность соединения в этом случае выше прочности одного из металлов пары.

При соединении некоторых пар металлов может образовываться эвтектика - механическая смесь кристаллитов компонентов этих металлов. Она хрупкая, имеет низкую прочность. Другие разнородные металлы могут образовывать друг с другом химические соединения интерметаллиды. Они имеют высокую прочность, но низкую пластичность. При сварке таких металлов между собой в их контакте в третьей стадии процесса будут возникать эвтектические и интерметаллидные включения, ухудшающие механические свойства промежуточной прослойки. Поэтому при затягивании третьей стадии диффузионные процессы в контакте разнородных металлов могут привести к полному разрушению соединения.

Основная трудность при всех способах сварки давлением заключается в том, что надо обеспечить физический контакт между соединяемыми поверхностями и активировать их так, чтобы остаточная деформация деталей (вмятины, грат) была минимальной.

Реальные поверхности кроме макро-, микро и субмикрошероховатостей (рис. 133) имеют макроотклонения или отклонения формы сопрягаемых поверхностей, характеризующие точность их обработки (рис. 134). Физическое контактирование должно сопровождаться большой деформацией. Действительно, чтобы снять микронеровности высотой всего 10... 15 мкм или выровнять неплоскостность на 50...500 мкм, приходится деформировать всю массу детали на величину, достигающую 90 % ее толщины. Это "вынужденная" деформация ев - такая относительная остаточная деформация, при которой под действием усилия сжатия произошло завершение физического контакта по всей плоскости сварки.

Уменьшить вв можно тремя приемами. Первый из них - уменьшение деформационного упрочнения шероховатого слоя в контакте путем замедленного сжатия деталей при высокой температуре нагрева (диффузионная и газопрессовая сварка). В этом случае е3 = 5... 15 %. Второй прием - это резкое увеличение напряженного состояния в шероховатом слое контакта путем чисто контактного сжатия (сварка взрывом, импульсом магнитной энергии). В этом случае ев —> 1. Третий прием - создание чисто контактного, локального нагрева при одновременном сохранении условий, при которых не происходит деформационного упрочнения в контакте. Это способы контактной сварки, при которых .в =15 %, и прецизионные способы контактной сварки, при которых ев = 2...5 %.

Среди известных способов сварки давлением только при диффузионной сварке и сварке взрывом ев приближается к минимально возможной. Это обусловлено контактированием с критическими скоростями, при которых благодаря диффузионным процессам разупрочнение в контакте преобладает перед его деформационным упрочнением. Для всех остальных способов сварки давлением фактические скорости контактирования намного превышают критические. Следовательно, при этих способах нельзя получить соединения с минимальной остаточной деформацией. Например, чтобы при холодной сварке получить соединение с минимальной осадкой, скорость контактирования при комнатной температуре должна быть настолько медленной, что для завершения сварки потребуются годы.

Несмотря на это способы сварки давлением значительно расширяют область применения сварки, позволяя сваривать между собой разнородные металлы, соединение которых сваркой плавлением невозможно, неметаллические материалы с металлами, и резко повышают производительность в условиях массового производства.

Рассмотрим далее особенности способов сварки давлением.


 

К этим способам относятся кузнечная и ультразвуковая сварка, сварка трением, высокочастотная, газопрессовая, диффузионная и контактная сварка. Две последних подробно рассматриваются в гл. 15 и 16. Рассмотрим особенности остальных способов сварки давлением с нагревом.

КУЗНЕЧНАЯ СВАРКА

Кузнечно-горновая сварка - родоначальник всех современных способов сварки давлением. Сварог - так назывался древнеславянский бог-кузнец. Сварожичем называли огонь, считая его сыном Сварога. Отсюда "сварка", "сварить" - намертво соединить два куска железа посредством огня и ударов кузнеца. Таинственная роль кузнеца у древних славян почиталась священной. Кузнец владел таинствами горячей обработки металлов и основной технологией того времени - сваркой. Найденные в раскопках инструменты, оружие и сельскохозяйственные орудия VIII...VII вв. до н. э., так же как и изделия более поздних времен, показывают, что кузнечно-горновая сварка вплоть до конца XIX в. была единственным способом изготовления всех изделий из железа. Все инструменты и оружие делались только сварными. Режущие и рубящие кромки изготавливали из стали с содержанием 0,6...0,9 % углерода, державочные части делали из мягкого железа. Кузнечная сварка появилась как прием превращения кричного, хрупкого, железа в пластичное, ковкое.

Кричное железо получают в результате восстановления красного железняка древесным углем при нагреве до температуры 1300 °С:

4Fe203 + 14 С 2Fe3C + 2Fe + 12СО Т.

Кричное железо представляет собой малопригодную для изготовления поковок смесь чистого железа с карбидом железа Fe3C (цементитом) с температурой плавления 1150 °С. Для придания слитку пластичности его нагревают в горне до "сварочного жара" (800...900 °С), окисляя с поверхности и многократно расплющивают, "уковывают", с поочередным сворачиванием вдвое. При уковке цементит восстанавливает железо из окиси: Fe3C + FeO -> 4Fe + СО Т.

Благодаря такой уковке из поковки удаляется избыток углерода и кислорода, чем обеспечивается ее пластичность. И, кроме того, оказалось, что две свернутые части поковки снова становились одним монолитом. Это явление и назвали кузнечной сваркой. Только в 1970-х годах было установлено, что в процессе взаимодействия карбида железа с его окислами образуется так называемое активированное железо. Такое железо, концентрируясь в контакте между двумя поверхностями, является "сшивающим" материалом, так как оно несет на своей поверхности свободные, активированные атомы, способные к образованию прочного неразъемного соединения друг с другом. Благодаря тому, что процесс идет при высокой температуре, кузнечная сварка завершается при ев = 20...30 %. Кузнечная сварка была незаменима в течении 24 веков при изготовлении клинков, кольчуг, якорей, металлических решеток, предметов домашней утвари, лемехов плугов и т.п. В наше время кузнечная сварка применяется главным образом для ремонта изделий в сельской местности. Кузнечной сваркой хорошо сваривается мягкая сталь с содержанием углерода 0,15...0,25 %. Примеси снижают свариваемость. Ультразвуковая сварка Ультразвуковая сварка (УЗС) основана на использовании энергии ультразвуковых колебаний. Свариваемые детали 1 зажимают между опорой 2 и сваривающим наконечником 3 (рис. 135), который колеблют с частотой 20...30 кГц при амплитуде 0,5...50 мкм и сдавливают усилием 0,1... 1,0 предела текучести (ах) свариваемого материала в течение 0,1 ...3,0 с.

Специфический вид энергии - ультразвук способен резко снижать силы внешнего и внутреннего трения в озвученных металлах и полимерах, делая их сверхпластичными. Ультразвук увеличивает скорость диффузии в озвученных металлах в 107 раз, что создает условия, при которых твердый металл ведет себя как квазижидкое вещество. В свариваемом металле происходят при этом акустические кавитационные явления: чередование высоких локальных давлений с разрежением. Это способствует очистке деталей от жировых и других загрязнений, измельчает твердые окисные пленки и интенсивно удаляет их, активирует свариваемые поверхности. В зоне воздействия ультразвуком температура металла увеличивается до 0,7 температуры его плавления, а полимерные материалы начинают "плыть". Все эти особенности ультразвука обеспечивают основное технологическое преимущество УЗС: возможность сварки металлов, в том числе алюминия и его сплавов без предварительной подготовки поверхности. УЗС обладает малой энергоемкостью (0,5...4 кВ-А) и легко подается автоматизации при скорости сварки от 1 до 20 м/мин. УЗС хорошо свариваются черные и цветные металлы, разнородные и разнотолщинные материалы (например, 0,03 + 4 мм). Возможна сварка без предварительного снятия защитных пленок, сварка многослойных деталей и полимерных материалов.

Основные технологические параметры режима УЗС: площадь ввода ультразвука в зону сварки, амплитуда колебаний сварочного наконечника, сварочное усилие (сила сжатия деталей) и время сварки. Их рассчитывают с учетом механических и теплофизических свойств свариваемого материала, а затем экспериментально проверяют и уточняют. Амплитуда колебаний сварочного наконечника должна расти пропорционально толщине свариваемых деталей и пределу текучести их материала. Например, при изменении толщины детали от 0,2 до 0,8 мм амплитуда колебаний наконечника должна увеличиться с 4 до 12 мкм, а при переходе с алюминия на никель - с 12 до 16 мкм. В то же время при возрастании силы сжатия деталей и диаметра наконечника (площади ввода ультразвука) амплитуду колебаний можно пропорционально снизить.

Технологическое оборудование для УЗС имеет типовую структуру (см. рис. 135) и содержит привод усилия сжатия 4, волновод 5 со сваривающим наконечником 3 и магнитострикционный преобразователь б, который питается от генератора 7 электрического тока ультразвуковой частоты. Преобразователь б выполняют как одно целое с волноводом 5 из материала, обладающего магнитострикционными свойствами: способностью сжиматься (никель) или расширяться (железокобальтовые, железоалюминиевые сплавы) под действием магнитного поля. Электрический ток от генератора 7 создает в катушке преобразователя б переменное магнитное поле, которое возбуждает в металле преобразователя ультразвуковые механические колебания. Волноводом 5 эти колебания усиливаются до амплитуды 20...50 мкм и передаются через наконечник 3 свариваемым деталям 1. Для сварки металлов чаще применяют установки с продольной, а для сварки пластмасс с поперечной системой расположения волновода 5 относительно поверхности свариваемых деталей (рис. 135, б).

Ультразвуковую сварку применяют в приборостроении и радиоэлектронике при изготовлении деталей толщиной от 0,03 до 3,0 мм из алюминия, меди, их сочетаний, причем провода к этим деталям можно приваривать без снятия изоляции. Обмотки трансформаторов и обкладки конденсаторов из анодированной алюминиевой фольги сваривают с токоподводами из латуни и алюминия, не зачищая фольгу. УЗС приваривают термопары и датчики из коррозионностойких сплавов, этот способ сварки трудно заменим при соединении мембран толщиной 0,05...0,1 мм из палладиевых сплавов с массивными деталями химических аппаратов. Выдающимся достижением нашей науки и техники стали разработанные под руководством Г.А.Николаева и В.И.Лощилова технологии ультразвуковой резки, наплавки и сварки костных тканей, а также резки и сварки мягких тканей человека (например, кровеносных сосудов). Эти технологии освоены медиками и применяются при хирургических операциях. Сварка трением Сварка трением - это способ сварки давлением, при котором детали нагреваются в тонких поверхностных слоях и очищаются от пленок загрязнений и окислов в результате трения сопрягаемых поверхностей.

Первый патент на сварку трением был выдан в 1891 г. в США, однако идея тогда не была использована в промышленности. Практическое использование этого способа началось в нашей стране в 1956 г. с предложенной токарем А. И. Чудиковым простейшей схемы процесса, получившей название русской, или конвекционной сварки трением. Сущность ее в следующем (рис. 136). Две детали устанавливаются сносно в зажимах машины. Одна из них неподвижна, другая приводится во вращение и прижимается к неподвижной. На торцах деталей, прижатых друг к другу, возникают силы трения. Металл, ставший пластичным в результате нагрева в процессе трения, выдавливается из стыка в радиальном направлении в виде грата. Нагрев прекращается в момент резкого торможения и остановки вращения без снятия ковочного усилия.

В 1962 г. американская компания "Катерпиллер Трактор К0" запатентовала способ инерционной сварки трением. По этому способу маховик машины с помощью небольшого электродвигателя разгоняется до заданной скорости, двигатель при помощи муфты сцепления отключается, а маховик с помощью захвата соединяется с подвижной деталью, которая прижимается к неподвижной детали. Силы трения между подвижной и неподвижной деталями тормозят и останавливают маховик с деталями. За короткое время торможения маховика детали оказываются сваренными (рис. 136, б).

Затем появилась сварка трением двух деталей через вращающуюся вставку, позволившая соединять массивные или длинные детали, вращать которые невозможно, вибрационная сварка трением пластмасс, орбитальная сварка трением, при которой в начале сварки оси вращения деталей смещены относительно друг друга, что обеспечивает равномерный нагрев всей свариваемой поверхности.

Сварка трением обеспечивает высокую производительность (до 600 сварок в час), высокое и стабильное качество соединения, возможность сварки однородных и разнородных материалов, потребляет мало энергии (на порядок меньше, чем контактная сварка), имеет высокий КПД (до 85 %), легко поддается механизации и автоматизации. Это экологически чистый процесс, при нем отсутствуют выделения газов и излучений.

Основные параметры режима сварки трением - это давление при нагреве и проковке, время нагрева и проковки, скорость вращения детали или вставки, величина осадки при нагреве и суммарной осадки. Общее время сварки одного стыка деталей может быть 2...22 с при обычной сварке трением и 0,5...5 с при инерционной сварке.

Качество соединений зависит от подготовки поверхностей деталей. Соединяемые поверхности должны быть параллельны друг другу, с них должны быть удалены окислы, жировые пленки и покрытия. ![CDATA[ google_ad_client = При сварке пар металлов с неограниченной растворимостью друг в друге при достаточно большой выдержке /p (до 10 мин) на вновь образованной границе раздела развивается диффузионная прослойка, состоящая из твердого раствора свариваемых металлов. Прочность соединения в этом случае выше прочности одного из металлов пары.Лучше всего это делать механической обработкФормирование сварного шва при электронно-лучевой сварке (рис. 128) имеет ряд особенностей, обусловленных испарением свариваемого материала и силовым воздействием давления отдачи пара на расплавленный металл. Давление этой отдачи на 3...5 порядков превышает давление электронного луча.ой. Образующийся при сварке грат надо удалять, он как концентратор напряжений уменьшает усталостную прочность сварного соединения. Грат обычно срезают прямо на сварочной машине, но можно оплавлять его, например, электрической дугой.

Сварку трением применяют для соединения заготовок сплошного сечения диаметром от 8 до 100 мм, трубчатых - от 10 до 200 мм. Сваривают трением детали и узлы автомобилей и тракторов, оборудования и аппаратуры для атомной и химической промышленности, пищевого, текстильного, горнодобывающего и подъемно-транспортного оборудования, металлообрабатывающего и мерительного инструмента.

Машины для сварки трением содержат переднюю бабку со шпинделем и зажимом для вращающейся заготовки, заднюю бабку с зажимом для невращающейся заготовки, приводы осевого усилия и вращения шпинделя, тормозную систему шпинделя или электродвигателя и систему управления процессом сварки. В машинах для инерционной сварки, кроме того, имеется маховик. Некоторые машины снабжены устройством для снятия грата.

Первая в мире машина для сварки трением МСТ-1 появилась в России в 1958 г. С тех пор производство оборудования для сварки трением непрерывно развивается. Ведущую роль играют полуавтоматы с горизонтальным расположением оси шпинделя. Сюда относятся отечественные машины второго поколения МФ-327, МСТ-20 и СТ-107 мощностью от 40 до 160 кВ-А, обеспечивающие усилие сжатия от 100 до 450 кН с частотой вращения шпинделя 5... 18 с"1. За рубежом оборудование для сварки трением изготавливают фирмы "Катерпиллер" (США), "Кука" (Германия), "Тойота" (Япония), "Стилвелд" (Великобритания).

Газопрессовая и высокочастотная сварка Оба эти способа сварки давлением заключаются в предварительном нагреве кромок соединяемых деталей с последующим деформированием их сварочным усилием до образования сварного соединения.

При газопрессовой сварке соединяемые кромки нагревают ацетилено-кислородным пламенем с помощью специальных многопламенных горелок. Различают газопрессовую сварку в пластичном состоянии, когда кромки нагревают до 0,8...0,9 температуры их плавления, и газопрессовую сварку с оплавлением. В обоих случаях сварка может осуществляться при постоянном или при изменяющемся давлении, когда детали вначале лишь слегка сдавливают, а при достижении заданной температуры давление увеличивают до рабочего (2...5 кг/мм2).

Газопрессовой сваркой соединяют рельсы, трубы и другие профильные детали. Ее преимущества: высокая производительность по сравнению со сваркой плавлением, простота оборудования, возможность применения в полевых условиях. Недостаток - большой расход газов (до 8000 ji/ч). С развитием сварки трением и контактной стыковой сварки газопрессовая сварка утрачивает свое былое значение.

Высокочастотная сварка (индукционная, радиочастотная) - это способ сварки давлением, при котором кромки деталей нагреваются током высокой частоты до температуры оплавления. Плотность тока высокой частоты, протекающего по металлическому телу, максимальна на поверхности тела и резко уменьшается по мере удаления вглубь тела. Это явление называют поверхностным эффектом. Кроме того, токи высокой частоты, протекающие в двух параллельных проводниках в противоположных фазах, стремятся сблизиться. Это явление называют эффектом близости.

Нагрев деталей при высокочастотной сварке производят с помощью индуктора, располагаемого у свариваемого стыка и генерирующего в свариваемых кромках индукционные токи, или с помощью двух скользящих по поверхности детали электродов. В обоих случаях эффект близости и пбверхностный эффект позволяют обеспечить нагрев только в поверхностных слоях соединяемых кромок глубиной 0,1...0,15 мм. Это уменьшает расход энергии и повышает качество сварного соединения, так как можно избежать перегрева металла вблизи шва.

Высокочастотная сварка ведется при силе тока 1000...2000 А частотой 2,5...500 кГц. Усилие сжатия для различных деталей и материалов может быть в пределах 4... 15 кг/мм2. Мощность машинных или ламповых генераторов высокочастотного тока 15...500 кВ-А.

Высокочастотной сваркой изготавливают прямошовные трубы из неочищенной горячекатанной малоуглеродистой стали. Применение радиочастоты (более 400 кГц) позволяет сваривать продольные швы труб из алюминия, жаропрочных сплавов, легко окисляющихся металлов. Швы получаются с незначительным внутренним гратом, с малой шириной зоны термического влияния, с хорошими механическими свойствами. Процесс сварки не чувствителен к состоянию поверхности деталей, не требует специальной подготовки кромок, легко автоматизируется, высокопроизводителен: скорость сварки труб достигает 20... 100 м/мин. Существенный недостаток высокочастотной сварки сложность оборудования.


 

Новые способы сварки давлением: холодная, взрывом и импульсом магнитной энергии созданы в 1950 - 1960 гг. Особенность этих способов: обязательное предварительное удаление всех пленок с соединяемых поверхностей либо механической зачисткой или срезанием, как это делают при холодной сварке, либо путем отрыва их кумулятивной волной взрыва или магнитного поля. Последующее пластическое сжатие чистых поверхностей служит для создания физического контакта и активации свариваемых поверхностей.

 

Холодная сварка металлов Холодная сварка - это способ неразъемного соединения деталей путем их совместной глубокой пластической деформации, достигающей 60...90 %. Для этого требуются большие удельные давления, превышающие предел текучести свариваемого материала в 3...5 раз. Время сварки составляет 1 ...2 с. Холодная сварка используется в массовом производстве для соединения деталей из пластичных металлов: алюминия, меди, золота, индия, серебра и их сочетаний. В этой области сварки Россия является ведущей страной как по масштабам разработки и выпуска оборудования, так и по объемам промышленного освоения.

Отсутствие нагрева позволяет сваривать холодной сваркой термически разупрочняемые металлы, герметизировать емкости, нагрев которых не допустим. Холодная сварка обладает малой энергоемкостью, гигиенична (не выделяется газ, нет брызг, излучений, шума). Обеспечивается надежное соединение разнородных металлов, например алюминия с медью, без образования хрупкой интерметаллидной прослойки. Недостатки холодной сварки: возможность соединения только пластичных металлов, глубокие вмятины при нахлесточном соединении, ограничения в форме и размерах свариваемых деталей, малая универсальность (она не применима в труднодоступных местах, для соединения деталей сложной формы, мелких деталей).

Несмотря на недостатки холодная сварка широко применяется во многих отраслях производства. С ее помощью в электротехнике соединяют алюминиевые детали с медными, обеспечивая надежный электрический контакт. На кабельных заводах соединение концов бухт проводов обеспечивает намотку катушек без отходов. В радиотехнике и электронике холодную сварку на высокопроизводительных полуавтоматах используют для герметизации корпусов полупроводниковых приборов из меди, алюминия и ковара. На электрифицированном транспорте холодная сварка обеспечивает соединение контактных проводов. В бытовой технике холодная сварка заменяет клепку деталей посуды из алюминия. В производстве алюминиевых испарителей холодильников применяют холодную сварку прокаткой.

Главным препятствием для холодной сварки, не устранимым даже глубокой пластической деформацией, являются не окисные, а водяные и жировые пленки на поверхности соединяемых деталей. Даже незначительное количество жира и влаги, перенесенное с рук на поверхность металла, делает холодную сварку невозможной. Жировая пленка при деформировании металла растягивается, не теряя сплошности, и препятствует сближению поверхностей до конца процесса. Химическим травлением и обезжириванием жировые пленки полностью не удаляются, остатки травящих и моющих веществ остаются на поверхности деталей и также препятствуют сварке. Не помогает даже многократное промывание спиртом-ректификатом. При соединении деталей внахлестку удалять жировые пленки можно стальной щеткой диаметром 50...200 мм, вращающейся со скоростью 1500...3000 об/мин и прижимаемой к поверхности с усилием 1 ...2 МПа. При соединении деталей встык лучше механически обрезать торцы деталей. При сварке мелких деталей, если зачистку производить неудобно, хорошо помогает никелирование, или отжиг, а при сварке фольги - анодирование поверхности. Время от подготовки поверхности до сварки не ограничивается.

Холодная сварка может быть точечной, стыковой и роликовой (шовной). Чаще применяют точечную и стыковую сварку (рис. 137). Точечной сваркой соединяют детали внахлестку с их предварительным зажатием, повышающим прочность соединения на 20 %, или без него. В детали с обоих сторон вдавливают пуансоны круглого или чаще прямоугольного сечения. Отношение глубины вдавливания пуансона к толщине детали, при котором происходит сварка, называют минимальной вынужденной деформацией, или степенью деформации, и выражают ее в процентах. При сварке алюминия степень деформации 60 %, его сплавов - 75 %, меди, никеля и армко-железа - 85 %, свинца 55 %, серебра - 30 %. Давление при точечной сварке выбирают в 3...5 пределов текучести свариваемого материала. При сварке с предварительным зажатием деталей площадь зажатия задают в 15...25 площадей торца пуансона.

При стыковой холодной сварке (рис. 137, г) детали 1 надо установить в зажимах 3 так, чтобы вылеты 1\ и /2 концов деталей были равными 1...1,2 диаметра или толщины свариваемых прутков или полос. Если свариваются разнородные металлы, то вылет и усилие зажатия деталей в зажимах 3 со стороны более прочного металла делают больше. Например, при сварке алюминия с медью вылет медного конца устанавливают на 30...50 % больше, алюминиевую деталь зажимают усилием в 0,5, а медную - в 0,8 усилия осадки. После зажатия деталей торцы их обрезают ножом 4, удаляя загрязнения, и пленки с торцевых поверхностей и обеспечивая их параллельность. Затем детали А сближают, сдавливают и производят сварку. Погрешности установки Ж вылета концов деталей и непараллельность их торцов можно компенсировать при сварке увеличением осадки вплоть до ее удвоения.

Деформация металла в зоне соединения в течение всего процесса стыковой сварки должна происходить симметрично. Нарушение этого условия ухудшает качество соединения. Внешний признак такого нарушения - асимметрия выдавленного из стыка металла (грата).

Холодной сваркой можно получать тавровые соединения (рис. 138, а). Чтобы уменьшить ослабление металла при точечной сварке, применяют ее в комбинации с механическим соединением. Это "грушевидная" сварка (рис. 138, б) и сварка-клепка (рис. 138, в). При "грушевидной" сварке собранные внахлестку детали 1 укладывают на подложку 3 с коническим отверстием, диаметр которого со стороны детали равен 1,9 суммарной толщины / свариваемых деталей, а угол конусности а = 0...200. Детали сдавливают конусными пуансонами 4 с углом конусности 10° и диаметрами рабочих торцов d{ = d2 =1,25/. Под действием сварочного усилия Рс детали деформируются, относительная деформация достигает 75 %, металл выдавливается в коническое отверстие подложки 3, обтекая торец нижнего пуансона, металл верхней детали, растекаясь в стороны, защемляется в металле нижней детали. Это защемление обеспечивает до 50 % прочности соединения.

Точечная сварка-клепка (см. рис. 138, в) предназначена главным образом для соединения листовых и полосовых металлов разных (1:10) толщин. В деталях 1 просверливают отверстия: в тонкой - сквозное, в толстой - глухое, на глубину 0,4...0,9 толщины. В отверстия вдавливают или вбивают отрезок проволоки 5 несколько большего диаметра, чем диаметр отверстия. Часть проволоки, которая осталась над отверстием, расклепывается с формированием замыкающей головки 6.

Для холодной сварки можно применять прокладки 7 из пластичного материала толщиной до 0,5 диаметра или толщины свариваемого материала (рис. 138, г). Такой способ получил название "холодная пайка". В качестве прокладок применяют алюминий, медь, олово, свинец. Прочность таких соединений не превышает 50 % прочности свариваемого материала.

Машины для холодной сварки содержат силовой пневматический или гидравлический привод сжатия, сварочный штамп, узел подготовки поверхностей перед сваркой и аппаратуру управления, а для стыковой сварки - еще и привод зажатия деталей и сварочную головку. С помощью зажимных губок в стыкосварочных машинах не только зажимают детали, но и направляют течение металла при осадке и формируют грат. Поэтому они заточены под углом 60°. Изготавливают зажимные губки и пуансоны для точечной сварки из легированных (40Х, Х12М) или углеродистых (У8, У10) сталей и закаливают до твердости HRC 55.

Для точечной сварки применяют машины УГХС 5-2, МХСА-50-3, рассчитанные на сварку деталей толщиной 5...20 мм. Для стыковой сварки алюминиевых и медных деталей сечением 0,5...1000 мм2 производят 5 универсальных машин типа МСХС и специализированные машины, например МСХС-2004, для сварки встык медных контактных проводов сечением до 100 мм2 прямо на трамвайных или троллейбусных линиях. Изготавливает машины для холодной сварки завод "Электрик", г. Санкт-Петербург. Сварка взрывом Сварка взрывом - это способ сварки давлением, при котором для очистки, сближения, активации и соединения поверхностей используют энергию взрыва. Возможность сварки при помощи взрыва предвидел еще в 1957 г. академик М. А. Лаврентьев. Практически этот способ осуществили в США в 1959 г. В России центром по исследованию и освоению сварки взрывом стал Волгоградский государственный технический университет.

Для сварки взрывом на жесткое основание 1 (рис. 139) укладывают одну из свариваемых деталей 2. Параллельно ей сверху с зазором h располагают вторую деталь 3, которую называют метаемой. Обе детали предварительно зачищают металлическими щетками или травлением, удаляя окалину, ржавчину и жировые пленки. На всей поверхности метаемой детали помещают заряд 5 взрывчатого вещества (ВВ) заданной высоты Н. После подрыва детонатором 6 заряд 5 взрывается, по нему со скоростью 2ООО...8 ООО м/с распространяется фронт детонационной волны 9. Образующиеся газообразные продукты взрыва со скоростью 1000...6000 м/с расширяются, давят на метаемую деталь 3, которая со скоростью Vc соударяется с неподвижной деталью 2 и дважды перегибается. Ее наклонный участок со скоростью VK, равной скорости детонационной волны 9, движется за фронтом этой волны. В окрестностях вершины угла соударения у развивается давление порядка 150 000 атм, под действием которого окисные дленки и загрязнения, разрушаясь, выносятся с поверхности кумулятивной струей 8. Очищенные поверхности, соударяясь, совместно деформируются, образуя сварное соединение. С увеличением скоростей соударения Ус и контактирования VK свариваемых деталей растет мощность кумулятивной струи и соответственно суммарная толщина металла А, удаляемого с обоих поверхностей, которая может достигать 15...60 мкм (рис. 140). Однако при околозвуковых скоростях контактирования, когда из-за уменьшения угла у условия соударения приближаются к плоскому удару, кумуляция, очистка поверхности и сварка становятся невозможными. Скорость контактирования должна быть меньше скорости звука, детали должны "захлопнуться" не раньше завершения очистки кумулятивной струей.

При сварке взрывом используют промышленные взрывчатые вещества, например аммонит №9, 10 или гранулит АС. Перспективно применение дешевой смеси аммонита № 6 ЖВ с кварцевым песком.

Соединение деталей происходит, как правило, по волнообразной линии. Конфигурация волн зависит от параметров режима сварки: скорости соударения деталей Кс, скорости контактирования VK и угла соударения у. Эти параметры можно регулировать, подбирая взрывчатое вещество, меняя высоту его слоя (от 5 до 100 мм) и зазор между деталями с учетом плотности и толщины метаемой детали. Можно выделить (рис. 141) область 1 традиционных режимов, обеспечивающих синусоидальную форму волн, область 2 безволновых соединений и область 3 режимов, при которых образуются вытянутые односторонние волны. Режимы в областях 4,5, и б не обеспечивают образование соединения.

При сварке взрывом средняя температура в зоне соединения увеличивается не более чем на несколько десятков градусов. Но в вершинах волн при большой скорости их образования локальные микроучастки могут нагреваться до температуры плавления свариваемого металла. В результате образуются участки с измененными механическими свойствами, что ухудшает качество сварного соединения. В соединении с безволновой границей (область 2) оплавлений металла не происходит, прочность такого соединения наиболее высокая.

Для безопасности работ сварка взрывом производится на полигонах. Детали загружаются в бетонированные ямы, которые перед взрывом закрываются крышками, рабочие удаляются в укрытие.

Сваркой взрывом свариваются практически все сочетания металлов. Прочность и пластичность соединений в 2...4 раза выше, чем у основного металла. Остаточная пластическая деформация не превышает 1 %. Несмотря на низкий КПД процесса (0,5...3 %) достоинства сварки взрывом обусловлены дешевым и транспортабельным видом энергии (расход ВВ 250...300 кг на 1 т свариваемого металла при максимальной массе одного заряда до 2000 кг) и низкими затратами на организацию производства.

Сварку взрывом широко применяют при плакировании - нанесении на толстые детали тонкого слоя другого (износостойкого, коррозионно-стойкого или электропроводного) металла. Пример эффектного применения сварки взрывом - восстановление литых лопаток длиной 5 м из стали ЗОЛ для 22 турбин Волжской ГЭС. Для космической техники взрывом соединяют титановые сплавы с магниевыми, алюминиевыми и ниобиевыми сплавами, с жаропрочными сталями, сваривают другие сочетания материалов, которые трудно поддаются обычным способам сварки.

Магнитно-импульсная сварка Если две детали, например вставленные концами друг в друга трубы 1 и 2 (рис. 142), поместить внутрь кольцевого индуктора 3 и через обмотку этого индуктора пропустить ток /н от конденсаторной батареи 4 с помощью разрядника J, то в обмотке индуктора возбудится импульс магнитного поля Н0. Оно возбудит в наружной детали 1 вихревые токи, которые образуют суммарное магнитное поле Нн, направленное навстречу полю Н0. Между этими полями возникнет сила отталкивания Р, которая зависит от емкости С конденсаторной батареи 4, напряжения U на ней и от размеров индуктора: половины / его высоты и внутреннего радиуса а. Эта сила может достигать 400...500 кг/мм2. Этого вполне достаточно, чтобы за доли секунды, в течение которых длится импульс тока, наружная деталь 1 разогналась до скорости в несколько километров в секунду и ударилась о внутреннюю деталь. При соударении в зоне контакта между ними происходит очистка поверхностей, их деформация, образуется соединение практически так же, как и при сварке взрывом. Однако при магнитно-импульсной сварке существует критический порог энергии импульса (около 10 кДж), при превышении которого соединение деталей самопроизвольно разрушается. Кроме того, здесь осуществляется плоский удар, поэтому могут образовываться местные непровары, которые трудно обнаружить. Поэтому магнитно-импульсная сварка применяется в основном для соединения тонкостенных деталей, толщина метаемой детали не должна превышать 3 мм. Индуктор испытывает те же нагрузки, что и метаемая деталь, возникает проблема его прочности и долговечности.

Магнитно-импульсная сварка, как и сварка взрывом, позволяет получать качественные соединения разнородных металлов. Она высокопроизводительна, проста в управлении, легко автоматизируется. Это делает магнитно-импульсную сварку перспективным способом соединения деталей.

Контрольные вопросы

Что такое сварка давлением?

Каковы основные разновидности сварки давлением?

Какова природа образования соединения при сварке давлением?

За счет чего образуются активные центры при сварке давлением?

Каковы три стадии образования соединения при сварке давлением?

Какие процессы могут протекать на стадии образования сварного соединения?

В чем состоит проблема физического контактирования?

Что понимают под термином "вынужденная деформация"?

Какие известны способы сварки давлением с нагревом?

В чем состоит сущность кузнечной сварки?

В чем состоит сущность УЗС?

Каковы основные свойства ультразвука, используемые при УЗС?

В чем состоят преимущества УЗС?

Каковы основные параметры режима УЗС?

Каковы области применения УЗС?

В чем состоит сущность классической сварки трением и инерционной сварки?

В чем состоят преимущества сварки трением перед другими способами?

В чем заключается подготовка деталей к сварке трением?

Где применяют сварку трением?

Что такое газопрессовая сварка?

Какой процесс называют высокочастотной сваркой?

Каковы основные способы сварки давлением без нагрева?

Что такое холодная сварка?


 

Диффузионная сварка как способ соединения деталей в твердом состоянии без макроскопических деформаций и без расплавления разработана в 1951-1961 гг. Н.Ф. Казаковым.

Сущность способа заключается в том, что свариваемые детали стыкуют, прижимают друг к другу, сдавливают, нагревают в вакууме и выдерживают в течение заданного времени. При этом в результате локальной пластической деформации и последующей диффузии материалов соединяемых деталей друг в друга образуется монолитное сварное соединение.

Диффузионная сварка позволяет сваривать практически все известные конструкционные материалы. Хорошо свариваются разнородные материалы, в том числе и с сильно различающимися теплофизическими свойствами, не растворяющиеся друг в друге, образующие при других способах сварки хрупкие химические соединения. Можно сваривать, например, алюминий со сталью и титаном, сталь с чугуном, медь с молибденом. Свариваются металлы с неметаллами: сталь с графитом, стекло с медью и т.д.

Разрушение соединений, полученных диффузионной сваркой, всегда происходит по основному металлу одной из деталей, а при сварке разнородных материалов - по менее прочному металлу. В соединениях не бывает большинства дефектов, присущих многим традиционным способам сварки: пор, раковин, окисных включений. Механические свойства соединений стабильны, колебания значений их показателей не превышают 2...5 %.

Расход энергии при диффузионной сварке в 4...6 раз меньше, чем при сварке плавлением и при контактной сварке. Диффузионная сварка гигиенична: нет вредных излучений, брызг металла, мелкодисперсной пыли, как при многих других способах сварки.

Но главное преимущество диффузионной сварки - это возможность образования соединения с минимальной деформацией деталей, не превышающей 5 %. Допуски на размеры деталей, полученных диффузионной сваркой, соизмеримы с допусками на механическую обработку. Это дает возможность изготавливать с помощью диффузионной сварки сложные высокоточные детали, которые другими способами сварки сделать нельзя. Примеры таких деталей: массивная решетка из меди, к которой приварена алюминиевая фольга толщиной 8 мкм, или пустотелый стальной стакан со строго заданным внутренним объемом, завершающая операция изготовления которого - приварка крышки.

Недостатки диффузионной сварки - это дополнительные затраты времени на вакуумирование камеры, в которой производится сварка, усложнение оборудования: необходимы камера, трубопроводы, арматура и насосы для создания вакуума. Предъявляются повышенные требования к подготовке деталей к сварке: нужно соблюдать параллельность стыкуемых поверхностей, обеспечивать высокую чистоту их обработки. Это увеличивает трудоемкость. Трудно контролировать качество сварных соединений: образующиеся, например, в результате случайных загрязнений поверхностей местные непровары .(склейки) неразрушающими методами контроля не выявляются.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ

При диффузионной сварке должна обеспечиваться возможность сборки и сжатия деталей сварочным усилием, создания вокруг детали вакуума, нагрева зоны сварки и выдержки нагретых деталей в вакууме. Этими требованиями определяется типовая конструкция установок для диффузионной сварки (рис. 143), которые состоят из камеры 7, смонтированной на основании 2. Внутри камеры 1 на столе 3 устанавливают свариваемые детали 4. На них давит шток 5, соединенный с поршнем 6 цилиндра 7, питаемого гидравлической системой 8. В зоне стыка деталей 4 установлен нагреватель 9, подключенный к источнику тока 10. Из камеры 1 воздух откачивают вакуумной системой 11, состоящей из форвакуумного и высоковакуумного насосов, трубопроводов, вентилей и приборов для измерения остаточного давления в камере. В стенках камеры имеется загрузочный люк 12 и смотровое окно 13 для наблюдения за процессом сварки. Камера снабжается системой водяного охлаждения 14.

По степени вакуумирования различают установки с низким вакуумом (до Ю-2 мм рт. ст.), со средним вакуумом (10~3...10~5 мм рт. ст.), с высоким вакуумом (свыше 10~5 мм рт. ст.) и с пониженным или повышенным давлением защитного газа. По объему вакуумирования различают установки с полным (общим) и местным вакуумированием, при котором в камеру помещают не всю деталь, а только место сварки, что позволяет сваривать длинные прутки, профили, трубы с локальной защитой зоны сварки от воздуха. Нагрев при диффузионной сварке можно осуществлять любыми источниками тепла, например электронным лучом, дугой, световым лучом. Чаще всего применяют индукционный нагрев токами высокой частоты, электроконтактный нагрев током, пропускаемым через свариваемые детали, или радиационный нагрев электронагревателем.

Наиболее распространены установки для диффузионной сварки с гидравлическими (см. рис. 143) или механическими системами давления. В некоторых установках приводы давления снабжают устройствами для вибрационных колебаний штока или для наложения на зону сварки ультразвука. Установки могут быть многопозиционными иметь несколько штоков. Это позволяет за один сварочный цикл соединять несколько деталей одновременно. Повышается производительность процесса. Многокамерные установки имеют 2...3 камеры, которые обслуживаются одной или разными вакуумными системами и одним источником питания нагревателей, что также повышает производительность. Установки могут быть с ручным управлением, полуавтоматические и автоматические с программным управлением. Последние применяют в крупносерийном или массовом производстве при большом количестве однотипных деталей.


 

Перед диффузионной сваркой соединяемые поверхности деталей необходимо подготовить. Поскольку величина пластических деформаций металла в зоне сварки мала, требуется, чтобы поверхности деталей имели хороший контакт и малую шероховатость. Пластичные материалы (алюминий, медь, серебро) не требуют особой обработки поверхности. Твердые материалы (жаропрочные сплавы, инструментальная сталь) должны иметь шероховатость поверхности, соответствующую 6-му классу чистоты обработки поверхности. Этому соответствует получистовое точение на токарных станках. Обработка абразивным инструментом не рекомендуется, так как частицы абразива, оставаясь на поверхностях, могут препятствовать диффузии при сварке, что снизит прочность соединения. Лучше всего - механическая обработка режущим инструментом. Обработанные поверхности должны быть строго перпендикулярны оси нагружения при сварке, иначе может быть непровар.

 

Параметры режима диффузионной сварки - это температура нагрева стыка деталей, давление, время выдержки под давлением при заданной температуре и глубина вакуума (величина остаточного давления воздуха в камере).

Температура сварки однородных материалов должна составлять 0,5...0,7 температуры их плавления, а разнородных материалов - от температуры плавления более легкоплавкого металла. При такой температуре ускоряется взаимная диффузия атомов соединяемых металлов через поверхность стыка и обеспечивается размягчение металла, облегчающее деформацию поверхностных неровностей, их смятие. Увеличение температуры может привести к росту зерна в зоне сварки, а это ухудшит механические свойства соединения.

Давление должно быть достаточным для обеспечения плотного контакта соединяемых поверхностей, чтобы в результате деформации все пустоты в стыке были заполнены. При деформации поверхностных слоев происходит разрушение окислов, что обеспечивает плотный контакт очищенных поверхностей. Для различных материалов давление выбирают в пределах 5...50 МПа (0,5...5 кгс/мм2). В общем случае оно должно быть равно пределу текучести свариваемого металла при температуре сварки. Увеличение давления сверх этого предела не увеличивает прочность соединения, но может увеличить деформацию зоны сварки. Время выдержки при выбранных давлении и температуре для разных материалов может выбираться в диапазоне 1...10 мин. Этого достаточно для деформации неровностей на стыкуемых поверхностях и завершения процесса диффузии до образования монолитного соединения. Увеличение времени может привести к росту зерна в зоне соединения или к образованию хрупких фаз, например интерметаллидов при сварке разнородных материалов, что ухудшит механические свойства. После сварки детали нужно охлаждать в вакууме до температуры около 100 °С - это обеспечивает наилучшее качество соединения. Важное значение имеет при диффузионной сварке степень вакуумирования (остаточное давление воздуха). Во-первых, при нагреве в вакууме диссоциируют (разлагаются) окислы на соединяемых поверхностях, очищая их, во-вторых, вакуум служит защитной средой, предохраняющей свариваемый металл от взаимодействия с газами. Степень вакуумирования должна быть во всех случаях не ниже Ю-2 мм рт. ст. Дальнейшее вакуумирование почти не оказывает влияния на прочность соединения, но требует больших затрат времени. И лишь при сварке активных тугоплавких металлов (титан, тантал, ниобий) целесообразно понижать остаточное давление в камере до КН..Л0"5 мм. рт. ст.

При отклонениях параметров режима или условий диффузионной сварки могут возникать дефекты: непровар, слипание, трещины, завышенная деформация деталей, оплавление и смещение деталей относительно заданного положения. Причинами непровара (или склейки поверхностей) могут быть недостаточная температура нагрева, усилие сжатия, выдержка, малая степень вакуумирования, неправильная установка деталей в приспособлении, вызвавшая перекос соединяемых поверхностей друг относительно друга, плохая подготовка свариваемых поверхностей. Трещины могут возникать из-за чрезмерной скорости нагрева или охлаждения, завышенного усилия сжатия, слишком большой температуры нагрева и времени выдержки, а также из-за плохой подготовки поверхностей деталей к сварке. Завышенная температура нагрева и время выдержки приводят также к увеличению деформации деталей при сварке и их оплавлению. Причино pй оплавления может быть и неравномерный нагрев детали из-за неправильной установки нагревателя. Смещение деталей относительно друг друга происходит из-за неправильной их установки перед сваркой и может возникать в процессе сварки вследствие вибрации установки.

Завышенная деформация, оплавление и смещение деталей хорошо выявляются при визуальном контроле и измерениях размеров детали. Трещины и непровары, а также негерметичность сварных соединений выявляются известными методами неразрушающего контроля: ультразвуком, капиллярными и магнитными методами, течеискателями, гидро-и пневмоиспытаниями. Небольшие локальные непровары и склейки поверхностей без образования сварного соединения неразрушающими методами контроля не выявляются. Для предупреждения появления этих дефектов необходимо тщательно контролировать качество подготовки соединяемых поверхностей к сварке, а также соблюдать выбранные и проверенные параметры режима сварки. В массовом производстве можно осуществлять разрушающий контроль нескольких товарных деталей из партии, выявляя непровары и склейки в изломе деталей и изменяя в случае необходимости параметры режима.

Диффузионную сварку можно вести на воздухе без камеры и без вакуумирования. Для этого нужно непосредственно в процессе механической обработки соединяемых поверхностей деталей при подготовке их к сварке нанести на эти поверхности консервирующую смазку. Это должна быть густая жидкость, разлагающаяся при нагревании без образования твердых остатков и не реагирующая с материалом свариваемых деталей. Пример такой жидкости - акриловая смола. Она предохраняет чистые поверхности от окисления, а при нагревании в процессе сварки образует газообразные продукты, которые, выходя из стыка деталей, препятствуют попаданию туда воздуха. Этот способ диффузионной сварки разработан В. В. Губаревым в Поволжском авиационном научно-техническом центре в г. Самаре и успешно применен для сварки режущего инструмента из стали Р-18 с хвостовиками из малоуглеродистой стали.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается сущность диффузионной сварки?

2. В чем состоят преимущества диффузионной сварки?

3. В чем заключаются недостатки диффузионной сварки?

4. Почему диффузионной сваркой можно обеспечить высокую точность размеров сваренных деталей?

5. Как готовят детали перед диффузионной сваркой?

6. Каковы параметры режима диффузионной сварки?

7. Из чего состоят установки для диффузионной сварки?

8. Какие способы нагрева деталей применяют при диффузионной сварке?

9. Для чего нужен вакуум при диффузионной сварке?

10. Можно ли производить диффузионную сварку без вакуума?

11. Какие дефекты сварных соединений бывают при диффузионной сварке?

12. Как контролируют соединения, выполненные диффузионной сваркой?


 

Общие сведения Современная техника характеризуется все более широким применением новых конструкционных материалов, обладающих специальными свойствами: высокой жаропрочностью, жаростойкостью, коррозионностойкостью, радиационной стойкостью и др. Для этих целей используются тугоплавкие металлы Ti, Zr, Nb, Mo, W и сплавы на их основе, многослойные (композитные) материалы, а также неметаллические материалы на основе керамики и полимеров. Сварку этих материалов с высоким качеством сварных соединений в принципе можно осуществить при соблюдении следующих условий: непродолжительный нагрев металла до высоких температур, идеальная защита металла от атмосферы воздуха, применение в ряде случаев больших скоростей процесса сварки. Большинство из этих металлов отличаются очень высокой химической активностью не только в расплавленном, но и в твердом состоянии и при температуре более 200—300°С интенсивно реагируют со всеми известными флюсами, применяемыми для обычных конструкционных материалов. Поэтому для этих материалов оказались неприемлемы такие виды сварки, как ручная дуговая плавящимся электродом, сварка под флюсом, газовая, ограниченно применима сварка в инертных газах. Недостатками этих видев сварки являются относительно небольшая концентрация энергии в источнике теплоты и недостаточная защита металла от действия кислорода и азота воздуха. Длительное воздействие высоких температур на металл сварного соединения при его недостаточной защите приводит к потере пластичности, антикоррозионных и других свойств, большим затратам энергии, значительным остаточным деформациям, насыщению металла шва газами и др. Эти недостатки могут быть устранены использованием специальных видов сварки плавлением и сварки давлением в твердом состоянии. В качестве специальных видов сварки плавление м в сварочной технике используют лучевые источники теплоты, концентрация энергии в которых в 100—1000 раз выше, чем у традиционных источников. Лучевые источники энергии используют при сварке электронным лучом, при лазерной и световой сварке. При сварке электронным лучом носителем энергии являются электроны, при лазерной и световой — фотоны. Высокая плотность энергии в пятне нагрева достигается концентрацией потока энергии с помощью фокусирующих устройств. Площадь нагрева электронным лучом может быть по сравнению с газовым пламенем и дугой в 1000 раз меньше (см. табл. 1) при плотности энергии в 1000 раз большей. При использовании фотонного луча эта разница еще значительнее. Высокая плотность энергии в малом пятне нагрева определяет основные преимущества при сварке электронным лучом и лазером — выгодную форму проплавления (ножевая, кинжальная) и возможность получения прецезионных соединений. Вместе с тем при сварке глубоко внедренным лучом возникают дополнительные трудности: большая опасность пор и горячих трещин, колебания глубины проплавления и подрезы, высокие требования к качеству сборки и подготовки металла под сварку. К специальным видам сварки плавлением можно отнести также плазменную и микроплазменную сварку. Специальные виды сварки давлением (холодная, ультразвуковая, трением, взрывом, диффузионная) в отличие от контактной электрической сварки осуществляются, как правило, без расплавления контактных поверхностей. Образование металлических связей между соединяемыми поверхностями при этих видах сварки происходит в твердом состоянии металла в результате совместной пластической деформации. Виды сварки в твердом состоянии различаются способами, которыми осуществляется пластическая деформация, величиной пластической деформации и температурным режимом. Эти виды сварки делятся по степени подогрева — с подогревом и без подогрева, степени силового воздействия — с низкоинтенсивным и высокоинтенсивным силовым воздействием. Сварку давлением с подогревом выполняют, как правило, с низкоинтенсивным силовым воздействием. Сюда относятся: диффузионная, термокомпрессионная сварка. Сварку давлением без подогрева выполняют, как правило, с высокоинтенсивным силовым воздействием. К этим видам относятся сварка взрывом, холодная, магнитноимпульсная и др. Ультразвуковая сварка относится к сварке без подогрева при низкоинтенсивном внешнем силовом воздействии. Параметры этих видов сварки (давление, температура нагрева, время нагрева, удельное давление, интенсивность приложения давления и температуры) зависят от свойств соединяемых материалов, состояния их поверхностей, конструктивных особенностей и т. д. Сварка в твердом состоянии значительно расширяет область применения сварки, позволяя соединять между собой не только однородные, но и разнородные металлы, сварка плавлением которых была бы невозможна, соединять неметаллические материалы с металлами и т. д. Использование вакуума в качестве защиты в ряде специальных видов сварки (электронно-лучевой, диффузионной и др.) дает возможность защитить свариваемые материалы и получить высокое качество сварных соединений. Специальные виды сварки позволяют осуществить так называемую прецизионную сварку, т. е. получить конструкции с заданными расчетными размерами, автоматизировать сварочное производство с использованием совершенного сварочного оборудования с программным управлением.


 

Плазменная сварка — сварка плавлением, при которой нагрев производится сжатой дугой. Сжатая дуга — дуга, столб которой сжат с помощью сопла плазменной горелки или потока газов (аргона, азота и др.). Плазма — это газ, состоящий из положительно и отрицательно заряженных частиц, общий заряд которых равен нулю.

 

Плазма генерируется в канале сопла, обжимается и стабилизируется его водоохлаждаемыми стенками и холодным плазмообразующим газом. Обжатие и охлаждение наружной поверхности столба дуги вызывает его концентрацию, что приводит к резкому увеличению числа соударений между частицами плазмы, увеличению степени ионизации и резкому повышению температуры столба дуги (до 10 ООО—20 ООО К) и кинетической энергии плазмы, которая используется для сварки и резки. Устройство для создания направленного потока плазмы, движущегося с большой скоростью и обладающего большим запасом энергии, называется плазмотроном или плазменной горелкой. Имеется несколько схем устройств для получения плазменных дуг и струй: для получения плазменной дуги, когда сопло и канал совмещены, плазменная струя совпадает со столбом дуги, одним из электродов является обрабатываемый материал (рис. 76, а); для получения плазменной струи, выделенной из столба дуги при раздельных сопле и канале (рис. 76, б); то же, но с совмещенными соплом и каналом. Плазменная струя создается дуговым разрядом 4, возбуждаемым между электродом 1 и вторым электродом, в качестве которого может служить изделие 7, раздельное сопло 5 или стенки канала 2. Эффективный к. п. д. плазменно-дугового нагрева ниже, чем к. п. д. дуги, что объясняется большой теплоотдачей стенкам сопла и окружающему пространству, и составляет т]й=0,Зч-0,8. Сварка плазменной дугой осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности. Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между соплом горелки и электродом. Для питания плазмообразующей дуги требуются источники питания сварочного тока G рабочим напряжением до 120 В, а в некоторых случаях и более высоким. Плазменной (сжатой) дугой можно сваривать практически все металлы в различных пространственных положениях. В качестве плазмообразующего газа используют аргон и гелий, которые также могут быть и защитными. К преимуществам плазменной сварки относятся высокая производительность, малая чувствительность к колебаниям длины дуги, устранение включений вольфрама в металле шва. Без скоса кромок можно сваривать металл толщиной до 15 мм с образованием провара специфической грибовидной формы, что объясняется образованием сквозного отверстия в основном металле, через которое плазменная струя выходит на обратную сторону изделия. По существу, процесс представляет собой прорезание изделия с заваркой места резки. Плазменной струей сваривают стыковые и угловые швы. Стыковые соединения на металле толщиной до 2 мм можно сваривать с отбортовкой кромок, при толщине свыше 10 мм рекомендуется делать скос кромок. В случае необходимости используют дополнительный металл. При сварке листов толщиной до 25 мм требуется V- или U-образная разделка кромок, причем глубина и угол разделки значительно меньше, чем для аргонодуговой сварки. При плазменно-дуговой сварке количество присадочного металла снижается примерно в 3 раза. Присадочный металл вводят в плазменную струю в конце сварочной ванны. Наибольшие преимущества сварка плазменной дугой дает при соединении листов без разделки кромок и без присадочного металла. Многопроходная плазменно-дуговая сварка толстых листов не должна сопровождаться сквозным проплавлением, поэтому при укладке последующих слоев силовое действие плазменной струи регулируют изменением расхода плазмообразующего газа так, чтобы расплавленный металл не вытеснялся из сварочной ванны. Примерные режимы сварки плазменной дугой некоторых металлов со сквозным проплавлением приведены в табл. 17 (сварка алюминия проводилась на обратной полярности, сварка остальных металлов — на прямой полярности). Значительный объем сварочных работ составляет сварка металлов и сплавов малых толщин (0,05—1,5 мм). Среди известных способов соединения металлов малой толщины распространение получила газовая сварка, пайка и дуговая сварка неплавящимся электродом в непрерывном и импульсном режимах. Однако малая скорость нагрева, большая зона термического влияния при газовой сварке, а при дуговой — низкая стабильность дуги на малых токах и сильная зависимость параметров шва от длины дуги затрудняют процесс сварки, а в ряде случаев делают его невозможным. Использование других способов сварки (контактной, электронно-лучевой, лазерной, диффузионной) не всегда возможно по ряду конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов.

Работы по плазменной сварке на больших токах показали, что сжатая дуга, формируемая каналом плазмотрона, имеет значительно большую пространственную устойчивость, чем свободно горящая, а раздельная подача плазмообразующего и защитного газов позволяет применить при сварке различные смеси газов. Указанные преимущества сжатой дуги пригодны и для сварки металлов малой толщины (<1 мм), что обусловило появление, по существу, нового способа сварки — микроплазменной, т. е. сварки сжатой малоамперной дугой тонких и особо тонких материалов. Сжатая дуга, используемая при этом способе в качестве концентрированного источника теплоты, получила название микроплазмы. Микроплазма формируется специальными горелками — плазмотронами, принципиальная схема которых соответствует рис. 76. Применение дежурной дуги обеспечивает устойчивость процесса даже при весьма малых токах, вплоть до / д ^0, 1 А, что позволяет сваривать металл таких малых толщин (~0,01 мм), которые недоступны аргонодуговой сварке. Подавляющее большинство металлов сваривают в непрерывном или импульсном режимах дугой прямой полярности, горящей между вольфрамовым электродом плазмотрона и изделием в струе плазмообразующего инертного газа (как правило, аргона). Для предотвращения взаимодействия расплавленной ванночки жидкого металла и околошовной зоны с атмосферой по периферии дуги подают защитный газ: Аг, Не, N2, С02, смеси Аг с Н2, Аг с Не, Аг с N2 и другие в зависимости от свойств свариваемого металла. Раздельная подача плазмообразующего и защитного газов обусловливает отличительную особенность микроплазмы: ее прикатодная область (на электроде) существует в среде плазмообразующего газа, а столб и прианодная область (на изделии) — преимущественно в среде защитного газа. Это обстоятельство позволяет гибко управлять формой дуги и ее технологическими возможностями. В табл. 18 приведены оптимальные режимы механизированной микроплазменной сварки низкоуглеродистой стали 08кп толщиной 0,5 мм. При сварке химически активных и тугоплавких металлов (Ti, Zr, Nb, Та, Mo, W) необходимо применять более эффективные средства защиты с минимальным содержанием газов. Для сварки таких металлов разработан способ плазменной сварки в вакууме 133•(10~1—5-Ю"4) Па, обеспечивающий хорошее качество соединений металла толщиной более 1 мм. Это достигается благодаря контрагированию (сжатию) дуги низкого давления, наблюдаемому на токах свыше 80 А. Питание дуги импульсами позволяет уменьшить средний сварочный ток при сохранении высокой плотности в течение импульса. Выбором параметров импульсного режима (амплитуды тока, длительности импульсов, частоты их следования) можно в широком диапазоне регулировать средний ток (2,5—50 А) и мощность (0,1—2,5 кВт) плазменной дуги низкого давления. При этом удается свари вать металл весьма малой толщины (0,1—0,2 мм). Микроплазма прямого действия нашла широкое при менение для сварки и резки тонких металлов: углеродистых и нержавеющих сталей, цветных металлов и их сплавов, химически активных металлов. Для пайки, сварки фольги и тонких сеток, для обработ ки тонких неметаллических материалов используется мик роплазма косвенного действия. § 38. Лучевые виды сварки Электронн о-л учевая сварка — сварка плавлением, при которой нагрев металла осуществляется электронным лучом. Электронный луч — поток электронов, испускаемых одним источником и движущихся по близким траекториям в определенном направлении. Сущность процесса сварки электронным лучом в вакууме состоит в использовании кинетической энергии электронов. При бомбардировке электронами поверхности металла подавляющая часть их кинетической энергии превращается в теплоту, которую используют для расплавления металла.


 

Электронный луч создается в специальном приборе — электронной пушке (рис. 77), с помощью которой получают узкие электронные пучки с большой плотностью энергии. Пушка имеет катод /, который может нагреваться до высоких температур. Катод размещен внутри прикатодного электрода 2. На некотором расстоянии от катода находится ускоряющий электрод (анод) 3 с отверстием. Электроны, выходящие с катода, фокусируются с помощью электрического поля между прикатодным и ускоряющим электродами в пучок с диаметром, равным диаметру отверстия в аноде 3. Положительный потенциал ускоряющего электрода может достигать нескольких десятков тысяч вольт, поэтому электроны, испускаемые катодом, на пути к аноду приобретают значительную скорость и энергию. Питание пушки электрической энергией осуществляется от высоковольтного источника 7 постоянного тока. Для увеличения плотности энергии в луче после выхода электронов из первого анода электроны фокусируются магнитным полем в специальной магнитной линзе 4. Сфокусированные в плотный пучок летящие электроны ударяются с большой скоростью о малую, резко ограниченную площадку (пятно нагрева) на изделии б, при этом кинетическая энергия электронов вследствие торможения превращается в теплоту, нагревая металл до очень высоких температур. Для перемещения луча по свариваемому изделию на пути электронов помещают магнитную отклоняющую систему 5, позволяющую устанавливать луч точно по линии стыка. Для обеспечения свободного движения электронов от катода к аноду и далее к изделию, для тепловой и химической изоляции катода, а также для предотвращения возникновения дугового разряда между электродами в установке для сварки создается глубокий вакуум порядка 133 Па, обеспечиваемый вакуумной насосной системой установки. Мощность электронного луча может достигать очень больших величин, что делает его перспективным для сварки больших толщин (200—500 мм). Возможность высокой концентрации энергии при использовании малой мощности позволяет сваривать электронным лучом изделия микроэлектроники. Основные параметры режима электронно-лучевой сварки — сила тока, напряжение электронного луча, скорость сварки. Ускоряющее напряжение и сила тока луча определяют мощность источника энергии. Например, рекомендуемые режимы электронно-лучевой сварки титановых сплавов толщиной 8—15 мм в нижнем положении на остающейся технологической подкладке: U=30 кВ; /св=110—180 мА; усв=25ч-35 м/ч. При импульсном режиме электронно-лучевой сварки тепловыделение дополнительно регулируют частотой и длительностью сварочных импульсов. Эффективный к. п. д. т]и электронно-лучевого нагрева изменяется в пределах 0,7—0,9. Лазерная сварка — сварка плавлением, при которой для местного расплавления соединяемых частей используется энергия светового луча, полученного от оптического квантового генератора. Сущность получения лазерного луча заключается в следующем. За счет накачки внешней энергии (электрической, световой, тепловой, химической) атомы активного вещества излучателя переходят в возбужденное состояние. Через некоторый промежуток времени возбужденный атом может излучить полученную энергию в виде фотона и возвратиться в исходное состояние. Фотон представляет собой элементарную частицу, порцию света, обладающую нулевой массой покоя и движущуюся со скоростью, равной скорости света в вакууме. Фотоны возникают (излучаются) в процессах перехода атомов, молекул, ионов и атомных ядер из возбужденных состояний в более стабильные состояния с меньшей энергией. При определенной степени возбуждения происходит лавинообразный переход возбужденных атомов активного вещества-излучателя в более стабильное состояние. Это создает когерентное, т. е. связанное с возбуждением, световое монохроматическое излучение, которое усиливается в излучателе многократным отражением от его стенок и выпускается в виде узкого направленного пучка. Монохроматическое излучение — электромагнитное излучение одной определенной частоты. Таким образом, создается лазерный луч — монохроматический направленный поток фотонов. По виду активного вещества-излучателя лазеры разделяют на твердые, газовые, жидкостные и полупроводниковые, по принципу генерации лазерного луча — импульсные и непрерывные. В настоящее время для сварки используют твердотельные и газовые лазеры. В современных твердотельных лазерах в качестве активного элемента используют оптическое стекло с примесью неодима и других редкоземельных элементов. Это позволяет повысить выходную мощность излучения. Твердотельные лазеры работают в импульсном режиме. Схема общей компоновки твердотельной лазерной сварочной установки приведена на рис. 78. Установка состоит из рабочего тела У, лампы накачки 2, обеспечивающей световую энергию для возбуждения атомов активного вещества-излучателя. Полученное излучение фокусируется и направля-[ ется с помощью оптической системы 3 на свариваемое изделие 4. Мощность твердотельных лазеров невелика —0,015— 2 кВт. Газовые лазеры обладают более высокой выходной мощностью, работают в непрерывном и импульсном режимах и по своим технологическим возможностям становятся конкурентно способными с электронно-лучевой сваркой. Преимуществами лазерного луча являются: возможность передачи энергии на большие расстояния неконтактным способом; сварка через прозрачные оболочки, так как для световых лучей прозрачные среды не служат преградами; получение качественных соединений на металлах, особо чувствительных к длительному действию теплоты; сварка на воздухе, в защитной атмосфере, вакууме. Важной областью применения лазерной сварки является сварка в микроэлектронике, радиоэлектронике и электронной технике микросбединений как из однородных металлов, так и из различных композиций (золото — германий, золото — кремний, никель — тантал, медь — алюминий й др.).

Использование лазеров непрерывного действия на углекислом газе дает возможность получения сварных соединений толщиной до 15 мм и выше. В перспективе имеется возможность увеличения толщины свариваемых изделий и использования лазера для термообработки и резки металла. Основные недостатки лазерного источника энергии — низкие значения к.п.д. установок, высокая стоимость оборудования, недостаточная мощность серийного оборудования. В установках для сварки лампы накаливания. Для технологических целей наиболее перспективные и удобные излучатели —: дуговые ксеконовые лампы сверхвысокого давления. Дуговая ксеноновая лампа представляет собой шаровой баллон из оптически прозрачного кварца с помещенными в него двумя вольфрамовыми электродами. Давление ксенона в лампе в нерабочем состоянии достигает 1 МПа. В системах, используемых для сварки световым лучом, концентрация энергии в пятне нагрева достигает 103 Вт/см2 и может быть увеличена при применении специальных линз и отражателей. Принципиальная схема оптических систем для сварки и пайки приведена на рис. 79. Область рационального применения процесса — приборостроение.


 

Специальные виды сварки давлением Холодная сварка — сварка давлением при значительной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых поверхностей. Физическая сущность процесса заключается в сближении за счет пластической деформации свариваемых поверхностей до образования металлических связей между ними и получения таким образом прочного сварного соединения. Отличительной особенностью холодной сварки является необходимость значительной объемной пластической деформации и малой степени ее локализации в зоне контакта соединяемых материалов. Это связано с необходимостью разрушения и удаления окисных пленок из зоны контакта механическим путем, т. е. за счет интенсивной совместной деформации. Большое усилие сжатия обеспечивает разрыв окисных пленок, их дробление и образование чистых поверхностей, способных к схватыванию. Свариваемость металлов при холодной сварке зависит от их пластичности и качества подготовки поверхности. Чем пластичнее металлы, ровнее и чище их поверхности, тем качественнее они свариваются. Хорошо свариваются пластичные сплавы алюминия, меди, никеля, серебра, золота и подобные металлы и сплавы в однородных и разнородных сочетаниях. В недостаточно пластичных металлах при больших деформациях могут образовываться трещины. Высокопрочные металлы и сплавы холодной сваркой не сваривают. Наиболее широкое применение холодная сварка нашла в производстве изделий домашнего обихода из алюминия и его сплавов, в электротехнической промышленности и транспорте для соединения медных и алюминиевых проводов. Холодной сваркой выполняют точечные, шовные, стыковые соединения. Перед сваркой поверхности, подлежащие сварке, очищают от загрязнений обезжириванием, обработкой вращающейся проволочной щеткой, шабрением. При сварке встык проволок обрезают только торцы. Для холодной сварки используют стандартное прессовое и прокатное оборудование, которое снабжают специальным инструментом в соответствии со свариваемыми деталями, применяют также специализированные машины. Холодной сваркой соединяют металлы и сплавы толщи ной 0,2—15 мм. Главными характеристиками процесса яв ляются давление и величина деформаций. В зависимости от состава и толщины свариваемого металла давление со ставляет 150—1000 МПа, степень относительной деформации 50—90%, которая имеет следующие значения для различ ных металлов, %: Аи —35—40, А1 —55—60, Ti —70— 75, Pb и Ag—80—85, Sn, Ni, Си —85-—90, алюминиевые сплавы — 75—80. Листы толщиной 0,2—15 мм сваривают внахлестку путем вдавливания в толщу металла с одной или с двух сторон пуансонов. Соединения выполняют в виде отдельных точек или непрерывного шва. Ширину или диаметр пуансона d^ выбирают в зависимости от толщины S свариваемого материала, dn=(l—3)S. Геометрическое шовное соединение может быть получено вдавливанием пуансона по всей длине шва или обкатыванием ролика. Стержни, полосы, профили и провода соединяют встык сдавливанием свариваемых элементов. Давление при холодной сварке встык составляет для А1 700—800 МПа, Си — 2000—2500, Си с А1 —1500—2000 МПа. Величина пластической деформации зависит от длины выпущенных из зажимов концов свариваемых стержней, которые затем полностью выдавливаются из зоны стыка в процессе сварки. Для обеспечения прочности соединения, которая зависит от величины пластической деформации, длина вылета стержня составляет для А1 (1-H,2)d, для Си — (I,25-~l,5)d, где d — диаметр стержня. При сварке А1 с Си вылет медного стержня должен быть на 30—40% больше, чем алюминиевого. Степень необходимой деформации при сварке разнородных металлов определяется свойствами того из свариваемых металлов, для которого требуется меньшая деформация. Этим пользуются при сварке малопластичных металлов, применяя прокладки из пластичных металлов или прослойки, наносимые электролитическим способом. Разновидностью сварки давлением, близкой по физической сущности к холодной сварке, является термокомпрессионная сварка, которая отличается от холодной сварки тем, что место соединения подогревают до температур ниже температур образования жидких фаз, а затем сжимают. Основными параметрами процесса являются усилие сжатия, температура подогрева и продолжительность выдержки. Ультразвуковая сварка — сварка давлением, осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний. При этом виде сварки неразъемное соединение об разуется при совместном воздействии на свариваемые детали механических колебаний высокой (ультразвуковой) частоты и относительно небольших сдавливающих усилий. Сварка осуществляется в результате взаимного трения свариваемых поверхностей, нагрева и давления. Силы трения возникают при действии на заготовки, сжатые осевой силой, механических колебаний ультразвуковой частоты (20—30 кГц). Для получения такой частоты используют магнитострикционный эффект, заключающийся в изменении размеров не которых металлов, сплавов и керамических материалов под действием переменного магнитного поля. Машины для ультразвуковой сварки состоят из источника питания, аппаратуры управления, механической колебательной системы и привода давления. На рис. 80 показана простейшая схема ультразвуковой сварки. Свариваемые заготовки 5 помещают на опоре 6. Наконечник 3 соединен с магнитострикционным преобразователем 1 через трансформатор упругих колебаний 2f представляющих вместе с рабочим инструментом 4 волновод (на рис. показано, как изменяется амплитуда колебаний по длине волновода). Ультразвук излучается непрерывно в процессе сварки. Элементом колебательной системы, возбуждающей упругие колебания, является электромеханический преобразователь использующий магнитострикционный эффект. Переменное напряжение создает в обмотке преобразователя намагничивающий ток, который возбуждает переменное магнитное поле в материале преобразователя. При изменении величины напряженности магнитного поля в материале возникает периодическое изменение размеров, при этом частота упругих колебаний равна двойной частоте тока. Амплитуда колебаний на конце волновода составляет на холостом ходу ~20—40 мкм. Сварка происходит под действием трения, вызванного микроскопическим возвратно-поступательным перемещением частиц на трущихся поверхностях. Таким образом, в результате ультразвуковых колебаний в тонких слоях контактирующих поверхностей создаются сдвиговые деформации, разрушающие поверхностные пленки. По мере разрушения пленок образуются узлы схватывания, приповерхностные слои металла нагреваются, немного размягчаются и под действием сжимающего усилия пластически деформируются, свариваемые поверхности сближаются до расстояния действия межатомных сил, возникает прочное сварное соединение. Сравнительно небольшое тепловое воздействие на свариваемые металлы обеспечивает минимальное изменение их структуры и свойств. Например, для Си температура в зоне контакта не превышает 600°С, при сварке А1—200—300°С. Параметрами ультразвуковой сварки являются мощность генератора колебаний, амплитуда колебаний, давление и время сварки. Ультразвуковую сварку применяют для получения точечных и шовных соединений металлов и сплавов небольшой толщины (как правило, менее 1 мм) и для сварки пластмасс. Преимущества ультразвуковой сварки: сварка в твердом состоянии без существенного нагрева свариваемых деталей, что дает возможность сваривать химически активные материалы и сплавы, образующие хрупкие соединения; возможность сварки и приварки тонких и ультратонких деталей; . применение небольших сдавливающих усилий (0,1— 2,5. кН), вследствие чего деформация в месте соединения незначительн/p а (вмятины 5—10%); малая мощность сварочного оборудования и несложность его конструкции. Недостатками ультразвуковой сварки являются ограниченность толщин свариваемых деталей (менее 1 мм), большая стоимость генераторов высокой частоты, действие высокой частоты на организм человека. В СССР разработаны и выпускаются сериями ультразвуковые машины для сварки различных элементов микросхем, оснащенные автоматическими устройствами (автоматическая подача проводников, сварка, обрезка проводников и т. п.), а также установки для сварки полимерных материалов, позволяющие в значительной степени увеличить производительность. Диффузионная сварка — сварка давлением, осуществляемая за счет взаимной диффузии атомов контактирующих частей при относительно длительном воздействии повышенной температуры и при незначительной пластической деформации. Основные параметры диффузионной сварки — температура нагрева, давление, время нагрева, среда, в которой проводят сварку. Температура для однородных металлов, как правило, должна составлять 0,5—0,8 температуры плавления металла или сплава, а при сварке разнородных — 0,5—0,7 температуры более легкоплавкого металла. Такая температура ускоряет взаимную диффузию атомов Материалов через поверхность стыка и облегчает снятие неровностей поверхности и пластическое деформирование металла. Нагрев осуществляется преимущественно индукционными токами, можно использовать и другие источники нагрева: обычные сопротивления, электрический ток, пропускаемый по самим деталям, электронный луч и др.


 

Давление в контакте соединяемых деталей в зависимости от температуры и рода свариваемых материалов может меняться от 3—5 до 100 МПа. Осадку деталей осуществляют главным образом пневматическими системами. Время сварки составляет от нескольких до десятков минут. Удаление поверхностных пленок и предупреждение возможности их образования в процессе сварки достигается использованием вакуумной защиты, тщательной предварительной зачисткой свариваемых поверхностей. Сварку выполняют в условиях безокислительного нагрева, для этого в сварочной камере поддерживается разрежение 10"1—10~3 Па. Особым видом диффузионной сварки является сварка в контролируемой атмосфере, при которой в качестве защитных газов используют Н2, Аг, Не. Схема диффузионной сварки и циклограмма процесса показаны на рис. 81. Установка для диффузионной сварки состоит из вакуумной камеры, в которой выполняют сварку, специальных насосов для создания вакуума, нагревательного устройства с источником питания и устройства для передачи давления. После откачки воздуха включают нагревательное устройство, начинается нагрев детали до заданной температуры с обеспечением равномерного нагрева деталей по всему сечению. После выравнивания температуры прикладывают усилие сжатия, которое в процессе сварки поддерживают постоянным. При охлаждении свариваемых деталей на грузку снимают не сразу, а при температурах 100—400°С, чтобы предупредить разрушение соединения из-за различных коэффициентов термической усадки соединяемых элементов. Ориентировочные параметры режима сварки, например, для титановых сплавов: температура нагрева Г=800-И.000°С, давление P=5-f-10 МПа, время нагрева /=5-г-Ю мин; для никеля соответственно Т== 1000-М 170°С, Р= 15-4-20 МПа, г=6-г-20 мин. Преимуществами диффузионной сварки являются возможность сварки разнородных материалов, получение равнопрочных соединений без заметного изменения физико-химических свойств, отсутствие присадочных материалов, высокое качество защиты. Диффузионная сварка позволяет создавать прочные соединения не только однородных, но и разнородных металлов и сплавов, в том числе и таких, которые резко различаются по своим свойствам: малопластичных, тугоплавких, не растворимых друг в друге или образующих между собой хрупкие соединения. С помощью диффузионной сварки получены соединения таких пар металлов и сплавов, непосредственно соединить которые другими видами сварки очень сложно (например, титан с коррозионно-стойкой сталью, титан с алюминием, сталь с чугуном, медь с молибденом, вольфрам с ниобием и др.). В случае недостаточно интенсивной диффузии между соединяемыми материалами при резко различных коэффициентах линейного расширения или при возможном появлении хрупких соединений между ними целесообразно применять промежуточную прокладку или подслой в виде фольги, порошка и т. п. Параметры режима сварки выбирают в зависимости от наличия и свойств промежуточной прокладки. Таким способом соединяют не только металлические (например, жаропрочные сплавы), но и неметаллические материалы (например, получены соединения кварца через медную прослойку). Сварка трением — сварка давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызываемым относительным перемещением свариваемых поверхностей. Отличительные особенности процесса: нагрев сжатых деталей осуществляется в результате трения соединяемых поверхностей при их вращении или возвратно-поступательном перемещении друг относительно друга, при этом механическая энергия непосредственно переходит в тепловую в месте стыка; строго локализованное тепловыделение в приповерхностных слоях свариваемых деталей; сварка происходит в твердом состоянии без расплавления металла свариваемых деталей; сварное соединение образуется в результате совместной пластической деформации при нагреве и сжатии за счет возникновения металлических связей между чистыми контактирующими поверхностями свариваемых деталей; окисные пленки, имеющиеся на металлических поверхностях в месте соединения, разрушаются в результате трения и удаляются за счет пластической деформации в радиальном направлении. Принципиальные схемы сварки трением показаны на рис. 82. Простейшая и наиболее распространенная схема процесса показана на рис. 82, а. Две детали, подлежащие сварке, устанавливают сносно в зажимах машины; одна из них неподвижна, другая приводится во вращение вокруг их общей оси. На сопряженных торцовых поверхностях деталей, прижатых одна к другой осевым усилием Р, возникают силы трения. Работа, затрачиваемая при вращении на преодоление этих сил трения, преобразуется в теплоту, которая выделяется на поверхностях трения и нагревает прилегающие к ним тонкие слои металла до температур, необходимых для образования сварного соединения (1000—1300°С — при сварке черных металлов). Нагрев заканчивается при быстром (практически мгновенном) прекращении относительного вращения. Подготовленный таким образом к сварке металл подвергают сильному сжатию — проковке, в результате образуется прочное сварное соединение. Основными параметрами процесса сварки трением являются скорость вращения свариваемых деталей, величина осевого усилия при нагреве и проковке, величина осадки при нагреве, длительность приложения усилия проковки. Примерный режим при сварке заготовок из углеродистой стали диаметром 50 мм: частота вращения 400 об/мин, осевое усилие при нагреве 100 кН, осевое усилие при проковке 200 кН, время нагрева 20 с, время проковки 2,0 с, потребляемая мощность 25 кВт, машинное время процесса — 22 с. Преимуществами сварки трением является высокая производительность процесса, малые затраты энергии (в 5—10 раз меньше, чем при стыковой контактной сварке), высокое качество сварных соединений, возможность сварки металлов и сплавов в различных сочетаниях, простота механизации и автоматизации. Недостатками сварки трением являются неуниверсальность процесса (с ее помощью можно сваривать такие пары деталей, из которых хотя бы одна должна быть телом вращения), громоздкость оборудования, наличие грата после сварки. Сварку трением применяют для соединения деталей встык (стержней, труб) и для образования Т-образных соединений. В промышленном производстве сварку трением используют для соединения деталей сечением 50—10 000 мм2 из одноименных и ряда разноименных конструкционных материалов. Для сварки применяют универсальные, специализированные машины, имеющие зажимы для свариваемых деталей, механизм сжатия и привод вращения; выпускают серийные машины типа МСТ — МСТ-23, МСТ-35, МСТ-41 и др. Сварка взрывом — сварка, при которой соединение образуется за счет совместной пластической деформации в результате вызванного взрывом соударения быстродвижущихся деталей. Кинетическая энергия соударения соединяемых частей затрачивается на работу совместной пластической деформации контактирующих слоев металла, приводящей к образованию сварного соединения. При этом часть работы пластической деформации переходит в теплоту, которая может разогревать металл в зоне соединения до высоких температур, вплоть до плавления локальных объемов. Большинство видов сварки взрывом основано на использовании направленного (кумулятивного) взрыва (рис. 83). Соединяемые поверхности двух заготовок 3 и 4 (в простейшем случае пластины), одна из которых (4) неподвижна и является основанием, располагают параллельно или под углом ос друг к другу на расстоянии ft0. На подвижную (метаемую) заготовку 3 кладут ВВ — взрывчатое вещество 2толщиной //, а со стороны, находящейся над вершиной угла, устанавливают детонатор 1. При возбуждении с помощью детонатора заряда ВВ по нему распространяется фронт детонационной волны со скоростью детонации D, составляющей 2000—8000 м/с (детонация — процесс разложения взрывчатого вещества с выделением газов и тепла). Образующиеся позади фронта детонации газообразные продукты взрыва в начальный период создают давление 100—200 ГПа, сохраняя в течение короткого времени по инерции прежний объем ВВ, а затем со скоростью 0,5—0,75 D расширяются, сообщая находящемуся под ними участку металла импульс движения. Под действием этого импульса объемы заготовки последовательно вовлекаются в ускоренное движение к поверхности неподвижной части металла и с большой скоростью соударяются с ней. При установившемся процессе метаемая пластина на некоторой длине дважды перегибается, ее наклонный участок под углом движется со скоростью D за фронтом детонационной волны. При соударении из вершины угла выносятся тонкие поверхностные слои, окислы и загрязнения. Высокоскоростное соударение метаемой части металла с неподвижной пластиной вызывает течение металла в их поверхностных слоях. Поверхности сближаются до расстояния действия межатомных сил сцепления и происходит схватывание по всей площади соединения G характерной волнообразной границей раздела соединяемых деталей. Продолжительность сварки взрывом не превышает несколько микросекунд. Прочность соединений, выполненных сваркой взрывом, выше прочности соединяемых материалов. Это объясняется упрочнением тонких слоев металла, прилегающих к соединенным поверхностям, при их пластической деформации. Сварку взрывом используют при изготовлении заготовок биметалла, для плакирования поверхностей конструкционных сталей металлами и сплавами с особыми физическими и химическими свойствами, при сварке заготовок из разнородных материалов. Разновидностью сварки взрывом является магнитноимпульсная сварка. При магнитно-импульсной сварке соударение свариваемых деталей обеспечивается импульсным магнитным полем от разряда батарей конденсаторов. Длительности импульса и скорости соударения при этом способе близки к сварке взрывом. Преимуществом магнитноимпульсной сварки по сравнению со сваркой взрывом является более легкое управление параметрами процесса.

 

Контрольные «вопросы

Какие виды сварки относятся к специальным? Область их применения.

В чем заключается сущность плазменной и микроплазменной сварки?

В чем заключается сущность электронно-лучевой сварки?

Как осуществляется сварка лазерным лучом?

Как осуществляется холодная сварка?

В чем заключается сущность ультразвуковой сварки?

В чем заключается сущность диффузионной сварки?

Как осуществляется сварка трением?

Как образуется соединение при сварке взрывом?

Газовая сварка

Подробности

ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ И РЕЗКИ

Технология газовой сварки

Для получения качественного сварного соединения необходимо хорошо подготовить свариваемые кромки, правильно установить положение горелки, выбрать способ сварки и определить необходимую мощность горелки и диаметр присадочной проволоки. Подготовка кромок заключается в очистке их от масла, окалины и других загрязнений, разделке под сварку и прихвате короткими швами. Очистка свариваемых кромок производится на ширину 20...30 мм с каждой стороны шва. Для этой цели можно использовать пламя сварочной горелки. При нагреве окалина отстает от металла, а краска и масло выгорают. Затем поверхность свариваемых деталей зачищают стальной щеткой до металлического блеска. При необходимости (например, при сварке алюминия) свариваемые кромки травят в кислоте и затем промывают и сушат. Разделка кромок под сварку зависит от типа сварного соединения, который, в свою очередь, зависит от взаимного расположения свариваемых деталей. Стыковые соединения являются для газовой сварки наиболее распространенным типом соединений. Металлы толщиной до 2 мм сваривают встык с отбортовкой кромок без присадочного материала или встык без разделки кромок и без зазора» но с присадочным материалом. Металл толщиной от 2 до 5 мм сваривают встык без разделки кромок, но с зазором между ними. При сварке металла толщиной более 5 мм применяют Y-образную или Х-образную разделку кромок. Угол скоса выбирают в пределах 70...90°; при этих углах получается хороший провар вершины шва. Угловые соединения также часто применяют при газовой сварке металлов малой толщины. Такие соединения сваривают без присадочного металла. Шов выполняют за счет расплавления кромок свариваемых деталей. Нахлесточные и тавровые соединения допустимы только при сварке металла толщиной менее 3 мм, так как при больших толщинах металла неравномерный местный нагрев вызывает большие внутренние напряжения и деформации и даже трещины в шве и основном металле. Скос кромок производят ручным или пневматическим зубилом, а также на специальных станках. Экономичным способом является ручная или механизированная кислородная резка. При этом образовавшиеся шлаки и окалина удаляют зубилом и металлической щеткой. Прихватка кромок свариваемых деталей перед сваркой производится для того, чтобы не допускать изменения их положения и зазора между кромками в течение всего процесса сварки. Длина прихваток, их число и расстояние между ними зависят от толщины металла, длины и конфигурации сварного шва. При сварке тонкого металла и коротких швах длина прихваток составляет 5...7 мм, а расстояние между прихватками около 70... 100 мм. При сварке толстого металла и при швах значительной длины прихватки делают длиной 20...30 мм, а расстояние между ними выбирают 300...500 мм. Большое влияние на производительность сварки и качество шва оказывают положение горелки и направление перемещения ее по шву. QC=80"S>1 5ММ кромкострогальных или фрезерных Положение горелки определяется углом наклона ее мундштука к поверхности свариваемого металла; этот угол зависит от толщины соединяемых кромок изделия и теплопроводности металла. Чем толще металл и чем больше его теплопроводность, тем угол накло¬на мундштука горелки должен быть больше. Такое положение мундштука горелки способствует более концентрированному нагреву металла вследствие подведения большего количества теплоты. На рис.102 представлен график зависимости угла наклона мундштука горелки от толщины металла при газовой сварке низкоуглеродистой стали. В начале сварки для быстрого и лучшего прогрева металла устанавливают наибольший угол наклона, затем в процессе сварки этот угол уменьшают до нормы, а в конце сварки постепенно уменьшают, чтобы лучше заполнить кратер и предупредить пережог металла. Различают два основных способа газовой сварки: правый и левый. При правом способе процесс сварки ведется слева направо. Горелка 4 перемещается впереди присадочного прутка 2, а пламя 3 направлено на формирующийся шов /. Этим обеспечивается хорошая защита сварочной ванны от воздействия атмосферного, вид шва лучше, так как сварщик отчетливо видит перед собой шов и может получить равномерную высоту и ширину его. Это особенно важно при сварке тонких листов. Поэтому тонкий металл сваривают левым способом. Кроме того, при левом способе пламя свободно растекается по поверхности металла, что снижает опасность его пережога духа р замедленное охлаждение сваренного шва. При левом способе процесс сварки производится налево. Горелка перемещается за присадочным прутком, а пламя направляется на несваренные кромки и подогревает их, подготавливая к сварке. Правый способ применяют при сварке металла толщиной более 5 мм. Пламя горелки при этом способе ограничено с двух сторон кромками изделия, а спереди наплавленным валиком, что значительно уменьшает рассеивание теплоты и повышает степень ее использования. Однако при левом способе внешний. Выбор способа сварки зависит также от пространственного положения шва. При сварке швов в нижнем положении выбор сварки, как указано выше, зависит от толщины металла. Сварку вертикальных швов снизу вверх следует производить левым способом. При сварке горизонтальных швов пламя горелки направляют на заваренный шов и сварку производят справа налево. Для предупреждения вытекания расплавленного металла сварочную ванну формируют с небольшим перекосом. Потолочные швы легче сваривать правым способом, так как в этом случае газовый поток пламени направлен непосредственно на шов и тем самым - препятствует вытеканию металла из сварочной ванны. В процессе сварки мундштук горелки и присадочный пруток совершают одновременно два движения: одно - вдоль оси сварного шва и второе - колебательные движения поперек оси шва. При этом конец присадочного прутка движется в направлении, обратном движению мундштука. Низкоуглеродистые стали, применяемые в строительстве, сваривают газовой сваркой без особых затруднений. Мощность горелки при левом способе выбирают из расчета 100... 130 л/ч на 1 мм толщины свариваемого металла. При правом способе удельная мощность горелки составляет 130... 150 л/ч. Следует учесть, что увеличение мощности пламени повышает производительность сварки. Однако при этом повышается опасность пережога металла. Пламя горелки должно быть нормальным. Диаметр присадочной проволоки d (мм) при сварке металла толщиной до 15 мм левым способом определяют по формуле d = (s/2) + i, где s - толщина свариваемой стали, мм. При правом способе сварки диаметр проволоки равен половине I толщины свариваемого металла. При сварке металла толщиной более ? 15 мм применяют проволоку диаметром 6...8 мм. После сварки можно проковку металла шва в горячем состоянии и затем нормализатор при температуре 800...900° С. При этом металл приобретает достаточную пластичность и мелкозернистую структуру.


 

Газовая сварка чугуна широко применяется как сравнительно простой способ. Сварку выполняют с предварительным местным или общим подогревом. Скос кромок делают односторонний V-образный с углом разделки 90°. Присадочный материал применяют в виде чугунных стержней диаметром 4, 6, 8, 10, 12 мм и длиной 250...450 мм. При сварке массивных деталей с предварительным подогревом применяют прутки марки А, а в остальных случаях - прутки марки Б (ГОСТ 2671-70). Флюс ФСЧ-1 (23% плавленой буры, 27% безводного углекислого натрия и 50% азотнокислого натрия) в порошкообразном виде периодически подсыпают в расплавленный металл шва. В процессе сварки пруток погружают во флюс и переносят его в сварочную ванну. Допускается также применять в качестве флюса только прокаленную буру. Удельная мощность пламени должна составлять 100... 120 л/ч. Пламя должно быть нейтральным или с небольшим избытком ацетилена. Можно производить сварку двумя горелками: одной подогревают сварочную ванну, второй производят сварку и расплавление присадочного прутка. После сварки необходимо обеспечить медленное охлаждение изделия. Для этого его покрывают асбестом или слоем песка. Рекомендуется произвести отжиг заваренных деталей и охлаждение вместе с печью. На практике применяют разработанную в НИИ автогенмашем сварку чугуна, сущность которой заключается в том, что свариваемые кромки изделия подогревают не до расплавления, а до 800...850° С. В разделку кромок вводят флюс, а затем наплавляют металл. Присадочными стержнями служат прутки марки НЧ-1 или НЧ-2 (ГОСТ 2671-70), покрытые флюсом. Флюсы-пасты содержат 5% двуокиси титана, 10% азотнокислого калия, 12% фтористого натрия, 40% плавленой буры, 11% ферротитана, 15% углекислого лития, 7% железного порошка и 7 массовых частей керосина на 50 частей сухой смеси. Допускается применение флюса ФСЧ-1 при использовании прутков НЧ-1 и флюса ФСЧ-2 (18% буры, 25% кальцинированной соды, 56,5% натриевой селитры, 0,5% углекислого лития) при сварке прутками НЧ-2. Место сварки тщательно очищают, после чего изделия подвергают местному или общему подогреву до 300...400°С восстановительным пламенем горелки. Свариваемые кромки покрывают слоем пасты и нагревают нормальным пламенем горелки до температуры 750... ...790° С. Паста плавится и покрывает тонким слоем поверхность кромок. Сварку ведут справа налево. После заварки сварное соединение подвергают медленному охлаждению. Шов получается плотным и хорошо поддается механической обработке. Применяют также низкотемпературную пайко-сварку латунными припоями. Кромки подготовляют механической обработкой и очищают от жировых пятен протиркой растворителем (бензин, ацетон и др.). После предварительного нагрева до 300...400° С на кромки наносят флюс марки ФПСН-1, содержащий (по массе) 25% углекислого лития, 25% кальцинированной соды, 50% борной кислоты. Процесс пайкосварки ведут нормальным пламенем. Используют припои марки ЛОК-59-1-0,3 (ГОСТ 16130-72). Пламенем горелки расплавляют конец прутка припоя и заполняют разделку шва металлом припоя. После затвердевания металла производят проковку металла шва медным молотком.

Газовую сварку меди и ее сплавов рекомендуется производить одновременно двумя горелками: одна - для подогрева свариваемых кромок с удельной мощностью 150...200 л/ч и вторая - для сварки с удельной мощностью 100 л/ч. Это вызвано тем, что медь обладает большой теплопроводностью и поэтому для сварки требуется пламя повышенной мощности. Для листов толщиной до 10 мм удельная мощность пламени должна быть равна 150 л/ч, а для листов толщиной свыше 10 мм - 200 л/ч. Для уменьшения отвода теплоты изделия закрывают листовым асбестом. Пламя должно быть нормальным. Избыток ацетилена вызывает появление пор и трещим, а окислительное пламя приводит к окислению металла шва. Мундштук горелки устанавливают под углом 80...90°. Нагрев и плавку меди производят восстановительной зоной в месте максимальной температуры. Сварку производят быстро без перерывов, в один проход. Медь толщиной до 5 мм сваривают левым способом, а при больших толщинах - правым способом. В процессе сварки подогретый конец присадочного прутка периодически обмакивают во флюс и таким образом переносят налипший флюс в сварочную ванну. Для получения мелкозернистой структуры и уплотнения металла производят проковку шва. Металл толщиной до 5 мм проковывают в холодном состоянии, а при большей толщине - в горячем состоянии при температуре 200...300° С. После проковки следует произвести отжиг с нагревом до 500...550° С и охлаждением в воде. При этом шов получается более пластичным. Латунь при газовой сварке нормальным пламенем выделяет пары цинка, в результате чего шов получается пористым. Поэтому применяют пламя с избытком кислорода (до 30...40%). Избыток кислорода окисляет часть цинка. Образующаяся на поверхности сварочной ванны окисная пленка защищает расплавленный металл от дальнейшего окисления. Свариваемые кромки зачищают до металлического блеска. Окислы удаляют травлением 10%-ным водным раствором азотной кислоты с последующей промывкой горячей водой и протиркой насухо. Удельная мощность пламени 100...150 л/ч. Мундштук горелки устанавливают под углом 80...90°, а присадочный пруток - под утлом 80° к мундштуку горелки. Чтобы не допустить интенсивного окисления, сварку производят быстро, без перерывов, в один проход. Расстояние ядра пламени от ванны должно быть 7... 10 мм. Латунь толщиной более 15 мм рекомендуется предварительно подогревать до 500...550е С. После сварки шов проковывают. Если латунь содержит меди более 60%, проковку шва производят в холодном состоянии. Если же в латуни меди менее 60%, то швы проковывают при температуре 700° С. После проковки швы подвергают отжигу при температуре 600...650° С с последующим медленным охлаждением. Получаются пластичные швы с мелкозернистой структурой. Бронза имеет различные примеси, которые при сварке легко выгорают, вследствие чего образуется пористый шов. Поэтому газовую сварку бронзы производят нормальным пламенем. Удельная мощность горелки 100...150 л/ч. Свариваемые кромки подготавливают так же, как и при сварке меди. Сварку ведут возможно быстро, без перерывов, в один проход. Конец ядра пламени должен быть на расстоянии 7... 10 мм от поверхности сварочной ванны. Как и при сварке меди, допускается применение второй подогревающей горелки удельной мощностью 100 л/ч. После сварки сварное соединение нагревают до температуры 400...450е С и затем охлаждают в воде. Газовая сварка алюминия и его сплавов дает хорошие результаты при правильном выборе режима сварки и применении флюсов. Листы толщиной до 3 мм сваривают с отбортовкой кромок на высоту примерно утроенной толщины листа. При толщине листов до 5 мм сварку прей изводят без скоса кромок с зазором 0,5 мм. Листы толщиной 5...15 мм свариваются с односторонним, а при большей Толщине с двусторонним с косом кромок. Угол разделки составляет 60... 70°. Газовую сварку для нахлесточных соединений применять не следует, так как флюс, затекающий в зазор между листами, вызывает коррозию и разрушение шва. Кромки соединения и присадочную проволоку хорошо очищают от пленки окиси алюминия механическим или химическим способом Механическую очистку производят путем обезжиривания в щелочном растворе с последующей очисткой металлической щеткой. Сварку следует выполнять не позднее чем через 2 ч после очистки. Химическую очистку производят в следующей последовательности: кромки обезжиривают и протравливают в 5%-ном растворе каустической соды; затем соединяемые части промывают водой, насухо протирают тряпкой и просушивают. Сварку следует выполнять не позднее чем через 8 ч после очистки. Флюс наносят на свариваемые кромки и присадочную проволоку в виде пасты или насыпают в разделку шва в виде порошка. Флюсы хранят в герметически закрытых сосудах, так как они очень интенсивно поглощают влагу из воздуха. Сварку выполняют левым способом нормальным пламенем или с небольшим избытком ацетилена. Следует учесть, что большой избыток ацетилена способствует образованию пор в сварном шве. Большую опасность представляет избыток кислорода, который значительно затрудняет сварку, интенсивно окисляя алюминий; Угол наклона мундштука горелки в начале сварки устанавливают повышенный (70...80°), а затем уменьшают до нормальной величины (30...45°). Мощность сварочного пламени зависит от толщины металла: Толщина металла, мм ... . 1 1,5...2 3...4 6...8 Мощность горелки, л/ч, ацетилена ; . 75 150. ..300 300...500 750...1000 При сварке силуминов рекомендуется предварительно подогреть изделие до 200...250° С, а после сварки произвести отжиг при температуре 300...350° С с последующим медленным охлаждением. Швы на сварных соединениях из проката проковывают легкими ударами в холодном состоянии. Остатки флюса и шлака тщательно удаляют с помощью металлической щетки и промывкой горячей водой. Технология газовой резки Процесс газокислородной резки основан на свойстве металлов и их сплавов сгорать в струе технически чистого кислорода. Схема газокислородной резки представлена на рис. 106. Сущность процесса заключается в том, что металл вдоль линии разреза нагревается до температуры воспламенения его в кислороде, сжигается в струе кислорода, а образующиеся окислы выдуваются этой струей из месте разреза.


 

Газокислородной резке поддаются металлы, удовлетворяющие следующим основным требованиям:

1. Температура плавления металла должна быть выше температуры воспламенения его в кислороде. Металл, не отвечающий этому требованию, плавится, а не сгорает. Например, низкоуглеродистая сталь имеет температуру плавления около 1500° С, а воспламеняется в кислороде при температуре 1300... 1350° С. Увеличение содержания углерода в стали сопровождается понижением температуры плавления и повышением температуры воспламенения в кислороде. Поэтому резка стали с увеличением содержания углерода и примесей усложняется. Те 3. Температура плавления окислов должна быть ниже температуры плавления самого металла, чтобы образующиеся окислы легко выдувались и не препятствовали дальнейшему окислению и процессу резки. Например, при резке хромистых сталей образуются окислы хрома с температурой плавления 2000° С, а при резке алюминия - окислы с температурой плавления около 2050° С. Эти окислы покрывают поверхность металла и прекращают дальнейший процесс резки. Образующиеся при резке шлаки должны быть достаточно жидкотекучи и легко выдуваться из разреза. Те Теплопроводность металла должна быть наименьшей, так как при высокой теплопроводности теплота, сообщаемая металлу, интенсивно отводится от участка резки и подогреть металл до температуры воспламенения трудно. Те Количество теплоты, выделяющейся при сгорании металла, должно быть возможно большим; эта теплота способствует нагреванию прилегающих участков металла и тем самым обеспечивает непрерывность процесса резки. Различают два основных вида газокислородной резки: разделительную и поверхностную. Разделительную резку применяют для вырезки различного вида заготовок, раскроя листового металла, разделки шва под сварку и других работ, связанных с разрезкой металла на части. Поверхность разрезаемого металла должна быть хорошо очищена от грязи, краски, окалины и ржавчины. Для удаления окалины, краски и масла следует медленно провести пламенем горелки или резака по поверхности металла вдоль намеченной линии разреза. При этом краска и масло выгорают, а окалина отстает от металла. Затем поверхность металла окончательно зачищают металлической щеткой.

Процесс резки начинают с нагревания металла.

Подогревающее пламя резака направляют на край разрезаемого металла и нагревают до температуры воспламенения его в кислороде (практически почти до температуры плавления). Затем пускают струю режущего кислорода и перемещают резак вдоль линии разреза. Кислород сжигает верхние нагретые слои металла. Теплота, выделяющаяся при сгорании, нагревает нижележащие слои металла до температуры воспламенения и поддерживает непрерывность процесса резки. При резке листового материала толщиной до 20 ... 30 мм мундштук резака устанавливают вначале под углом от 0 до 5° к поверхности, а затем - под углом 20 ... 30° в сторону, обратную движению резака. Это ускоряет процесс разогрева металла и повышает производительность процесса резки. Резку металла большой толщины выполняют следующим образом. Мундштук резака вначале устанавливают перпендикулярно к поверхности разрезаемого металла так, чтобы струя подогревающего пламени, а затем и режущего кислорода располагалась вдоль вертикально!» грани разрезаемого металла. После прогрева металла до температуры воспламенения пускают струю режущего кислорода. Перемещение резака вдоль линии резания начинают после того, как в начале этой линии будет прорезан металл на всю его толщину. Чтобы не допустить отставания резки в нижних слоях металла, в конце процесса следует постепенно замедлить скорость перемещения резака и увеличивать наклон мундштука резака до 10 ... 15° в сторону, обратную его движению. При резке стальных листов большой толщины рекомендуется начинать процесс I с нижней кромки, как показано на рис. 107, и применять предварительный подогрев до 300 ... 400° С. При этом возможна резка с повышенной скоростью. Скорость перемещения резака должна соответствовать скорости горения металла. Если скорость перемещения резака установлена правильно, то поток искр и шлака вылетает из разреза прямо вниз, а кромки получаются чистыми, без натеков и подплавлений. При большой скорости перемещения резака поток искр отстает от него, металл в нижней кромке не успевает сгореть и процесс резки нарушается При малой скорости сноп искр опережает резак, кромки разреза оплавляются и покрываются натеками. Давление режущего кислорода устанавливают в зависимости от толщины разрезаемого металла и чистоты кислорода. Чем выше чистота кислорода, тем меньше давление и расход кислорода на 1 м разреза. Зависимость давления кислорода от толщины металла при ручной резке следующая: Толщина металла, мм .. 5...20 20...40 40...60 60...100 100...200 Давление кислорода: МПа, 0,3...0,4 0,4. ..0,5 0,5. ..0,6 0,7...0,9 1,0...1,1 кгс/см2 3...4 4...5 5...6 7...9 10...11 Ширина и чистота разреза зависят от способа резки и толщины разрезаемого металла. Машинная резка дает более чистые кромки и меньшую ширину разреза, чем ручная резка. Чем больше толщина разрезаемого металла, тем больше ширина разреза. Это видно из следующих данных: Толщина металла, мм . . 5...50 50... 100 100.. .200 200.. .300 Ширина разреза, мм: при ручной резке . . . 3...5 5...6 6...8 8...10 при машинной резке . .2,5...4,0 4,0...5,0 5,0...6,5 6,5...8,0? ГОСТ 14792-69 «Кислородная и плазменно-дуговая резка. Точность деталей и заготовок и качество поверхности резки» предусматривает следующие предельные отклонения (мм) от номинальных размеров вырезаемых деталей в зависимости от класса точности. Эти показатели относятся к машинной кислородной резке углеродистой стали кислородом 1-го и 2-го сортов. Процесс резки вызывает изменения структуры, химического состава и механических свойств металла. При резке низкоуглеродистой стали тепловое влияние процесса на ее структуру незначительно. Наряду с участками перлита появляется неравновесная составляющая сорбита, что даже несколько улучшает механические качества металла. При резке стали, имеющей повышенное содержание углерода, а также легирующие примеси, кроме сорбита образуются троостит и даже мартенсит. При этом сильно повышаются твердость и хрупкость стали и ухудшается обрабатываемость кромок разреза. Возможно образование холодных трещин. Изменение химического состава стали проявляется в образовании обезуглероженного слоя металла непосредственно на поверхности резания, в результате выгорания углерода под воздействием струи режущего кислорода. Несколько глубже, чем у исходного металла, находится участок с большим содержанием углерода. Затем, по мере удаления от разреза содержание углерода уменьшается до исходного. Также происходит выгорание легирующих элементов стали. Механические свойства низкоуглеродистой стали при резке почти не изменяются. Стали с повышенным содержанием углерода, марганца, хрома и молибдена закаливаются, становятся более твердыми и дают трещины в зоне резания. Нержавеющие хромистые и хромоникелевые стали, чугун, цветные металлы и их сплавы не поддаются обычной газокислородной резке, так как не удовлетворяют указанным выше условиям. Для этих металлов применяют плазменно-дуговую или кислородно-флюсовую резку. Сущность кислородно-флюсовой резки заключается в следующем. В зону резания с помощью специальной аппаратуры непрерывно подается порошкообразный флюс, при сгорании которого выделяется дополнительная теплота и повышается температура места разреза. Кроме того, продукты сгорания флюса реагируют с тугоплавкими окислами и дают жидкотекучие шлаки, легко вытекающие из места разреза. В качестве флюса используется мелкогранулированный железный порошок ПЖ-5М (ГОСТ 9849-74). При резке хромистых и хромоникелевых сталей во флюс добавляют от 25 до 50% окалины. При резке чугуна добавляют около 30 ... 35% доменного феррофосфора. При резке меди и ее сплавов применяют флюс, состоящий из смеси железного порошка с алюминиевым порошком (15...20%) и феррофосфором (10 ... 15%). Резку производят установкой УРХС-5, разработанной в НИИ автоген машем и состоящей из флюсопитателя и резака. Установка используется для ручной и машинной кислородно-флюсовой резки высоколегированных хромистых и хромоникелевых сталей толщиной от 10 до 200 мм при скорости резания от 230 до 760 мм/мин. При этом на 1 м разреза расходуется кислорода от 0,20 до 2,75 м3, ацетилена - от от 0,017 до 0,130 м3 и флюса - от 0,20 до 1,3 кг.


 

При кислородно-флюсовой резке некоторая часть теплоты подогревающего пламени уходит на нагревание флюса. Поэтому мощность пламени берется на 15 ... 25% выше, чем при обычной газовой резке. Пламя должно быть нормальным или с некоторым избытком ацетилена. Расстояние от торца мундштука резака до поверхности разрезаемого металла устанавливается от 15 до 20 мм. При малом расстоянии частицы флюса отражаются от поверхности металла и, попадая в сопло резака, вызывают хлопки и обратные удары. Кроме того, наблюдается перегрев мундштука, приводящий к нарушению процесса резки. Угол наклона мундштука резака должен составлять от 0 до 10 в сторону, обратную направлению резки. Хорошие результаты дает предварительный подогрев. Хромистые и хромоникелевые стали требуют подогрева до 300 ... 400° С, а сплавы меди-до температуры 200... 350° С. Скорость резки зависит от свойств металла и его толщины. Чугун толщиной 50 мм режут со скоростью 70 ... 100 мм/мин. При этом на 1 м разреза расходуется от 2 до 4 м8 кислорода, от 0,16 до 0,25 м8 ацетилена и от 3,5 до 6 кг флюса. Примерно такие же данные получают при резке сплавов меди. При резке хромистых и хромоникелевых сталей расход всех материалов снижается почти в 3 раза при скорости резки до 200 мм/мин. Поверхностная резка применяется для снятия поверхностного слоя металла, разделки канавок (рис. 108, а), удаления поверхностных дефектов и других работ. Резку выполняют специальными резаками, длина которых несколько больше обычных, и, кроме того, увеличены сечения каналов для газов подогревающего пламени и режущего кислорода. Такие резаки изготовляют для ручной и машинной резки. Применяют два вида поверхностной резки - строжку (грубую - на рис. 108, б, чистую - рис. 108, в) и обточку. При кислородной строжке резак совершает возвратно-поступательное движение как строгальный резец. При кислородной обточке резак работает как токарный резец. Перед началом резки поверхность металла тщательно очищают от грязи, масла, краски и окалины. Затем в начальном участке резания металл нагревают до температуры воспламенения в струе кислорода. Наклон мундштука резака к поверхности металла устанавливают в начале реза 70 ... 80°, после начала горения угол наклона плавно уменьшают до 15 ... 20°. Уменьшение угла наклона увеличивает ширину и уменьшает глубину строжки.

 

ОСОБЕННОСТИ ГАЗОПЛАМЕННОЙ СВАРКИ

При газопламенной сварке соединяемые кромки деталей ра зогревают пламенем до температуры, несколько большей температу ры плавления свариваемого металла. Образуется сварочная ванна. После этого горелку перемещают по стыку деталей, последовательно оплавляя его. За горелкой расплавленный металл, остывая, крис таллизуется и образует сварной шов. Чтобы получить шов с уси лением, в пламя подают пруток (проволоку) присадочного металла, который, расплавляясь, стекает в сварочную ванну. По сравнению о другими источниками тепла, применяемыми при сварке плавлением, например с электрической дугой, газовое пламя менее сосредоточенный источник тепла. При одинаковой эффектив ной тепловой мощности, вводимой за единицу времени в металл свариваемой детали, от газового пламени вводится через единицу площади в 8... 12 раз меньше тепла, чем от дуги. Зато диаметр пятна нагрева от газового пла 5. мени в 2,5...3,5 раза больше, чем от сварочной дуги и может достигать 6...8 см. Значит, для того чтобы нагреть металл пламенем до температуры плав) ления, требуется больше време Рис. 29. Распределение удельного ] ни, чем при нагреве электричес теплового потока q дуги 1 кой дугой, нагрев происходит и газового пламени по поверхности f медленнее. Поэтому произ-обрабатываемой детали: водительность газопламенной dn.n и d„.„ - соответственно диаметры пятен нагрева дуги и пламени сварки с увеличением толщины свариваемого металла резко уменьшается. При толщине свариваемых кромок 8... 10 мм газопла менная сварка экономически невыгодна. И только при толщине кро мок стальных деталей менее 1,5 мм газопламенная сварка сравнима по производительности с ручной дуговой сваркой покрытыми электро дами и даже может выполняться в полтора раза быстрее. Но с дуговой сваркой в защитных газах газопламенная сварка конкурировать по производительности и в этом случае не может. Медленный нагрев, присущий газопламенной сварке, приводит к длительному пребыванию металла в зоне высоких температур.

Металл перегревается, укрупняется зерно. Поэтому механические свойства сварных соединений сталей (прочность, пластичность, вязкость) после газопламенной сварки хуже, чем после дуговой. Большая зона нагрева газовым пламенем увеличивает деформации деталей, особенно тонколистовых. Это затрудняет выбор конструкций стыка деталей. При газопламенной сварке используют лишь простейшие стыковые и угловые соединения. Нахлесточные и тавровые применяют лишь в случае необходимости, когда другие способы сварки применить по каким-либо причинам трудно. Из сказанного можно сделать вывод, что газопламенная сварка состоит из одних недостатков. Это неверно. Основная причина ее недостатков - медленный нагрев зоны сварки - во многих случаях оборачивается преимуществом. Он облегчает управление формированием шва, повышая качество соединений деталей с малой толщиной кромок (0,2...5,0 мм), позволяя избегать прожогов и получать шов с плавными переходами к основному металлу. Значительно упрощается процесс сварки металлов, требующих предварительного подогревhr title=0...1000 При сварке силуминов рекомендуется предварительно подогреть изделие до 200...250° С, а после сварки произвести отжиг при температуре 300...350° С с последующим медленным охлаждением. Швы на сварных соединениях из проката проковывают легкими ударами в холодном состоянии. Остатки флюса и шлака тщательно удаляют с помощью металлической щетки и промывкой горячей водой. Технология газовой резки Процесс газокислородной резки основан на свойстве металлов и их сплавов сгорать в струе технически чистого кислорода. Схема газокислородной резки представлена на рис. 106. Сущность процесса заключается в том, что металл вдоль линии разреза нагревается до температуры воспламенения его в кислороде, сжигается в струе кислорода, а образующиеся окислы выдуваются этой струей из месте разреза.а и замедленного охлаждения сварного шва. Это чугун, склонные к закалке 51 70...90° S=5...15MM В-2...4мм 70...900 Рис. 30. Типы угловых (а) и стыковых (б) соединений, применяемых при газопламенной сварке легированные стали, сплавы, предрасположенные к образованию трещин при кристаллизации металла шва, инструментальные стали. Нагрев газовым пламенем выгодно применять при пайке тугоплавкими припоями, а также при наплавке, когда нет необходимости в глубоком проплавлении наплавляемой поверхности. Газопламенной сваркой можно соединять почти все металлы, применяемые в технике, кроме высокоактивных по отношению к кислороду (титан, ниобий и т.п). Чугун, свинец, медь, латунь легче сваривать газопламенной сваркой, чем дуговой. В отличие от большинства других способов, газопламенная сварка не требует электроэнергии и сложного оборудования. Поэтому, хотя газопламенная сварка во многих отраслях производства вытеснена электрическими способами (дуговой, контактной), она широко применяется в полевых условиях, при монтаже сантехнических тонкостенных стальных узлов, при наплавке, сварке легкоплавких металлов, при ремонте литых изделий из чугуна.


 

При газопламенной сварке применяют горючие газы, кислород, присадочную проволоку и флюсы. Кислород - самый распространенный на Земле элемент. Он составляет около 50 % массы Земли, где он находится в окислах различных элементов, около 86 % массы воды в соединении с водородом и 23 % массы воздуха (21 % по объему) в смеси с азотом, аргоном и с другими газами. Кислород - бесцветный газ, без запаха, тяжелее воздуха, плотность его при нормальном давлении и комнатной температуре 1,33 кг/м3. Очень активен - соединяется со всеми химическими элементами, кроме инертных газов. Реакции веществ с кислородом экзотермические, идущие с выделением теплоты при высокой температуре, - это горение. Получают кислород из воздуха глубоким охлаждением или из воды электролизом. В первом случае воздух в несколько приемов сжимают, каждый раз отводя выделяющуюся теплоту. После каждого цикла сжатия воздух очищают от влаги и углекислого газа. При температуре -194,5 °С воздух становится жидким. Затем его разделяют на кислород и азот перегонкой (ректификацией), основанной на разности температур кипения жидкого азота (-196 °С) и кислорода (-183 °С). При ректификации жидкий воздух переливают в ректификационной колонне. Азот при этом испаряется и отводится через верхнюю часть колонны, а кислород сливается на ее дно. Часть его испаряется и отводится из колонны, а жидкий кислород закачивают в теплоизолированные цистерны (танки), в которых его транспортируют. К месту сварки кислород доставляют газообразным в баллонах синего цвета под давлением 150 кг/см2 (15 МПа). Ректификацией кислород доводят до чистоты не менее 99,2 % - это технический кислород 3-го сорта; 2-й сорт содержит 99,5 %, а 1 -й сорт - 99,7 % кислорода. Остальное - азот, аргон и другие примеси. Чем ниже чистота кислорода, тем хуже качество газопламенной обработки металла, особенно резки. Для получения кислорода электролизом через воду, налитую в емкость электролизера, пропускают постоянный ток. В результате на отрицательном электроде - катоде - выделяется газообразный водород, а на аноде - кислород. При этом на 1 м3 кислорода затрачивается 10...20 кВ'АУч электроэнергии, тогда как для получения 1 м3 кислорода глубоким охлаждением из воздуха - 0,5... 1,6 кВ-А/ч. Поэтому электролиз воды выгодно применять для получения кислорода, если используется и выделяющийся одновременно с ним водород, который может быть применен при газопламенной сварке в качестве горючего газа. При электролизе больших количеств воды водород закачивают в баллоны зеленого цвета под давлением 150 кг/см2 (15 МПа). При небольшой потребности в газах выгоднее производить электролиз воды непосредственно на месте сварки. В результате прямо из электролизера кислород и водород раздельно направляются по шлангам в сварочную горелку, где они смешиваются и на выходе из сопла горелки образуют пламя. Продукт горения при этом - водяной пар, такое пламя экологически чистое. Водород в нормальных условиях - один из самых легких газов, он в 14,5 раз легче воздуха, бесцветен, не имеет запаха, с кислородом и воздухом образует взрывчатые смеси - гремучий газ, чем опасен. Кроме водорода в качестве горючих газов применяют ацетилен, метан, природный, нефтяной, пиролизный, коксовый газы, пропан, бутан и их смесь, пары бензина и керосина. Вое они представляют собой углеводородные соединения (табл. 3). Ацетилен бесцветен, обладает резким неприятным запахом, взрывоопасен: при давлении 1,5...2 кг/см2 (0,15...0,2 МПа) для взрыва достаточно искры или быстрого нагрева до температуры 200 °С. При температуре 530 °С разлагается со взрывом. В смеси с кислородом или воздухом при концентрации 2,2...93 % может взорваться даже при нормальном давлении. Присутствие окиси меди снижает температуру его самовоспламенения до 240 °С. Может реагировать ,с медью, обра зуя взрывоопасные соединения. Поэтому при изготовлении ацетиле нового оборудования нельзя применять сплавы с содержанием меди более 70 %. Взрываемость ацетилена понижается при растворении его в жидкостях, особенно в ацетоне (СНз СОСН3), в одном объеме которого можно растворить 20 объемов ацетилена и еще больше, если увеличить давление и уменьшить температуру. Поэтому к месту сварки ацетилен доставляют в стальных баллонах, заполненных пористой массой (например, древесным активированным углем с размером частиц 2...3 мм). Эту массу пропитывают ацетоном, в котором под давлением 19 кг/см2 (1,9 МПа) растворен ацетилен. Метан - газ без цвета и без запаха, при концентрации в воздухе 5... 15 % взрывоопасен, является главной составляющей частью большинства природных или попутных при добыче и переработке нефти и каменного угля горючих газов. Пропан - бесцветный газ с резким запахом, получаемый при переработке нефтепродуктов. Так же получают и бутан - газ без цвета и без запаха, сжижающийся при температуре 0 °С, взрывоопасный при его содержании в воздухе 1,5...8,5 %. Для сварки применяют чаще всего смесь пропана с бутаном, которую получают как побочный продукт переработки нефти. Пропан, бутан и их смесь подают к месту сварки в стальных баллонах в жидком состоянии под давлением 16 кг/ см2 (1,6 МПа). Нефтяной и пиролизный газы получают при переработке нефти и нефтепродуктов. Они похожи по составу и свойствам, которые могут изменяться в широких пределах в зависимости от состава исходных продуктов. Бесцветны, могут обладать запахом сероводородаЖ месту сварки подаются очищенными от смолистых примесей и сероводорода в баллонах красного цвета под давлением в 150 кг/см2 (15 МПа), в сжиженном виде или по трубопроводам. Коксовый газ бесцветен, с запахом сероводорода (тухлых яиц). Получают его при выработке кокса из каменного угля. Может содержать ядовитые цианистые соединения. Для сварки применяют после очистки от сероводорода и смолистых веществ. Жидкие горючие, бензин и керосин, доступнее, дешевле и безопаснее горючих газов. В пар они превращаются непосредственно в сварочных горелках при подогреве специальным пламенем, что усложняет конструкцию горелок. Бензин для сварки предпочтительнее использовать с низким октановым числом, например А-66. Применение этилированного бензина запрещено. Керосин нужно применять осветительный, предварительно профильтровав его через войлок и кусочки едкого натра NaOH для очистки от механических частиц, смолистых веществ и воды. Главное значение при газопламенной обработке и особенно сварке имеет температура пламени, которую эти газы могут обеспечивать при сгорании в кислороде. Этим определяются области применения различных газов при сварке (табл. 4). Наибольшую температуру пламени (до 3200 °С) обеспечивает ацетилен. Поэтому он чаще остальных газов применяется при всех видах газопламенной обработки. При замене ацетилена другими газами требуемое их количество можно примерно определить с помощью коэффициента замены: отношения объема газа-заменителя Кгаза к объему ацетилена ^с2н2 при условии, что оба эти объема обеспечивают одинаковое количество теплоты, вводимое при сварке в металл в единицу времени (одинаковую эффективную тепловую мощность (2эф). Ацетилен получают из карбида кальция СаС2, воздействуя на него водой в ацетиленовых генераторах. Идет реакция ' СаС2 + 2Н20 = С2Н2 + Са(ОН)2. Реакция эта экзотермическая, нужно принимать меры для предупреждения перегрева ацетилена, иначе возможен взрыв. Кроме ацетилена получается гашеная известь (шлам), которую используют в строительстве. Карбид кальция - это твердое вещество темно-серого или коричневого цвета (в зависимости от наличия и количества примесей) плотностью 2,26... 2,4 г/см3. Карбид кальция получают в электрических печах сплавлением извести и кокса по следующей реакции: Са0 + ЗС Щг •4 = СаС2 + СО. В Институте электросварки им.Е.О. Патона разработан способ электрошлаковой выплавки карбида кальция, который удешевляет процесс и улучшает чистоту получаемого продукта. В техническом карбиде кальция содержится до 90 % чистого карбида, остальное - известь и другие примеси. Остывший карбид кальция дробят и сортируют на куски размерами 2x8, 8x15, 15x25 и 25x80 мм. Чем крупнее куски, тем больше выход ацетилена. В среднем из 1 кг СаС2 получают 250...280 л ацетилена. Потребителям карбид кальция доставляют в герметичных барабанах из кровельного железа или в бидонах вместимостью 80... 120 кг. При хранении карбид кальция надо оберегать от влаги, которую он активно поглощает из воздуха, образуя ацетилен. Присадочная проволока для газопламенной сварки сталей применяется согласно ГОСТ 2246 - 70, она такая же, как и при всех видах дуговой сварки. Это 6 марок низкоуглеродистой, 30 марок легированной, 41 марка высоколегированной стальной холоднотянутой проволоки диаметром от 0,3 до 12 мм. Поставляется она в мотках массой не более 80 кг, с обязательной маркировкой. Обозначение стальной проволоки включает в себя буквы Св (сварочная) и буквенно-цифровое обозначение ее состава. Так же, как и при маркировке сталей, в марке проволоки легирующие элементы обозначают: Б - ниобий, В - вольфрам, Г - марганец, Д - медь, Н - никель, С - кремний, Ф - ванадий, X - хром, Ц - цирконий, Ю - алюминий. Цифры перед буквами Св обозначают диаметр проволоки, после этих букв - содержание углерода в сотых долях процента. После букв, обозначающих легирующие элементы, - процентное содержание этих элементов (отсутствие цифр означает, что данного элемента около 1 %). Буква А в конце условного обозначения проволоки указывает на повышенную чистоту металла проволоки по содержанию серы и фосфора, две буквы А - на более высокую степень очистки. Буква О после этих букв означает, что проволока омедненная. Для сварки чугуна применяют чугунные прутки, которые маркируют в зависимости от назначения: А - для горячей газовой сварки (с общим подогревом изделия), Б - для газовой сварки с местным подогревом, Н4-1 и Н4-2- для низкотемпературной газовой сварки толстостенных отливок, Б4 и Х4 - для износостойкой наплавки. Для сварки алюминия, меди и латуни применяют проволоки или нарубленные из листа полоски, соответствующие по составу свариваемому материалу. При сварке латуни лучше применять специальные присадочные проволоки с добавками кремния и олова, которые препятствуют испарению цинка и увеличивают проплавляющую способность газового пламени, разжижая сварочную ванну. При сварке медных сплавов введение в сварочную проволоку бора делает ее самофлюсующейся. Образующийся борный ангидрид В20з связывает окислы меди и цинка СиО и ZnO в борнокислые соли, переходящие в шлак. Можно сваривать без флюсов. Любой присадочный материал для газопламенной сварки должен отвечать ряду общих требований. Он должен иметь температуру плав ления не выше, чем свариваемый металл. Его поверхность должна быть ровной, чистой: без окалины, ржавчины и других загрязнений. Плавиться присадочный материал должен спокойно, без разбрыз гивания, обеспечивая свойства металла шва, близкие к свойствам ос новного металла. В составе присадочного металла должно быть мини мальное количество вредных примесей. Флюсы при газопламенной сварке применяют для разрушения окис лов на поверхности свариваемого металла, для его защиты от окисле ния и для удаления из металла сварочной ванны окислов и других хими ческих элементов, отрицательно влияющих на свойства сварного шва. Флюсы применяют в виде порошков или паст, подавая их на сваривае мые кромки в процессе сварки или нанося заранее. К сварочным флю сам предъявляется ряд технологических и металлургических требова ний. Флюс должен быть более легкоплавким, чем основной и присадоч ный металл. Расплавляемый флюс должен хорошо растекаться по нагретой поверхности металла, обладать высокой жидкотекучестью. Он не должен выделять в процессе сварки ядовитые газы и не должен способствовать коррозии сварного соединения. Флюс должен иметь вы сокую реакционную способность, активно раскислять окислы, перево дить их в легкоплавкие соединения или растворять их так, чтобы про цесс удаления окислов из металла заканчивался до затвердевания сва рочной ванны. Образующийся во время сварки шлак должен хорошо защищать металл от окисления и от взаимодействия с газами окружаю щей атмосферы, а также хорошо Отделяться от металла после остыва ния. Плотность флюса должна быть меньше плотности основного и присадочного металла, чтобы шлак всплывал на поверхность свароч ной ванны, а не оставался в металле шва. Свойства флюса не должны меняться под влиянием высокой температуры газового пламени. Флюс должен быть дешевым и недефицитным. Состав и марки флюсов, способы их применения и механизмы действия рассмотрим при изучении технологии газопламенной сварки основных свариваемых материалов.


 

При газопламенной сварке используют ацетиленовые генераторы, газовые баллоны и редукторы, сварочные горелки, предохранительные затворы, химические очистители газов и устройства для измерения расхода газов - расходомеры.

Ацетиленовые генераторы

Ацетиленовым генератором называют устройство, предназначенное для получения ацетилена разложением карбида кальция водой. Генераторы классифицируют по производительности и способу применения: от 0,5 до 3 м3/ч - передвижные и от 5 до 640 м3/ч - стационарные. По давлению вырабатываемого ацетилена могут быть генераторы низкого, до 0,2 кг/см3 (0,02 МПа), и среднего, от 0,2 кг/см3 до 15 кг/см3 (0,02...0,15 МПа), давления. По способу взаимодействия карбида кальция с водой различают генераторы системы KB ("карбид в воду"), ВК ("вода на карбид"), ВВ ("вытеснение воды") и комбинированные генераторы (ВК и ВВ). В генераторах системы KB порция карбида кальция из загрузочного бункера 1 через заслонку подается в газосборник 4, в который налита вода. Образующийся ацетилен проходит через воду, скапливается в верхней части газосборника 4 и отводится к месту сварки или хранения через штуцер 6. Ил (гашеная известь) по мере накопления убирается через донное отверстие 5. При понижении давления ацетилена по мере его расхода в газосборник 4 подается новая порция карбида кальция. Эта система дает наивысший (до 95 %) выход ацетилена из карбида кальция. Куски карбида омываются большим количеством воды и разлагаются практически полностью. Ацетилен, проходя через слой воды, хорошо охлаждается и промывается. Генераторы системы KB вырабатывают чистый, охлажденный и поэтому наименее взрывоопасный ацетилен. Их недостаток - большой расход воды и, как следствие, большие габариты. Поэтому система KB применяется для стационарных генераторов низкого и среднего давления большой производительности - более 10 м3/ч. В генераторах системы ВК  карбид кальция помещают в коробку, которую устанавливают в реторту 2, герметично закрываемую снаружи. Вода через штуцер подается в реторту, омывая карбид кальция. Происходит реакция. Выделяющийся ацетилен поступает из реторты в газосборник. Давление ацетилена увеличивается, вода под этим давлением поднимается в верхнюю часть корпуса генератора, уровень ее становится ниже штуцера. Подача воды в реторту прекращается. Ацетилен отводится к месту сварки через штуцер. При этом давление в газосборнике уменьшается, уровень воды в нем увеличивается, вода вновь начинает поступать в реторту. Цикл повторяется. Известь, образующаяся при разложении карбида, накапливается в реторте, откуда ее периодически убирают. Разновидность системы ВК - это генераторы "сухого разложения ". В них карбид кальция загружают в барабан 7, внутри которого с помощью трубки 3 системы подачи распыляют воду. Воды подают вдвое больше, чем это требуется для разложения карбида. Барабан 1 вращают, интенсивно перемешивая карбид. Через отверстия в стенках барабана образующийся ацетилен выходит в газосборник 4 и отводится через штуцер 6. Ил, высыпаясь через эти отверстия, скапливается на дне газосборника 4, откуда его периодически убирают через отверстие 5. Избыток воды при реакции испаряется, поглощая выделяющееся тепло и частично охлаждая ацетилен. 

В генераторах системы ВК карбид реагирует с относительно малым количеством воды, зона реакции охлаждается слабо. Возможен перегрев ацетилена, в результате при температуре 150... 180 °С может начаться полимеризация ацетилена - соединение нескольких его молекул в одну, более сложную, образуются новые соединения, смолообразные продукты, ухудшающие качество ацетилена как горючего газа. Наличие полимеризации можно обнаружить по смолистому налету в трубопроводах, по желтоватой окраске удаляемого из реторты ила. Кроме того, в генераторах системы ВК куски карбида обволакиваются гашеной известью, которая отделяет их от воды, реакция разложения идет не до конца, выход ацетилена составляет не более 80...90 %. В реторту карбида загружается немного, поэтому генератор надо почти непрерывно обслуживать. Однако генераторы системы ВК наиболее распространены, что объясняется простотой их конструкции и небольшими габаритами. Генераторы системы ВВ состоят из двух сообщающихся сосудов, один из которых - газосборник. Внутри газосборника 4 помещен решетчатый барабан 1 с карбидом кальция. В оба сосуда наливают воду так, чтобы она смачивала карбид. Ацетилен, выделя ясь в результате разложения карбида, скапливается в верхней части газосборника 4 и отводится в газовую магистраль через штуцер 6. При интенсивной реакции ацетилена образуется больше, чем отводится, давление в полости газосборника растет, ацетилен вытесняет воду из газообразователя в другую часть генератора. Уровень воды в газосборнике снижается, смачивается меньше карбида, ацетилена выделяется меньше. При уменьшении давления вследствие расхода ацетилена уровень воды вновь поднимается, реакция интенсифицируется, Генераторы системы ВВ надежны и удобны в эксплуатации. Их применяют как передвижные аппараты.4Однако при прекращении отбора газа в них возможен перегрев ацетилена. Эти генераторы обеспечивают наихудшее качество ацетилена и самый низкий выход его из карбида кальция. Лучшие результаты обеспечивают генераторы комбинированной системы. Карбид кальция загружают в го барабан-корзину, который помещают в реторту со встроенным в нее конусообразным сосудом. В реторту, сосуд и сообщающиеся полости корпуса генератора заливают воду. Образующийся газ из реторты переходит в газосборник. Если ацетилена образуется больше, чем отводится через штуцер, то увеличивается давление в газосборнике 4 и вода из реторты вытесняется в сосуд. Реакция замедляется. При уменьшении давления газа в газооборнике 4 вода из верхней части корпуса переливается в нижнюю, уровень воды в газооборнике 4 поднимается, достигает крана системы подачи воды 3, вода заливается в реторту 2, пополняя ее расход. Одновременно в реторту при понижении давления газа поступает вода из сосуда 7. Затем цикл повторяется. Генераторы комбинированной системы имеют небольшую производительность (до 3 м3/ч), их применяют как передвижные установки. Плавное регулирование газообразования в зависимости от расхода ацетилена - их главное преимущество перед генераторами других систем. При работе с ацетиленовыми генераторами нужно следить, чтобы температура воды и гашеной извести в зоне реакции не превышала 80 °С, а ацетилена 115 °С. Эксплуатировать передвижные генераторы можно при температуре окружающей среды -25...+ 40 °С.

Очистители газа и предохранительные затворы

Ацетилен, получаемый в генераторах, содержит твердые частицы извести и угля, водяной пар, примеси аммиака, сероводорода, фосфористого и кремнистого водорода. Аммиак, пыль и часть сероводорода удаляются при промывке ацетилена водой, что предусмотрено в большинстве типов ацетиленовых генераторов. Водяной пар поглощается в осушителях, представляющих собой емкости, заполненные хлористым кальцием, силикагелем, едким натром или карбидом кальция. Фосфористый водород РН3 и остатки сероводорода H2S удаляют очисткой химическими веществами, содержащими хром или хлор в качестве активных элементов. Наиболее вредная примесь - ядовитый фосфористый водород РН3. Для очистки от него используют гератольинфузорную землю, пропи танную хромовым ангидридом (хромпиком) и серной кислотой при содержании влаги 18...20 %. Для этого ацетилен пропускают через очиститель, в корпусе которого установлены по вертикали полки с на сыпанным на них гератолем слоем толщиной 50...60 мм. Если при сварке по какой-либо причине скорость истечения горючей смеси станет меньше скорости ее сгорания, перегреется или засорится канал мундштука горелки, то может произойти обратный удар - воспламенение горючей смеси в каналах горелки и распрост ранение пламени по шлангу горючего газа. Пламя может попасть в ацетиленовый генератор или газовую магистраль - произойдет взрыв. Для защиты от обратного удара применяют предохранитель ные затворы. По назначению предохранительные затворы могут быть цент ральные, устанавливаемые на магистрали стационарных ацетиленовых генераторов, и постовые - у каждого сварочного поста или на однопостовых генераторах. По предельному давлению различают затворы низкого (до 0,01 МПа), среднего (до 0,07 МПа) и высокого (до 0,15 МПа) давления. По конструкции затворы бывают гидравлические (водяные) и сухие, Все затворы окрашивают в белый цвет. В водяной затвор среднего давления (рис. 32) горючий газ входит по трубке § отжимая шарик клапана 2, в корпус 3, заполненный водой до уровня контрольного крана 6, через ниппель 5 идет в горелку. При обратном ударе давление в затворе резко повышается, вода давит на клапан 2 и закрывает его - подача газа прекращается. Взрывная волна гасится узкой щелью между стенкой Рис. 32» Схема водяного затвора среднего давления корпуса 3 и диском 4. Это затвор закрытого типа: закрытого типа. В открытых затвора - нормальная работа; рах взрывная волна выбрасывается в б - обратный удар; 1 - трубка; атмосферу. 2 - шарик клапана; 3 - корпус; Водяные затворы устанавливают 4 - диск; 5 - ниппель; на ацетиленовых генераторах и сва-б контрольный краночных постах при питании их ацетиленом из общей магистрали. При питании поста от ацетиленового баллона затвор можно не ставить, потому что установленный на баллоне редуктор и заполняющая баллон пористая масса надежно защищают его от обратного удара. При питании поста газами - заменителями ацетилена применяют сухие предохранительные затворы (огнепреградители). В них для гашения пламени и предупреждения проникновения его в газовую магистраль применяют пористые керамические массы, эластичные мембранные или шаровые обратные клапаны.


 

Баллоны - это стальные сосуды, предназначенные для хранения и транспортировки сжатых, сжиженных и растворенных газов под давлением (рис. 34). Изготавливают их из цельнотянутых труб. Для сжиженных газов, например для пропан-бутановой смеси, при давлении не свыше 3 МПа разрешается применять сварные баллоны. Корпус 1 баллона имеет в верхней части горловину 2 с коническим резьбовым отверстием, в которое ввернут вентиль 5. На резьбовое кольцо горловины 2 наворачивают предохранительный колпак 4, защищающий вентиль 3 при перерывах в работе и при транспортировке. Конструкции и материалы вентилей 3 баллонов, предназначенных для различных газов, неодинаковы. Это исключает установку, например, кислородного редуктора на ацетиленовый баллон, и наоборот. Вентили баллонов для ацетилена и пропана изготавливают из стали, а для кислорода - из латуни, так как сталь может гореть в кислороде. На нижней части корпуса 1 баллонов напрессовывают башмак 5, придающий баллону устойчивость в вертикальном положении. Вместимость баллонов может быть от 0,4 до 55 дм3. В сварочной технике чаще применяют баллоны емкостью 40 дм3. Такие баллоны имеют диаметр 219 мм, длину 1390 мм и толщину стенки 8 мм. Они рассчитаны на давление 15 МПа и испытываются давлением 22,5 МПа. Масса их без газа 67 кг. Толщина стенки пропан-бутанового баллона 3 мм, длина его меньше, а диаметр больше, чем у баллонов из цельнотянутых труб. Эти баллоны используют не только при газопла менной, но и при дуговой сварке для защитных инертных и активных газов. В зависимости от рода газа баллоны окрашивают в разные цвета и наносят на них разной краской названия газов (табл. 5). Участок на верхней сферической части баллона не окрашивают и выбивают на нем паспортные данные баллона: тип, заводской номер, товарный знак завода-изготовителя, массу порожнего баллона, его вместимость, рабочее и испытательное давление, дату изготовления, клейма технического контроля и инспекции Госгортехнадзора, дату следующего испытания, которые проводят каждые пять лет. Баллоны на рабочем месте устанавливают вертикально и крепят хомутом к стене или специальной стойке. При перевозке баллоны во избежание взрыва располагают поперек направления движения колпаками в одну сторону. К вентилю баллона крепят редуктор - устройство для понижения давления газа до рабочего и обеспечения его постоянства во время работы. По назначению и месту установки различают баллонные, рамповые, сетевые, центральные и уни dv Рис. 34. Схема газового баллона: 1 - корпус; 2 - горловина; 3 - вентиль; 4 - предохранительный клапан; 5 - башмак универсальные редукторы высокого давления. Редукторы бывают прямого действия, когда давление поступающего газа стремится открыть клапан, через который газ входит в рабочую камеру редуктора, и обратного действия, когда это давление стремится закрыть клапан. У редуктора прямого действия рабочее давление по мере расхода газа из баллона несколько снижается. Это падающая характеристика редуктора. У редуктора обратного действия характеристика возрастающая, с уменьшением давления газа в баллоне рабочее давление на выходе из редуктора повышается. Удобнее и безо Рис. 35. Кислородный (а) паснее в эксплуатации редукторы обратного действия. и ацетилено-По роду газа редукторы делят на кислородные, аце вый (Jo) редук тиленовые (рис. 35), пропан-бутановые и метановые. торы Внешне отличаются они друг от друга окраской, цвет которой должен быть таким же, как и у баллона для данного газа. Другое отличие - конструкция присоединительных уст-, ройств для крепления редукторов к баллону. У ацетиленовых редукторов это хомут с упорным винтом, у остальных редукторов - накидная гайка с резьбой, соответствующей резьбе на вентиле баллона. По схемам редуцирования редукторы выполняют одноступенчатыми (однокамерными) и двухступенчатыми (двухкамерными), в которых давление снижается в два этапа. Принцип действия всех редукторов одинаков. Рассмотрим его на примере одноступенчатого баллонного редуктора обратного действия (рис. 36). Из баллона газ а Рис. 36. Схемы работы одноступенчатого редуктора попадает в камеру высокого давления 2, на входе в которую установлен манометр 10. Давление газа препятствует открыванию клапана 7, который прижат к своему седлу пружиной 3. Для подачи газа в горелку нужно регулировочным винтом 9 сжать пружину 8, которая, воздействуя' на резиновую мембрану 7, через шток будет воздействовать на клапан 7. Положение клапана 7 зависит от соотношения усилий сжатия пружин 3 и 8. Если усилие пружины 8 больше, чем пружины 3, клапан 7 откроется; газ, преодолевая сопротивление отверстия клапана 7, проходит в камеру низкого давления 6. Чем больше открыт клапан 7, тем больше будет рабочее давление в камере 6. Это давление измеряют манометром низкого давления 77, установленным на выходе из камеры б, по которому газ через вентиль 5 подается в сварочную грелку. Таким образом, регулирование рабочего давления производится винтом 9: вворачивание его увеличивает усилие пружины 8 и проходное сечение клапана 7, давление в камере 6 увеличивается, и наоборот. Если при некотором положении винта 9 расход и поступление газа в редуктор равны, то рабочее давление постоянно. Если расход газа станет больше, чем его поступление из баллона, давление в камере 6 понизится, пружина 8 начнет удлиняться, клапан 7 откроется больше, поступление газа в камеру 6 увеличится, давление в ней возрастет. Наоборот, если расход газа уменьшится, давление в камере 6 повысится, усилие, действующее на мембрану 7, возрастет, она изогнется в противоположную сторону и сожмет пружину 8. Клапан 7 будет закрываться, поступление газа в камеру 6 уменьшится, давление в ней снизится. Так обеспечивается автоматическое поддерживание постоянного рабочего давления. Если по какой-либо причине регулировка не произойдет и давление в камере 6 увеличится до опасных пределов, этим давлением сожмется пружина предохранительного клапана 4, клапан откроется и избыток газа сбросится в атмосферу. Подсоединять редуктор к баллону нужно при вывернутом до отказа винте 9, предварительно продув отверстие вентиля баллона, открыв его на 1...2 с и убедившись, что на резьбе вентиля и гайки редуктора нет грязи и следов масла. Если при эксплуатации редуктор замерз из-за большого количества влаги в газе и низкой температуры воздуха, отогревать его можно только горячей водой без следов масла. Для подвода газа от редуктора к сварочной горелке служат резиновые рукава (шланги) с тканевыми прослойками с внутренним диаметром 6; 9; 12 и 16 мм. Они выпускаются трех типов: тип 1 - красные для ацетилена и горючих газов-заменителей; тип 2 - желтые - для жидких горючих (из бензостойкой резины) и тип 3 - синие - для кислорода. Для работы при температуре -35 °С и ниже применяют некрашенные рукава из морозостойкой резины. Сварочные горелки Горелки могут быть однопламенными и многопламенными для нагрева или газопрессовой сварки. По виду горючего различают горелки для газообразных (ацетилен и др.) и жидких (керосин, бензин) горючих, а также для водорода. По конструкции горелки делят на инжекторные и безынжекторные. Сварочная горелка должна иметь небольшие массу и размеры. В горелке должно обеспечиваться смешение горючего и кислорода в требуемом соотношении, например для ацетиленовых горелок отношение объема кислорода к объему ацетилена в смеси должно быть в пределах 0,8... 1,5. Это соотношение должно поддерживаться при работе горелки постоянным и регулироваться сварщиком по мере необходимости. Горелка должна обеспечивать изменение мощности пламени в зависимости от толщины свариваемой детали, выражаемое расходом горючего в л/ч. Скорость выхода из горелки горючей смеси должна быть больше скорости ее воспламенения и обеспечиваться в пределах 50... 170 м/с . Это предотвратит возможность обратных ударов при нормальной работе горелки. Горелка должна быть безопасной frame= в работе. Все ее соединения должны быть герметичными, а пламя обратного удара должно гаситься при закрывании вентиля. Для сварки чаще всего применяют однопламенные инжекторные горелки, работающие на смеси ацетилена с кислородом. В инжекторной горелке (рис. 37, а) подача горючего газа в смесительную камеру происходит за счет подсоса его струей кислорода, вытекающего с большой скоростью из отверстия. Это явление подсоса называют инжекцией, откуда и произошло название таких горелок. Кислород поступает через ниппель 7, трубку 3 и вентиль 9 в инжектор 8. Из канала инжектора кислород с большой скоростью выходит в смесительную камеру 7 и засасывает в нее ацетилен, который подается через ниппель 2, вентиль 4 и каналы с наружной стороны инжектора 8. Горючая смесь проходит по трубке наконечника 5 к мундштуку б, на выходе которого, сгорая, образует пламя. Для нормальной работы инжекторных горелок необходимо, чтобы давление кислорода было 0,15...0,5 МПа, а давление ацетилена-0,001...0,12 МПа. Нагрев наконечника инжекторной горелки или засорение мундштука приводят к увеличению давления в трубке наконечника мундштука. Это уменьшает инжекцию - поступление ацетилена в смесительную камеру уменьшается, смесь переобогащается кислородом. Такое непостоянство состава горючей смеси - недостаток инжекторных горелок, сварщику приходится охлаждать наконечник горелки и регулярно прочищать мундштук латунной проволокой. Преимущество инжекторных горелок - возможность устойчивой работы даже при малом давлении горючего газа. Менее универсальны безынжекторные горелки (рис. 37, б). В них горючий газ и кислород подаются под одинаковым давлением 0,05...0,1 МПа. Для точного регулирования давления газов вентили этих горелок снабжены игольчатыми шпинделями. Безынжекторные горелки не могут работать на горючем низкого давления. Однако они обеспечивают постоянный состав горючей смеси во время работы и просты по конструкции. В зависимости от мощности пламени однопламенные горелки для ацетиленокислородной сварки делят на четыре типа. Это безынжекторная горелка Г1 микромощности (с расходом ацетилена 5...60 л/ч) и три инжекторных горелки: Г2 - малой (25...700 л/ч), ГЗ - средней (50...2500 л/ч) и Г4 - большой (2500...7000 л/ч) мощности. К каждому типу горелки придается комплект сменных наконечников, обозначаемых номерами. Чем выше номер наконечника, тем больше возможный расход газа через него. Например, горелка типа Г2 комплектуется пятью наконечниками (№ 0,1,2, 3 и 4), горелка типа ГЗ - семью наконечниками. Диапазоны расхода газа через наконечники соседних номеров взаимно перекрываются. Это обеспечивает возможность плавной регулировки мощности пламени горелок путем замены наконечников и манипулирования вентилями горелки. Горелки для пропан-бутановой смеси и для других газов - заменителей ацетилена отличаются от ацетиленовых горелок тем, что они снабжены устройством для подогрева смеси горючего газа с кислородом до выхода ее из канала мундштука. Подогреватель ввинчивается между наконечником и мундштуком горелки, через его отверстия - сопла часть горючей смеси выходит наружу еще до мундштука. При работе горелки пламя от сгорания этой части смеси обволакивает мундштук и подогревает до температуры 300...350 °С проходящую через него основную часть смеси. В результате скорость сгорания газа и температура сварочного пламени повышаются. Это увеличивает эффективную мощность пламени и производительность процесса обработки металла. Специализированные горелки предназначены для выполнения одной технологической операции: наплавки, пайки, нагрева для термообработки и правки металла или для очистки поверхностей от ржавчины и загрязнений; многопламенные горелки - для газопрессовой сварки. Устройство этих горелок практически такое же, как и у горелок для сварки. Отличия заключаются в форме, размерах или количестве мундштуков, в наличии специальных приспособлений, например порошковых питателей на горелках для наплавки твердых покрытий порошковым присадочным материалом.


 

Применяемые при газопламенной обработке горючие газы и жидкости - это углеводороды и их смеси с другими газами. В чистом виде применяется только водород. Водородно-кислородное пламя имеет синий цвет, в нем нет четко выраженных зон. Такое пламя трудно регулировать, в нем не видны изменения. Все горючие газы, содержащие углеводороды, при сгорании в кислороде образуют пламя, в котором четко различаются три зоны: ядро, средняя - восстановительная - зона и факел (рис. 38). Чем больше углерода в составе горючего газа, тем резче очерчено светящееся ядро пламени. Рассмотрим процессы, происходящие в этих зонах на примере ацетиленокислородного пламени. Выходя из сопла горелки, ацетилен нагревается и частично распадается: С2Н2 = 2С + Н2. При этом образуются твердые частицы углерода, которые, раскаляясь, ярко светятся. Поэтому оболочка ядра - самая яркая зона пламени, хотя ее температура относительно невелика (около 1500 °С). Самая высокая температура создается во второй, средней, зоне пламени. Здесь проходит первая стадия сгорания ацетилена за счет первичного кислорода, поступающего из баллона: 2С + Н2 + 0 2 = 2СО + Н2. ;Ч| В результате этой реакции получается смесь, состоящая на две трети из окиси углерода и одну треть из водорода. Это смесь компонентов, активных по отношению к кислороду, способных восстанавливать металлы из окислов. Поэтому вторую зону и называют восстановительной. В третьей зоне, в факеле пламени, протекает вторая стадия горения ацетилена за счет кислорода воздуха: 2СО + Н2 +1,502 = 2СО + Н20. Двуокись углерода и пары воды при высокой температуре частично диссоциируют (разлагаются). Выделяющийся при этом кислород. Строение сварочного ацетиленокислородного (а), метанокислородного (б), пропан-бутанокислородного (в) пламени и распределение температуры по его длине: А - ядро пламени; В - средняя (восстановительная) зона; С - факел; D - положение свариваемой детали в пламени; / - длина ядра также непосредственно СО и пары воды могут окислять свариваемый металл. Поэтому факел пламени - это окислительная зона. Для полного сгорания одного объема ацетилена требуются два с половиной объема кислорода: один объем его поступает в пламя из кислородного баллона и полтора объема - из воздуха. Пламя, образующееся при сгорании ацетилена в кислороде при подаче их в горелку в соотношении 1:1, называют нормальным. Однако практически для образования нормального пламени это соотношение должно быть 1,05... 1,2, так как за счет кислорода, подаваемого в горелку, сгорает некоторая часть водорода и, кроме того, в кислороде содержатся примеси. Ядро нормального пламени имеет резко очерченную форму, близкую к цилиндрической, плавно закругляющуюся на конце, с ярко светящейся оболочкой. Размеры ядра зависят от расхода горючей смеси и скорости ее истечения, от которой зависит длина / ядра. Его диаметр определяется диаметром канала мундштука горелки, который пропорционален толщине свариваемого материала. При увеличении давления кислорода скорость истечения горючей смеси увеличивается, ядро сварочного пламени удлиняется; при уменьшении скорости истечения - ядро укорачивается. Средняя - восстановительная - зона (рабочая) нормального пламени имеет более темный по сравнению с ядром цвет. Длина ее зависит от номера мундштука (от расхода горючей смеси) и достигает 20 мм. В  точке, отстоящей от конца ядра на 1,5...2 длины ядра (3...6 мм), достигается самая высокая температура пламени - до 3150 °С (см. рис. 38, а). Рассмотренные выше реакции сгорания ацетилена в кислороде имеют место при нормальном пламени. Если соотношение 02/С2Н2 увеличится, например, до 1,5 (в смеси будет избыток кислорода), то первая стадия сгорания, протекающая в средней зоне пламени, может быть выражена реакцией е2Н2 + 1,50г = 2С0 + Н2 + 0,502. В этом случае средняя (рабочая) зона пламени утрачивает восстановительные свойства и становится окислительной. Такое пламя называют окислительным. Ядро окислительного пламени приобретает конусообразную форму и бледную окраску, сокращается его длина, очертания становятся менее резкими. Все пламя становится синевато-фиолетовым, горит с шумом. Длина средней зоны и факела уменьшается. Температура окислительного пламени обычно выше, чем нормального, но избыток кислорода приводит к окислению металла при сварке, шов получается пористым и хрупким. Применять окислительное пламя можно при сварке цветных металлов и их сплавов, имеющих большую теплопроводность, а также при пайке тугоплавкими припоями. При отношении объемов кислорода и ацетилена 0,95 и менее в ядре пламени увеличивается количество свободного углерода. Ядро такого пламени теряет резкость очертаний, на конце его появляется зеленоватый венчик. Средняя - восстановительная - зона (рабочая) становится светлее и почти сливается с ядром, а факел приобретает желтоватую окраску. Такое пламя называют науглероживающим. При большом избытке ацетилена науглераживающее пламя начинает коптить. Находящийся в пламени избыточный углерод легко поглощается расплавленным металлом и ухудшает качество шва. Температура науглераживающего пламени меньше, чем окислительного и нормального. Слегка науглераживающее пламя можно применять при сварке чугуна и при наплавке твердыми сплавами. Аналогичное строение и разновидности имеет пламя, получаемое при сгорании в кислороде газов - заменителей ацетилена. Отличия заключаются в том, что для получения нормального пламени отношение объема кислорода к объему горючего газа должно быть больше, чем для смеси ацетилена с кислородом. Соответственно изменяются и размеры зон пламени (см. рис. 38, б, в).


 

При ручной газопламенной сварке применяют два способа: правый и левый. Сварку левым способом ведут справа налево, сварочное пламя направляют на еще не сваренные кромки деталей, присадочную проволоку перемещают впереди пламени. Этот способ применяют при сварке тонких и легкоплавких метал. Левый (а) и правый (б) способы лов. Кромки деталей перед газопламенной сварки расплавлением подогреваются, их легче оплавлять, сварщик хорошо видит свариваемый стык и ванну. Внешний вид шва получается лучше. Сварку правым способом выполняют слева направо, пламя направляют на уже сваренный шов, присадочную проволоку перемещают вслед за горелкой. Этот способ обеспечивает лучшую защиту сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, так как хвостовая часть ванны и кристаллизующийся металл закрыты восстановительной зоной пламени. Обеспечивается замедленное охлаждение металла в процессе кристаллизации. В результате повышается качество шва. Теплота пламени рассеивается меньше, чем при левом способе. Поэтому угол разделки толстых кромок можно делать не 90°, а 60...70°. Это уменьшает количество наплавляемого металла и коробление деталей, а также увеличивает производительность сварки на 20...25 %. Расход газов при правом способе на 15...20 % меньше, чем при левом. Правый способ применяют при сварке деталей с толщиной кромок более 5 мм и при сварке металлов с большой теплопроводностью. При толщине свариваемых кромок меньше 3 мм производительнее левый способ. Для сварки деталей толщиной более 5 мм правым способом применяют прием, который называют способом сварки пламенем повышенной мощности. Для этого наконечник горелки выбирают мощностью в два раза большей, чем обычно, и устанавливают науглераживающее пламя с избытком ацетилена в 7... 10 %. Кромки нагревают до начала оплавления, при этом их верхний слой обогащается углеродом, что понижает температуру его плавления до 1200 °С. Как только кромки начнут оплавляться (потеть), в их стык вводят нагретую до плавления присадочную проволоку. Жидкий присадочный металл растворяет науглероженный верхний слой кромок и образует сварное соединение. Кромки оплавляются на небольшую глубину, иначе получится хрупкий науглероженный слой металла. Этот прием обеспечивает высокую производительность сварки, но требует высокой квалификации сварщика. Для формирования шва большое значение при любом способе газопламенной сварки имеют траектории движения мундштука горелки и конца присадочной проволоки (рис. 40). Это могут быть поперечные зигзагообразные или спиралеобразные движения, проволока и мундштук могут двигаться одинаково или по-разному, но во всех случаях характер этих движений выбирают таким, чтобы обеспечить равномерное оплавление свариваемых кромок и перемешивание металла ванны. Выбирая движения проволоки и мундштука горелки, управляют формированием шва. К параметрам режима газопламенной сварки относятся: мощность пламени, его состав, диаметр присадочной проволоки, ее расход. Выбор режима сварки зависит от теплофизических свойств металла, размеров и формы свариваемой детали, способа сварки и положения сварного шва в пространстве. Мощность пламени М, л/ч, пропорциональна толщине свариваемого металла S, мм: М - Кт S. Коэффициент пропорциональности Кт - это удельный расход ацетилена в л/ч, необходимый для сварки данного металла толщиной 1 мм. Он установлен опытным путем и равен, например, для углеродистой стали, чугуна и латуни - 100... 130 л/ч, для легированной стали и алюминиевых сплавов - 75 л/ч, для меди - 150...200 л/ч. Определив требуемую мощность пламени, подбирают соответствующий этой мощности наконечник горелки. Состав пламени определяется соотношением расхода кислорода к расходу горючего газа. Его устанавливают по внешнему виду пламени. Диаметр присадочной проволоки d, мм, для сталей можно определять в зависимости от толщины S свариваемых кромок: для левого способа сварки d = (.+1)/2, а для правого - d = SI2. Масса присадочного металла, требуемая для сварки одного погонного метра шва, пропорциональна квадрату толщины кромок: Коэффициент Кп при сварке кромок толщиной до 5 мм принимают для сталей 12, для меди 18, для латуни 16 и для алюминия 6,5. Если толщина кромок больше 5 мм, эти значения КП надо уменьшить на 20...25 %. Вытекающая из мундштука горелки газовая смесь оказывает механическое давление на сварочную ванну и влияет на форму шва, оттесняя металл к краям ванны и отбрасывая его в хвостовую часть. При большой мощности пламени скорость истечения газа из мундштука большая, пламя становится жестким, металл может выдуваться из ванны, шов ослабляется, могут быть подрезы. Слишком мягкое пламя может привести к Рис. 41. Выбор наклона обратным ударам. мундштука горелки Кроме скорости истечения газа давление в зависимости от пламени на ванну зависит от угла на толщины свариваемой клона горелки к поверхности свариваемой детали. Этот угол выбирают в зависимости от толщины свариваемых кромок (рис. 41). Чем он больше, тем больше давление и тем быстрее прогреваются кромки. Поэтому сварку тонких листов нужно производить с малым углом наклона, толстых - увеличивая этот угол. Наклон присадочной проволоки обычно составляет 30...40° к поверхности детали. Конец проволоки из пламени при сварке выносить нельзя. Это увеличит окисление металла. Пламя горелки нужно направлять на стык деталей так, чтобы свариваемые кромки находились в восстановительной зоне пламени. Ядро пламени не должно касаться металла - это вызовет науглераживание шва и может привести к обратным ударам. Собранные детали с предварительно зачищенными кромками соединяют короткими швами - прихватками, чтобы зафиксировать детали в заданном положении и обеспечить постоянный и равномерный зазор между ними. Прихватки в зависимости от толщины соединяемых кромок могут иметь длину от 5 до 30 мм, шаг прихваток может быть от 50 до 500 мм. Выполняют их на тех же режимах, что и сварку. Во время сварки во избежание непроваров нужно тщательно разваривать прихваточные швы. При сварке длинных прямолинейных швов в любом пространственном положении для уменьшения деформаций применяют ступенчатую и обратноступенчатую Рис. 42. Порядок наложения сварку. Для этого стык деталей длинных швов при сварке листов: разбивают на участки, которые а - обратноступенчатая сварка сваривают в заданной последовательности от кромки; б - ступенчатая сварка. При сварке от середины; 1...4- порядок каждого последующего участка наложения участков шва а - сверху вниз; б -снизу вверх; г - сварка двойным швом предыдущий перекрывают на 10...20 мм. Нижние швы выполняют без затруднений любым способом. Это положение обеспечивает хорошее формирование шва за счет силы тяжести. Вертикальные швы при малой толщине кромок выполняют сверху вниз правым и снизу вверх левым способом (рис. 43). При сварке металла толщиной до 20 мм вертикальные швы можно выполнять двойным валиком по зазору, равному половине толщины металла без разделки кромок. Процесс ведут снизу вверх два сварщика. Горизонтальные швы выполняют правым способом. Мундштук горелки располагают снизу, а присадку - сверху ванны, которая формируется под углом к оси шва. Это помогает удерживать металл ванны от стекания. Труднее сваривать потолочные швы. В этом случае надо нагреть кромки деталей до начала оплавления и в этот момент ввести в образующуюся ванну присадочную проволоку. Ее конец быстро оплавляется. Металл удерживается в ванне давлением газов пламени. Многослойная сварка деталей толщиной более 5 мм при любом пространственном положении стыка дает меньшую зону нагрева, обеспечивает отжиг нижележащих слоев. Выполнять многослойный шов лучше короткими участками, стыки валиков в различных слоях не должны совпадать. Каждый предыдущий слой перед наплавкой последующего нужно зачищать.

Газопламенной сварке подвергают детали из серого чугуна. В нем углерод находится в форме пластинчатого графита и только часть его - в виде цементита Fe3C. Это делает его менее хрупким. Газопламенную сварку чугуна в основном применяют для ремонта литых изделий. Одна из главных трудностей сварки чугуна - возможность его отбеливания и появления структур закалки из-за быстрого охлаждения после сварки. В местах закалки и отбеливания металл имеет высокую твердость и плохо обрабатывается. Чугун малопластичен, при сварке склонен к трещинам, быстро кристаллизуется, поэтому газы не успевают выходить из ванны - образуются поры. Перед сваркой чугунные изделия подогревают до температуры 300...400 °С (горячая сварка) в печи или газовой горелкой. Можно сваривать и без подогрева (холодная сварка), но тогда отбеливания не избежать. В качестве присадочного материала применяют чугунные прутки длиной 400...700 мм и диаметром 6... 12 мм. Чтобы в наплавленном металле образовалась структура серого чугуна, в присадке должно быть 3...3,5 % кремния. В качестве флюса применяют буру. Сваривают чугун нормальным пламенем мощностью 100...120 л/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Чтобы избежать пористости и зашлаковок, нужно перемешивать сварочную ванну концом присадочного прутка. После сварки надо обеспечить медленное охлаждение чугунной детали. Лучше отжигать детали в печи, охлаждая их вместе с печью. Можно засыпать горячие после сварки детали асбестом или древесным углем - это замедляет их охлаждение. При горячей сварке с помощью замедленного охлаждения удается получать качественные швы со структурой серого чугуна. Чугун с помощью газового пламени можно паять латунью Л62. Этот процесс называют также сварко-пайкой. Паять можно без предварительного подогрева или с местным подогревом зоны соединения. Применяют пламя с небольшими избытком кислорода мощностью 75 л/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Кромки детали нагревают до красного каления, а затем на них наносят флюс из 70 % прокаленной буры, 20 % поваренной соли и 10 % борной кислоты. Можно применять только буру или ее смесь с борной кислотой в равных количествах. После этого присадочным прутком натирают кромки, чтоб залудить их, а затем заполняют расплавленной латунью разделку или зазор. Вместо латуни можно применять проволоку из электролитической меди. Медь и ее сплавы также можно сваривать газовым пламенем. Медь имеет высокую теплопроводность и поэтому требует большого расхода тепла. При толщине кромок детали более 5 мм лучше применять предварительный подогрев. Сваривают медь нормальным пламенем с 11 мощностью 150...200 л/ч ацетилена на 1 мм толщины детали. Прихватывать деталь нельзя, так как при сварке места прихваток перегреваются, металл становится хрупким, возможны трещины. Присадочный ^ материал - медная проволока марок Ml или М2. Для толщины кромок более 5 мм лучше, если в проволоке будет до 0,2 % фосфора и 0,2...0,3 % кремния, которые хорошо раскисляют медь. Перед сваркой на кромки наносят флюс - смесь буры с борной кислотой, а в процессе 5 сварки в этот флюс периодически опускают нагретый конец присадочной проволоки. Сварку надо вести быстро, не допуская перерывов при наложении шва. Ядро пламени должно быть на расстоянии I 3...6 мм от поверхности сварочной ванны. Мундштук горелки должен быть почти под прямым углом к поверхности детали. Медь жидкотекуча, поэтому для предупреждения вытекания металла из зазора с обратной стороны стыка деталей нужно устанавливать прокладки из нетеплопроводного материала, например из графита, керамики. При сварке латуни главная трудность - испарение входящего в ее состав цинка. Пары цинка ядовиты, выходя из металла ванны вместе с водородом, образуют поры. Латунь склонна к горячим трещинам. Сваривают латунь окислительным пламенем (до 30...40 % избытка кислорода), мощностью 100... 120 л/ч ацетилена на 1 мм толщины детали. Избыточный кислород образует на поверхности ванны пленку из окиси цинка, которая мешает испарению цинка. Кроме того, кислород связывает водород в пламени, он меньше растворяется в металле. Относительно низкая мощность пламени уменьшает перегрев металла и испарение цинка. Для этого же ядро пламени должно быть на расстоянии 10... 15 мм от сварочной ванны. Пламя нужно направлять на присадку, в качестве которой применяют проволоку из латуни J1K62-05. Диаметр ее выбирают равным толщине металла, но не более 9 мм. При сварке применяют такие же флюсы, как и для меди. Сварку латуни нужно вести быстро, без перерывов, в один проход. Бронзу сваривают газопламенной сваркой, в основном при исправлении дефектов литья. Главная трудность при этом - выгорание олова щ и других легирующих элементов. Горячая бронза малопрочна и хрупка, поэтому детали при сварке надо хорошо закреплять. Присадочный металл - литые бронзовые стержни диаметром 5...8 мм и длиной 400...500 мм, близкие по химическому составу свариваемому металлу. Сварку ведут с такими же флюсами, как для меди, пламя применяют нормальное с мощностью 125... 175 л/ч ацетилена на 1 мм толщины детали. Чтобы не было трещин, перед сваркой детали нагревают до температуры 450 °С. Оловянистые и малокремнистые бронзы после сварки отжигают при температуре 450...500 °С. Детали из никеля и его сплавов сваривают нормальным или слегка науглераживающим пламенем мощностью 140...200 л/ч ацетилена на -7П 1 мм толщины металла. Сварку ведут правым способом восстановительной зоной пламени, расстояние от конца ядра до поверхности металла 3...4 мм. Диаметр проволоки принимают равным половине толщины металла. Сваривать никель можно без флюса, но для ответственных деталей применяют флюс, состоящий из 30 % буры, 50 % борной кислоты и по 10 % хлористого натрия и фтористого калия. Можно применять только буру или ее смесь с борной кислотой. Свинец имеет низкую температуру плавления (327 °С), но образует окисел РЬО, плавящийся при температуре 850 °С. Это создает основную трудность при сварке. Газопламенную сварку свинца ведут левым способом при мощности пламени 15...20 л/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. В качестве присадочного металла применяют полоски свинца или проволоку диаметром от 3 мм при толщине кромок деталей 0,8...1,2 мм до 10... 12 мм при толщине кромок 4...8 мм. Для удаления окисной пленки применяют флюс, состоящий из равных частей канифоли и стеарина.


 

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ГАЗОВОЙ СВАРКИ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НЕЕ

Общие сведения Горючие газы. При газопламенной обработке (сварке, резке, поверхностной обработке, пайке) в качестве источника оплоты используется газовое пламя — пламя горючего газа, сжигаемого для этой цели в кислороде в специальных горелках. В качестве горючих газов используют ацетилен, водород, природные газы, нефтяной газ, пары бензина, керосина и др. Наиболее высокую температуру по сравнению с пламенем других газов имеет ацетилено-кислородное пламя, поэтому оно нашло наибольшее применение (табл. 3).

Основным сырьем для получения ацетилена является карбид кальция. Карбид кальция — химическое соединение кальция с углеродом (СаС2). Его получают в электрических дуговых печах при температуре 1900—2300° С сплавлением кокса (С) с негашеной известью (СаО) по реакции СаО+ЗС=СаС2+СО. Расплавленный карбид кальция сливают из печи в специальные изложницы, в которых он остывает и затвердевает, после чего его дробят и сортируют по кускам от 2 до 80 мм. Так как карбид кальция активно взаимодействует с водой и интенсивно поглощает влагу из воздуха и разлагается, его упаковывают в специальные герметичные барабаны из кровельной стали вместимостью 100 и 130 кг. Ацетилен (С2Н2) является химическим соединением углерода и водорода. Его получают в специальных аппаратах — ацетиленовых генераторах при взаимодействии воды с карбидом кальция (CaQ). Реакция разложения карбида кальция с образованием газообразного ацетилена и гашеной извести протекает бурно со значительным выделением теплоты Q: CaC2+2H20=C2H2+Ca(0H)2+Q. При разложении 1 кг карбида кальцйя образуется 0,25—0,3 м8 ацетилена. Теоретически для разложения 1 кг карбида кальция требуется 0,562 кг воды, практически берут от 5 до 20 кг воды для разложения и охлаждения. Ацетилен (С2Н2) при нормальных условиях (температура 20°С, давление 760 мм рт. ст.) представляет собой бесцветный газ с резким специфическим чесночным запахом. Ацетилен легче воздуха — 1 м3 ацетилена при нормальных условиях имеет массу 1,09 кг. Ацетилен взрывоопасен, с воздухом он образует взрывоопасные смеси в пределах от 2,2 до 81 % .по объему (ацетилена) при нормальном атмосферном давлении, с кислородом — от 2,3 до 93%. Наиболее взрывоопасны смеси, содержащие 7—13% ацетилена. Температура самовоспламенения ацетилена колеблется в пределах 500—600°С при давлении 0,2 МПа, при давлении 2,2 МПа — 350°С, присутствие окислов меди снижает температуру воспламенения до 240° С. Взрывоопасность ацетилена понижается при растворении в жидкостях. Очень хорошо он растворяется в ацетоне. При нормальных условиях в одном объеме технического ацетона растворяется до 20 объемов ацетилена. Растворимость ацетилена в ацетоне увеличивается с увеличением давления и понижением температуры. К месту сварки ацетилен доставляется в специальных стальных баллонах, заполненных пористой пропитанной ацетоном массой, под давлением 1,9 МПа. Наряду с получением из карбида кальция ацетилен получают также из природного газа, нефти, угля, что дешевле на 30—40%. Ацетилен, полученный из природного газа, называется пиролизным. Кроме ацетилена при резке, а также при сварке, пайке, наплавке, газопламенной закалке, металлизации применяют и другие более дешевые и менее дефицитные горючие газы и пары жидкостей (табл. 3). При кислородной резке используют горючие газы, которые при сгорании в смеси с кислородом дают пламя с температурой не ниже 2000°С. Применение газов-заменителей дает более высокую чистоту реза при резке металлов малых толщин. При сварке температура пламени газа-заменителя должна примерно вдвое превышать температуру плавления свариваемого металла. Наряду с температурой пламени выбор горючего газа зависит от его теплотворной способности. Теплотвор ной способностью газа называется количество теплоты в джоулях (килокалориях), получаемое при полном сгорании 1 м3 газа. Для расчетов замены ацетилена другим газом-заменителем пользуются коэффициентом замены ацетилена. Коэффициентом замены ацетилена (.) называется отношение расхода газа-заменителя (V3) к расходу ацетилена (Va) при одинаковой эффективной тепловой мощности <?*: V=VJVa. Эффективной тепловой мощностью пламени называется количество теплоты, вводимой в нагреваемый металл в единицу времени. Чем выше теплотворная способность газа и температура пламени, тем выше его эффективная мощность, тем меньше расход газа при сварке и резке. "Основные свойства горючих газов и жидкостей и области их применения приведены в табл. 3. Водород (Н2) — горючий газ без цвета и запаха, в 14,5 легче воздуха, взрывоопасен, получают разложением воды электрическим током. Коксовый газ — бесцветный газ с запахом сероводорода получают при выработке кокса из каменного угля и состоит из смеси горючих продуктов: водорода, метана и других непредельных углеводородов. Городской газ — смесь горючих газов (в процентах по объему): метана — 70—95, водорода — до 25, тяжелых углеводородов — 1, азота — до 3, окиси углерода — до 3, двуокиси углерода — до 1. Пропан-бутановые смеси — смеси, состоящие в основном из пропана (С3Н8) и бутана (С4Н10), бесцветные газы, без запаха, обладают самой большой теплотворной способностью. Бензин и керосин — продукты переработки нефти, бесцветные легкоиспаряющиеся жидкости. Кислоро д при нормальных условиях — это бесцветный негорючий газ, не имеющий запаха, немного тяжелее воздуха, 1 м3 его массы равен 1,33 кг. Кислород имеет высокую химическую активность, образуя соединения со всеми элементами (кроме инертных газов), он активно поддерживает горение с выделением большого количества теплоты. Кислород получают из воздуха в специальных установках. Атмосферный воздух представляет собой смесь, содержащую по объему: азота — 78,08%, кислорода — 20,95, инертные газы — 0,94%, остальные — углекислый газ, водород и другие газы. Перерабатываемый воздух, проходя через фильтры, очищается от вредных примесей, пыли, углекислоты, осушается, затем сжимается компрессором до давления 20 МПа, после чего охлаждается в теплообменниках до сжижения. Разделение воздуха на азот,* кислород и инертные газы (аргон, гелий) основано на разнице температур их кипения и испарения: температура кипения жидкого азота — 196°С, а жидкого кислорода — 182,9°С при нормальном атмосферном давлении. При испарении сначала в газообразную фазу будет переходить азот, так как он имеет более низкую по сравнению с кислородом температуру кипения, а остающаяся жидкость будет обогащаться кислородом. Отделенный от азота кислород перекачивается в газгольдеры, из которых и наполняются кислородные баллоны до давления 15 МПа. К месту сварки кислород доставляется или в газообразном состоянии в кислородных баллонах, или в жидком виде в специальных сосудах с хорошей теплоизоляцией. Для превращения жидкого кислорода в газ используются газификаторы и насосы с испарителями для жидкого кислорода. К рабочим постам газ в этом случае поставляется по системе газопроводов. При нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С 1 дм3 жидкого кислорода при испарении дает 860 дм3 газообразного. Поэтому доставка кислорода в жидком состоянии позволяет примерно в 10 раз уменьшить массу тары, экономить металл на изготовление баллонов, уменьшать расходы на их транспортировку и хранение. Для сварки и резки по ГОСТ 5583—-78 технический кислород выпускается трех сортов: 1-й чистотой не менее 99,7%, 2-й — не менее 99,5, 3-й — не менее 99,2% по объему. Чистота кислорода имеет большое значение для кислородной резки. Чем чище кислород, тем выше скорость реза, чище кромки и меньше расход кислорода. Газовое пламя. Ацетилено-кислородное пламя состоит из трех зон (рис. 32): ядра пламени средней восстановительной зоны 2, факела пламени — окислительной зоны 3. Ядро представляет собой газовую смесь СИЛЬНО нагретого кислорода И диссоциированного (разложенного) ацетилена —2С+Н 2+0 2, ядро выделяется резким очертанием и ярким свечением. Горение начинается на внешней оболочке ядра и продолжается во второй зоне. В зоне 2 происходит первая стадия сгорания ацетилена за счет кислорода, поступающего из баллона по реакции 2С+Н 2 +0 2 -> —>-2СО+Н2. Углерод сгорает не полностью, а водород, как имеющий меньшее сродство к кислороду по сравнению с углеродом, в этой зоне не окисляется (не сгорает). Зона 2, имеющая самую высокою температуру и обладающая восстановительными свойствами, называется сварочной или рабочей зоной. В зоне 3 (факеле) протекает вторая стадия горения ацетилена за счет атмосферного кислорода по реакции 2СО+ +Н2+3/202=2С02+Н20. Углекислый газ и пары воды при высоких температурах окисляют железо, поэтому эту зону называют окислительной. Для полного сгорания одного объема ацетилена требуется два с половиной объема кислорода: один объем поступает из кислородного баллона и полтора объема — из воздуха. Для полного сгорания одинакового объема различных газов требуется различное количество кислорода (см. табл. 3). Газовое пламя нагревает металл вследствие процессов теплообмена — вынужденной конвекции и излучения. Тепловые характеристики газового пламени (температура, эффективная тепловая мощность, распределение теплового потока пламени по пятну нагрева) зависят от теплотворной способности горючего газа, чистоты кислорода и их соотношения в смеси. Температура газового пламени (°С) неодинакова в различных его частях и достигает наибольшего значения на оси пламени, вблизи конца ядра. Тепловую мощность газового пламени, получаемого в сварочных горелках, условно оценивают часовым расходом ацетилена (л/ч). Эффективная мощность пламени т. е. количество теплоты, вводимой в нагреваемый металл в единицу времени, возрастает с увеличением расхода газа. Эффективный к. п. д. процесса нагрева металла газовым пламенем, определяемый как отношение эффективной мощности </и к полной мощности пламени q, равен rjH== =clJcI=clJ(kVa)> где kVa — полная тепловая мощность ацетилено-кислородного пламени; k — коэффициент, «0,84; г]й зависит от мощности пламени и меняется в пределах от 0,8 (малая мощность) до 0,25 (большая мощность). Газовое пламя является рассредоточенным источником теплоты. Наибольший тепловой поток на оси ацетиленокислородного пламени обычной сварочной горелки в 8—12 раз меньше, чем у открытой сварочной дуги примерно одинаковой эффективной мощности, поэтому газовое пламя нагревает металл медленнее и плавнее, чем сварочная дуга (см. табл. 1).


 

Сущность газовой сварки

Газовая сварка — это сварка плавлением, при которой металл в зоне соединения нагревают до расплавления газовым пламенем (рис. 33). При нагреве газовым пламенем 4 кромки свариваемых заготовок 1 расплавляются вместе с присадочным металлом 2, который может дополнительно вводиться в пламя горелки 3. После затвердевания жидкого металла образуется сварной шов. К преимуществам газовой сварки относятся: простота способа, несложность оборудования, отсутствие источника электрической энергии . Оборудование поста для газовой сварки показано на рис. 34. К недостаткам газовой сварки относятся: меньшая производительность, сложность механизации, большая зона нагрева и более низкие механические свойства сварных соединений, чем при дуговой сварке. Газовую сварку используют при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали толщиной 1—3 мм, сварке чугуна, алюминия, меди, латуни, наплавке твердых сплавов, исправлении дефектов литья и др. Параметры режима. В зависимости от свариваемого материала, его толщины и типа изделия выбирают следующие основные параметры режима сварки: мощность сварочного пламени, вид пламени, марку и диаметр присадочной проволоки, флюс, способ и технику сварки. Тепловую мощность сварочного пламени определяют расходом ацетилена, проходящего за один час через горелку. Она регулируется сменными наконечниками горелки (номером наконечника). Мощность определяют по эмпирической формуле Qa=AS, где Qa — расход ацетилена, дм8; S — толщина металла, мм; А — коэффициент, определяемый опытным путем, дм3/(ч -мм); для углеродистых сталей Л = 100—130, для меди — 150, для алюминия — 75. Для сварки различных металлов требуется определенный вид пламени — нормальное ($==V0JVc2н2=1—1,3), окислительное (Р>1,3) или науглероживающее (Р<С1). Газосварщик устанавливает и регулирует вид сварочного пламени на глаз. Нормальным пламенем сваривают большинство сталей. Окислительным пламенем, которое имеет голубоватый оттенок и заостренную форму ядра, используют при сварке латуни. Науглероживающее пламя, которое становится коптящим, удлиняется и имеет красноватый оттенок, используют в основном для сварки чугуна для компенсации выгорающего при сварке углерода. Перед сваркой кромки соединяемых элементов и примыкающие к ним поверхности на участке 20—40 мм (с каждой стороны) должны быть зачищены до металлического блеска от ржавчины, масла и других загрязнений металлическими или круглыми приводными щетками, иногда напильниками или наждачной бумагой. При сварке ответственных деталей применяют пескоструйную или дробеструйную обработку, механический режущий инструмент, реже — химическую очистку специальными пастами на кислотной основе. Присадочный материал для газовой сварки применяют в виде проволоки, литых прутков и гранулированного порошкообразного металла (при наплавке твердыми сплавами). Сварочная проволока для газовой сварки и наплавки поставляется по тем же техническим условиям, что и для дуговой сварки: стальная сварочная проволока из низкоуглеродистых, легированных и высоколегированных сталей — по ГОСТ 2246—70; сварочная проволока из алюминия и алюминиевых сплавов — по ГОСТ 7871—75, сварочная проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе — по ГОСТ 16130—72. Прутки чугунные для сварки и наплавки выпускаются по ГОСТ 2671—70 и в зависимости от назначения изготовляются следующих марок: А — для горячей газовой сварки (с общим подогревом изделия); Б — для газовой сварки с местным подогревом и для электродных стержней; НЧ-1 и НЧ-2 для низкотемпературной газовой сварки толстостенных отливок; БЧ и ХЧ — для износостойкой наплавки. Для защиты расплавленного металла от окисления и удаления образующихся окислов при газовой сварке применяют легкоплавкие сварочные флюсы. Флюсы можно вводить в сварочную ванну различными способами: подсыпать в зону сварки рукой, ложечкой; составлять пасты и наносить их на кромки свариваемых деталей и присадочный материал; вводить в порошкообразном и газообразном виде непосредственно в сварочное пламя через горелку. В качестве флюсов используют буру, борную кислоту, , окислы и соли бария, калия, лития, натрия, фтора и др. Например, при сварке чугуна чаще всего в качестве флюса используют порошкообразную прокаленную буру (Na2B407) или смесь ее с другими легкоплавкими солями щелочных металлов. Бура при разложении в зоне сварки выделяет Na20 и В203, которые активно взаимодействуют с окислами, переводя их в шлак. При сварке алюминия и его сплавов применяют флюс марки АФ-4а, содержащий 50% хлористого калия, 14% хлористого лития, 8% фтористого натрия и 28% хлористого натрия. Флюс разводят дистиллированной водой и наносят на свариваемые кромки и присадочный пруток в виде пасты. При сварке меди и ее сплавов наряду с порошкообразными флюсами на основе буры хорошее качество достигается применением флюса БМ-1, состоящего из 25% метилового спирта и 75% метилбората, или флюса БМ-2, состоящего из одного метилбората В(СН30)~ Эти флюсы вводятся в сварочную ванну в виде паров вместе с ацетиленом с помощью специального флюсопитателя, через который пропускается ацетилен перед поступлением в горелку. В пламени флюс сгорает по реакции 2В(СН30)3+202=В203+2С02+ЗН20. Борный ангидрид В203 является флюсующим веществом. Ориентировочные расходы газов при сварке газовыми горелками различной мощности приведены в табл. 4. Техника сварки. В практике применяют два способа сварки — правый и левый (см. рис. 33). При правом способе сварку ведут слева направо, сварочное пламя направляют на сваренный участок шва, а присадочную проволоку перемещают вслед за горелкой. Так как при правом способе пламя направлено на сваренный шов, то обеспечиваются лучшая защита сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, большая глубина проплавления, замедленное охлаждение металла шва в процессе кристаллизации. Теплота пламени рассеивается меньше, чем при левом способе, поэтому угол разделки кромок делается не 90 а 60—70°, что уменьшает количество наплавленного металла и коробление. При правом способе производительность на 20—25% выше, а расход газов на 15—20% меньше, чем при левом. Правый способ целесообразно применять при сварке металла толщиной более 5 мм и металлов с большой теплопроводностью. При левом способе сварку ведут справа налево, сварочное пламя направляют на еще не сваренные кромки металла, а присадочную проволоку перемещают впереди пламени. При левом способе сварщик хорошо видит свариваемый металл, поэтому внешний вид шва лучше, чем при правом способе; предварительный подогрев кромок свариваемого металла обеспечивает хорошее перемешивание сварочной ванны. Благодаря этим свойствам левый способ наиболее распространен и применяется для сварки тонколистовых материалов и легкоплавких металлов. Мощность сварочной горелки при правом способе выбирают из расчета 120—150 дм3/ч ацетилена, а при левом — 100—130 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла. Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. При правом способе сварки диаметр присадочной проволоки d=SI2 мм, но не более 6 мм, при левом d=S/2+1 мм, где S — толщина свариваемого металла, мм. Скорость нагрева регулируют изменением угла наклона а мундштука к поверхности свариваемого металла (рис. 35, а). Чем толще металл и больше его теплопроводность, тем больше угол наклона мундштука к поверхности свариваемого металла. В процессе сварки газосварщик концом мундштука горелки совершает одновременно два движения: поперечное (перпендикулярно оси шва) и продольное (вдоль оси шва; рис. 35). Основным является продольное движение. Поперечное движение служит для равномерного прогрева кромок основного металла и получения шва необходимой ширины. Газовой сваркой можно выполнять нижние, горизонтальные (на вертикальной плоскости), вертикальные и потолочные швы. Горизонтальные и потолочные швы обычно выполняют правым способом сварки, вертикальные снизу вверх — левым способом. Наплавку газокислородным пламене м применяют редко из-за относительно больших деформаций наплавляемых деталей. Газокислородное пламя используют главным образом для наплавки литыми твердыми сплавами. § 16. Технология кислородной резки Сущность кислородной резки. Кислородной резкой называют способ разделения металла, основанный на исполь зовании для его нагрева до температуры воспламенениятеплоты газового пламени и экзотермической (с выделением теплоты) реакции окисления металла, а для удаления окислов — кинетической энергии режущего кислорода. По характеру и направленности кислородной струи различают три основных вида резки: разделительная, при которой образуются сквозные разрезы; поверхностная, при которой снимается поверхностный слой металла; кислородным копьем, заключающаяся в прожигании в металле глубоких отверстий. На рис. 36 показана схема разделительной резки. Металл 3 нагревается в начальной точке реза до температуры воспламенения (в кислороде для стали до 1000—1200°С) подогревающим ацетилено-кислородным пламенем 2, затем направляется струя режущего кислорода /, и нагретый металл начинает гореть с выделением значительного количества теплоты по реакции 2Fe+20 2=Fe304+Q. Теплота от горения железа Q вместе с подогревающим пламенем разогревает лежащие ниже слои и распространя ется на всю толщину металла. Чем меньше толщина разрезаемого металла, тем больше роль подогревающего пламени (при толщине 5 мм — до 80% общего количества теплоты, выделяемой при резке, при толщине более 50 мм — только 10%). Образующиеся окислы 5, а также частично расплавленный металл удаляются из зоны реза 4 под действием кинетической энергии струи кислорода. Непрерывный подвод теплоты и режущего кислорода обеспечивают непрерывность процесса. Условия резки и разрезаемость.


 

Для обеспечения нормального процесса резки должны быть выполнены следующие условия:

1. Источник теплоты должен иметь необходимую мощность, чтобы обеспечить нагрев металла до требуемой температуры реакции сгорания металла, а количество теплоты, выделяющейся при сгорании металла в кислородной струе, должно быть достаточным для поддержания непрерывного процесса резки.

2. Температура плавления металла должна быть выше температуры его окисления (горения) в кислороде, иначе металл при нагреве будет плавиться и принудительно удаляться из разреза без характерного для процесса резки окисления, являющегося главным источником теплоты.

3. Температура плавления металла должна быть выше температуры плавления образующихся в процессе резки окислов, иначе тугоплавкие окислы изолируют металл от контакта с кислородом и затруднят процесс резки.

4. Образующиеся окислы и шлак должны быть жидкотекучими и легко выдуваться струей режущего кислорода, иначе контакт кислорода с жидким металлом будет замедлен или вовсе невозможен. Всем перечисленным условиям удовлетворяет углеродистая сталь, поэтому ее можно резать кислородом.

Первому условию при газовой резке не удовлетворяет медь в связи с ее высокой теплопроводностью, сильно затрудняющей начало процесса резки, и низким тепловыделением при окислении. Поэтому мощности газовых резаков недостаточно для резки меди, и медь можно резать, применяя более мощный тепловой источник — электрическую дугу. Второму и четвертому условию не удовлетворяет чугун. По мере повышения содержания углерода в железе процесс резки значительно ухудшается из-за снижения температуры плавления и повышения температуры воспламенения. Чугун, содержащий более 1,7% углерода, кислородной резкой не обрабатывается. Кроме того, вязкость шлака значительно возрастает при увеличении содержания кремния, который обязательно содержится в чугуне, что также является одной из причин невозможности вести кислородную резку чугуна. Третье условие не удовлетворяется при резке алюминия, магния и их сплавов, а также сталей с большим содержанием хрома и никеля. При нагревании этих сплавов в процессе резки на их поверхности образуется пленка тугоплавкого окисла, препятствующая поступлению кислорода к неокисленному металлу. Основные параметры кислородной разделительной резки: характеристики подогревающего пламени — мощность, горючий газ, соотношение смеси горючего газа и кислорода; характеристики струи режущего кислорода — давление, расход, форма, чистота, скорость резки. Подогревающее пламя имеет при резке нейтральный характер (0=1,1 для ацетилена, (3=3,5 для пропан-бутановой смеси). Мощность подогревающего пламени увеличивают с увеличением толщины разрезаемого металла. Режимы ручной резки листового проката приведены в табл. 5, машинной — в табл. 6. Качество кислородной резки. Качество резки характеризуется точностью траектории и качеством поверхности реза. Наименьшие отклонения траектории (линии) реза от заданной получаются при резке на машинах с программным, фотоэлектронным и электромагнитным управлением, наибольшие — при ручной резке без направляющих приспособлений. Величина отклонений зависит от длины, толщины, состояния поверхности листа, формы вырезаемой заготовки, квалификации резчика.

Качество реза характеризуется неперпендикулярностью и шероховатостью его поверхности, равномерностью ширины реза, наличием подплавления верхней кромки и грата на нижней кромке (рис. 37, а). Неперпендикулярность поверхности реза образуется при изменении угла наклона резака к поверхности листа, а также от расширения режущей струи кислорода при выходе ее из реза. Шероховатость поверхности реза определяется количеством и глубиной бороздок, оставляемых режущей струей кислорода (рис. 37, в). Бороздки имеют обычно криволинейное очертание из-за отставания А от оси мундштука режущей струи кислорода (рис. 37, б). Чем больше толщина металла, меньше чистота кислорода, тем больше отставание". Обычно отставание составляет от 1 до 15 мм при прямолинейной резке листов толщины от 5 до 200 мм. Глубина бороздок зависит от давления кислорода, скорости резки, равномерности перемещения резака и состава горючего. Величина оплавления кромок находится в прямой зависимости от мощности подогревающего пламени и в обратной — от скорости резки. ГОСТ 14792—80 устанавливает три класса качества при машинной резке: 1-й класс— высший, 2-й класс — повышенный, 3-й класс — обычный. Для каждого класса установлены предельные допуски на неперпендикулярность поверхности, на шероховатость и отклонения от линии реза. Для повышения производительности и качества реза применяют ряд разновидностей кислородной разделительной резки. Скоростная кислородная резка достигается за счет наклона резака на 45° в сторону, обратную направлению перемещения. Скорость резки листовой стали толщиной 3—20 мм повышается в 2—3 раза, но ухудшается качество реза. Высококачественная скоростная кислородная резка (смыв-процесс) позволяет увеличить и скорость (в 1,5—2,5 раза) и качество резки. Первое достигается за счет острого угла наклона резака — 25°, второе — применением специальных мундштуков, имеющих три отверстия для режущего кислорода, расположенных по углам равнобедренного треугольника. Впереди перемещается основная режущая струя, которая осуществляет резку металла на всю толщину. Две другие струи, расположенные по бокам и сзади основной, «защищают» горячие кромки, образованные основной струей. Недостатком способа с острым углом является невозможность фигурных резов и большая ширина реза. Резка кислородом высокого давления до 5 МПа обеспечивает увеличение скорости резки металла толщиной до 50 мм на 30—50%. Стали толщиной до 300 мм разрезают обычными универсальными резаками. Сварка сталей большой толщины связана с дополнительными трудностями: необходимостью применения высоких давлений кислорода, трудностью прогрева нижних слоев металла и удаления шлака на большом расстоянии от резака. Поэтому стали большой толщины (свыше 300 мм) режут специальными резаками, мундштуки которых имеют увеличенные по сравнению с универсальными резаками проходные сечения для режущего кислорода. Применяют науглероживающее подогревающее пламя, так как в этом случае оно будет более длинным. Кислородно-флюсовая резка. Для резки хромистых, хромоникелевых нержавеющих сталей, чугуна и цветных металлов, которые не удовлетворяют условиям кислородной резки, применяют способ кислородно-флюсовой резки, сущность которого заключается в том, что в зону реза вместе с режущим кислородом вводится специальный порошкообразный флюс, при сгорании которого выделяется дополнительная теплота и повышается-температура в зоне реза. Кроме того, продукты сгорания флюса, взаимодействуя с тугоплавкими окислами, образуют жидкотекучие шлаки, которые легко удаляются из зоны реза, не препятствуя нормальному протеканию процесса. Основным компонентом порошкообразных флюсов, применяемых при резке металлов, является железный порошок, который, сгорая, выделяет большое количество теплоты (около 1800 ккал/кг). Лучшие результаты при сварке нержавеющих сталей достигаются при добавлении к железному порошку 10—15% алюминиевого порошка. Для поверхностной и разделительной резки нержавеющих сталей используют в качестве флюса смесь алюминиево-магниевого порошка с ферросилицием или силикокальцием. Алюминиево-магниевый порошок, входящий во флюсовую смесь, сгорая в струе кислорода, повышает температуру пламени, а ферросилиций или силикокальций действует на окислы хрома как флюсующая добавка. Основная задача флюса при резке чугуна состоит в разбавлении флюса железом в области реза, снижении в сплаве содержания углерода, а также разжижении шлака, в котором содержится много кислорода. В состав флюсов для резки чугуна входят железный и алюминиевый порошки, кварцевый песок и феррофосфор. Цветные металлы и сплавы подвергаются кислородно- флюсовой резке только с применением флюсов. Составы флюсов для кислородно-флюсовой резки приведены в табл. 7., нагревается перемещающимся нагретым шлаком (рис. 38).


 

Резку кислородным копьем выполняют тонкостенной стальной трубкой (копьем) с наружным диаметром 20—35 мм. Трубку подсоединяют к рукоятке с вентилем для кислорода и по ней подают кислород к месту реза. До начала резки конец трубки нагревают газовой горелкой или электрической дугой до температуры воспламенения. Кислородное копье горящим концом прижимают с достаточно большим усилием к изделию (металл, бетон, железобетон) и прожигают таким образом отверстие. Образуемые в процессе прожигания отверстия шлаки давлением кислорода и газов выносятся наружу в зазор между копьем и стенкой прожигаемого отверстия. Этому процессу способствуют возвратно-поступательные и вращательные движения копьем.

Рузка кислородным копьем

Дуговые и лучевые виды резки металлов
Интенсивный нагрев металла электрической дугой успешно используется в технике не только для сварки, но и для резки металла. Нашли применение следующие способы дуговой резки: ручная дуговая резка неплавящимся и плавящимся покрытыми электродами, используемыми при сварке; воздушно-дуговая резка; кислородно-дуговая резка; резка сжатой дугой. Ручную дуговую резку неплавящимся и плавящимся электродами используют как вспомогательную операцию. При дуговой резке неплавящимся электродом применяют угольные и графитовые электроды. Резка обеспечивается за счет выплавления металла из зоны реза, а не за счет его сгорания в струе кислорода, как при газовой резке. Благодаря высокой температуре нагрева могут резаться материалы, не подвергающиеся кислородной резке (чугун, высоколегированные стали, цветные металлы). Применяют постоянный и переменный ток максимальной мощности. Для этого способа характерна очень малая точность и чистота реза. При дуговой сварке плавящимся электродом рез полу чается более чистый и узкий, чем при резке неплавящимся электродом. Резку выполняют методом опирания. Наличие покрытия приводит при резке к повышению устойчивости дуги, замедлению плавления стержня электрода, изоляции его от стенок реза и ускорению резки благодаря окислению расплавленного металла компонентами покрытия. Ток при резке на 20—30% выше, чем при сварке. При воздушно-дуговой резке металл расплавляется теплотой электрической дуги, а затем выдувается сжатым воздухом из зоны реза. При этом небольшая часть металла сгорает в кислороде, содержащемся в воздухе. Этот способ применяют для удаления дефектных мест под заварку и разделительной резки листов из нержавеющей стали толщиной до 20 мм. Резку проводят на постоянном токе угольным (графитовым) электродом с помощью специальных резаков обычно с боковой подачей сжатого воздуха под давлением 0,4—0,5 МПа. Кислородно-дуговая резка заключается в том, что разрезаемый металл разогревается с помощью электрической дуги, а затем сжигается струей кислорода, подаваемой к месту реза параллельно электроду. Окислы, получаемые при сгорании металла, выдуваются из места реза этой же струей кислорода. Применяют угольные и графитовые электроды, а также специальные плавящиеся трубчатые электроды с подачей кислорода через внутреннее отверстие. Способ используется ограниченно. Резка плазменной струей основана на расплавлении металла вместе реза и его выдувании потоком плазмы.

Газовая сваркаПлазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Для резки металла малой толщины используют плазменную струю косвенного действия. При повышенной толщине металла лучшие результаты достигаются при плазменной струе прямого действия — плазменной дуге. Благодаря высокой температуре и большой кинетической энергии плазменной струи резке подвергаются практически все металлы. В зависимости от металла в качестве плазмообразующих газов можно использовать азот, водород, аргоно-водород ные, аргоно-азотные, азотно-водородные смеси. Использование для резки двух атомных газов (Н2, N2) энергетически более выгодно. Двухатомный газ поглощает при диссоциации в плазмотроне теплоту, которая переносится и выделяется на поверхности реза, где происходит объединение свободных атомов в молекулы. При использовании электродов из циркониевых и гафниевых сплавов в качестве плазмообразующего газа при резке можно использовать воздух. Алюминий и его сплавы толщиной от 5 до 20 мм режут в азоте, толщиной от 20 до 150 мм — в азотно-водородных смесях (65—68% азота, 35—38% водорода). Нержавеющие стали толщиной до 20 мм разрезают с применением чистого азота, а при толщине от 20 до 50 мм — смеси 50% азота и 50% водорода. В качестве плазмообразующих газов при резке низкоуглеродистых сталей толщиной до 40—50 мм применяют сжатый воздух. При резке меди и ее сплавов в качестве плазмообразующих газов применяют азотно-водородную смесь, азот или атмосферный воздух. В табл. 8 приведены режимы плазменно-дуговой резки нержавеющих сталей. ГОСТ 12221—79 устанавливает для плазменно-дуговой резки четыре типа аппаратуры: ПЛР — для ручной резки, ПЛРМ — для ручной и машинной резки, ПЛМ — для машинной резки, ПЛМТ — для машинной точной резки. Резка лазерным лучом. Высокая концент рация энергии позволяет использовать лазерный луч для прецезионной (точной) резки металлов и неметаллов. Лазером можно резать стекла, керамику, алмазы и другие материалы. Сущность лазерной резки заключается в локальном плавлении и испарении металла под воздействием сфокусированного луча. При резке, как правило, используют лазеры непрерывного действия, обладающие большими энергиями излучения в инфракрасном диапазоне. Основная область применения лазерной резки — микроэлектроника.

Газовая сваркаОборудование и аппаратура для газовой сварки и резки
Ацетиленовые генераторы
Ацетиленовым генератором называется аппарат, служащий для получения ацетилена при разложении карбида кальция водой. Ацетиленовые генераторы для сварки и резки классифицируются по следующим признакам (ГОСТ 5190—78): по производительности — от 0,5 до 160 м3/ч; по давлению вырабатываемого ацетилена — низкого давления до 10 кПа и среднего давления от 70 до 150 кПа; по способу применения — на передвижение с произво дительностью 0,5—3 м3/ч и стационарные с производитель ностью 5—160 м3/ч; в зависимости от взаимодействия карбида кальция с водой — генераторы системы KB («карбид в воду»), в которых разложение карбида кальция осуществляется при пода че определенного количества карбида кальция в воду, находящуюся в реакционном пространстве; генераторы системы ВК («вода на карбид»), в которых разложение карбида кальция происходит при подаче определенного количества воды в реакционное пространство, где находится карбид кальция; генераторы системы ВВ («вытеснение воды»), в которых разложение карбида кальция осуществляется при соприкосновении его с водой в зависимости от изменения уровня воды, находящейся в реакционном пространстве и вытесняемой образующимся газом; комбинированные генераторы. 7 Все ацетиленовые генераторы независимо от их системы имеют следующие основные части: газо-образователь, газо-сборник, предохранительный затвор, автоматическую регулировку вырабатываемого ацетилена в зависимости от его потребления. Схемы ацетиленовых генераторов различных систем представлены на рисунке.

Предохранительные затворы — устройства, предохраняющие ацетиленовые генераторы и газопроводы от попадания в них взрывной волны при обратных ударах пламени из сварочной горелки или резака. Обратным ударом называется воспламенение горючей смеси в каналах горелки или резака и распространение пламени по шлангу горючего газа. Горящая смесь газов при обратном ударе устремляется по ацетиленовому каналу горелки или резака в шланг и при отсутствии предохранительного затвора — в ацетиленовый генератор, что может привести к взрыву ацетиленового генератора. Обратный удар может произойти в случае, если скорость истечения горючей смеси станет меньше скорости' ее сгорания, и от перегрева и засорения канала мундштука горелки. Предохранительные затворы бывают жидкостные и сухие. Жидкостные затворы заливают водой, сухие — заполняют мелкопористой металлокерамической массой. Затворы классифицируют по пропускной способности — 0,8; 1,25; 2,0; 3,2 м3/ч; по предельному давлению — низкого давления, в которых предельное давление ацетилена не превышает 10 кПа, среднего давления — 70 и высокого давления — 150 кПа (ГОСТ 8766—81).


 

Предохранительные затворы устанавливают между ацетиленовым генератором или ацетиленопроводом (при много постовом питании от стационарных генераторов) и горелкой или резаком. Принцип действия водяного затвора показан на рис. 43. Корпус 3 затвора заполняют водой до уровня контрольного крана /(/С. Ацетилен подводится по трубке 1Г проходит через обратный клапан 2, расположенный в нижней части корпуса. В верхнюю часть корпуса газ проходит через отражатель 4. Ацетилен отводится к месту потребления через расходный кран РК. В верхней части корпуса имеется трубка, закрытая мембраной 5 из алюминиевой фольги. При обратном ударе мембрана разрывается и взрывчатая смесь выходит наружу. Давление взрыва через воду 6 передается на клапан 2, который закрывает подвод газа от генератора. После выхода взрывчатой смеси мембрану заменяют. Баллоны для сжатых газов. Для хранения и транспортировки сжатых, сжиженных и растворенных газов, находящихся под давлением, применяют стальные баллоны вместимостью от 0,4 до 55 дм3 ГОСТ 949—73. Наибольшее распространение при газовой сварке и резке получили баллоны вместимостью 40 дм3. Баллоны представляют собой стальные цилиндрические сосуды, в горловине которых имеется конусное отверстие с резьбой, куда ввертывается запорный вентиль разной конструкции для горючих газов и кислорода. Каждому газу соответствует свой условный цвет баллона и цвет надписи газа, например, кислородные баллоны окрашивают в голубой цвет, надпись делают черной краской; ацетиленовый — соответственно в белый и красной краской; водородный — в темно-зеленый и красной краской, пропан — в красный и белой краской. Кислород наполняют в баллоны до давления 15 МПа. Баллон вместимостью 40 дм3 при давлении газа 15 МПа содержит кислорода 6 м3. Питание постов газовой сварки и резки от ацетиленовых генераторов связано с рядом неудобств, поэтому большое распространение получило питание ацетиленом от ацетиленовых баллонов. Ацетиленовые баллоны заполняют пористой массой (древесный уголь, пемза, инфузорная земля), образующей микрополости, необходимые для безопасного хранения ацетилена. Массу в баллоне пропитывают ацетоном (225—300 г на 1 дм3 вместимости баллона), в котором хорошо растворяется ацетилен. При нормальных условиях в одном объеме ацетона растворяется 23 объема ацетилена. Давление растворенного ацетилена в наполненном баллоне не должно превышать 1,9 МПа при 20°С. Для уменьшения потерь ацетона из баллона ацетилен необходимо отбирать со скоростью не более 1700 дм3/ч. Баллоны снабжены вентилям и — запорными устройствами, которые позволяют сохранить в баллоне сжатый или сжиженный газ. Каждый вентиль имеет шпиндель, который перемещается при вращении маховика, открывая или закрывая клапан. Редукто р для газопламенной обработки — прибор для понижения давления газа, при котором он находится в баллоне или магистрали, до величины рабочего давления и для автоматического поддержания этого давления постоянным. Редуктор имеет клапан, управляемый гибкой мембраной, на которую с одной стороны действует сила пружины, а с другой — давление газа. Регулированием силы пружины обеспечиваются заданное давление и расход газа. Редукторы, применяемые в сварочной технике, классифицируются по принципу действия (обратного и прямого), по назначению и месту установки, по схемам редуцирования и роду редуцируемого газа. Газораспределительные рампы, трубопроводы, рукава. При большом расходе горючих газов питание осуществляют от газораспределительной рампы, состоящей из двух коллекторов, гибких подсоединительных трубопроводов и рампового редуктора. Каждый коллектор имеет по запорному вентилю, позволяя заменять баллоны на одном из коллекторов, не нарушая работу другого. Давление газа понижают рамповым редуктором для кислорода, азота и воздуха от 1,5 до 0,03—0,15 МПа, а для ацетилена, пропан-бутана и других горючих газов — с 1,9 до 0,01 МПа. Выпускаются кислородные газораспределительные рам пы на 2x10 и 2x5 баллонов, ацетиленовые — 2x6, 2x9, 2x12 баллонов. Наряду со стационарными применяют передвижные рампы. Кислород и горючие газы от газораспределительных рамп к рабочим местам подаются по трубопроводам. Ацетилено проводы в зависимости от рабочего давления делятся на три группы: низкого давления до 0,01 МПа включительно; среднего — от 0,01 до 0,15 МПа; высокого — свыше 0,15 МПа. Кислородопроводы в зависимости от рабочего давления также делятся на три группы: низкого давления с давлением до 1,6 МПа включительно; среднего —- от 1,6 до 6,4 МПа; высокого — свыше 6,4 МПа. Трубопроводы и арматура для ацетилена — стальная, окрашивается в белый цвет. Арматуру для кислородопроводов высокого давления изготовляют из сплавов меди (латунь, бронза), специально предназначенных для кислорода, окрашивают в голубой цвет. Рукава служат для подвода газа к горелке и резаку от баллонов и рамп. Рукава должны обладать прочностью, гибкостью, не стеснять движений сварщика. Их изготовляют из вулканизированной резины с тканевыми прокладками по ГОСТ 9356—75 следующих классов: I—для подачи ацетилена и других горючих газов под давлением до 0,63 МПа красного цвета; II — для подачи жидкого топлива (бензин и др.) под давлением до 0,63 МПа желтого цвета; III — для подачи кислорода под давлением до 2,0 МПа синего цвета. Сварочная горелка. Основным инструментом газосварщика является сварочная горелка. Сварочной горелкой называется устройство, служащее для смешивания горючего газа или паров горючей жидкости с кислородом и получения сварочного пламени. Каждая горелка позволяет регулировать мощность, состав и форму сварочного пламени. Сварочные горелки согласно ГОСТ 1077—79 классифицируются: по способу подачи горючего газа и кислорода в смесительную камеру инжекторные и безынжекторные; по роду применяемого газа; по назначению — универсальные и специализированные; по числу пламени — однопламенные и многопламенные; по мощности — малой мощности (расход ацетилена 25—400 дм3/ч), средней мощности (400—2800 дм3/ч), большой мощности (2800—7000 дм3/ч); по способу применения — ручные и машинные.

 

Наибольшее применение имеют инжекторные горелки, работающие на смеси ацетилена с кислородом. В инжекторных горелках горючий газ подсасывается в смесительную камеру струей кислорода, подаваемого в горелку с большим давлением, чем горючий газ. Этот процесс подсоса называется инжекцией. Схема инжекторной горелки показана на рис. 44. Кислород под давлением поступает в горелку и через присоединительный штуцер 8 и регулировочный вентиль 7 подается к инжектору 6. Выходя с большой скоростью из узкого канала инжекторного конуса, кислород создает значительное разрежение в камере 5 и засасывает горячий газ, поступающий через ацетиленовые каналы горелки в камеру смесителя 5, где и образуется горючая смесь. Затем горючая смесь поступает по наконечнику 3 к мундштуку 4, на выходе из которого при сгорании образует сварочное пламя (2 — гайка, 1 — ствол горелки). . Горелки этого типа имеют сменные наконечники с различными диаметрами выходных отверстий инжектора и мундштука, что позволяет регулировать мощность ацетилено-кислородного пламени. В безынжекторных горелках горючий газ и кислород подают примерно под одинаковым давлением до 100 кПа. В них отсутствует инжектор, который заменен простым смесительным соплом, ввертываемым в трубку наконечника горелки. Резаки для газовой резки. Резаки служат для смешивания горючего газа с кислородом для образования подогревающего пламени и подачи к разрезаемому металлу струи режущего кислорода. Ручные резаки для газовой резки классифицируют по следующим признакам: роду горючего газа, на котором они работают,— для ацетилена, газов-заменителей жидких, горючих; принципу смешения горючего газа и кислорода — на инжекторные и безынжекторные; назначению — универсальные и специальные; виду резки — для разделительной, поверхностной, кислородно-флюсовой, копьевой. В настоящее время широкое применение получили уни версальные инжекторные резаки, позволяющие резать сталь толщиной от 3 до 300 мм. Схема резака показана на рис. 45. В резаке конструктивно объединены подогревающая и ре жущая части. Подогревающая часть аналогична устройству сварочной горелки. Режущая часть состоит из дополнительной трубки 5 для подачи режущего кислорода и вентиля 4 для регулировки подачи. В мундштуке 3 находятся два концентрически расположенных отверстия для выхода подогревающего пламени 1 и режущей струи 2. Газы в мундштук подают и регулируют с помощью соответствующих вентилей. Для' газопламенной обработки материалов наряду с универсальными используют специальные горелки и резаки для термической обработки, поверхностной очистки, пайки, сварки термопластов, газопламенной наплавки, резаки для поверхностной, копьевой, кислородно-флюсовой резки, для резки металла больших толщин и др. Машины для кислородной резки. Для повышения производительности, качества реза и сокращения тяжелого ручного труда используют машинную резку. Машины для кислородной резки разделяют на два основных типа — стационарные и переносные. Стационарные машины делятся: по конструктивному исполнению — на портальные (П), которые располагаются непосредственно над разрезаемой деталью; портально-консолъные (Пк), когда над разрезаемой деталью располагается только консоль; шарнирные (Ш); по способу резки — на кислородные (К), кислороднофлюсовые (Кф), плазменно-дуговые (Пл) и газолазерные (Гл); по способу движения или системе контурного управления — на линейные (Л), для прямолинейной резки, магнитные (М) по стальному копиру для фигурной резки, фотокопировальные (Ф) по чертежу для фигурной резки, цифровые программные (Ц) для фигурной резки; по технологическому назначению — для раскройных работ (Р), для точной прямолинейной и фигурной вырезки деталей (Т), универсальные — для прямолинейной и фигурной вырезки деталей (У), для фигурной вырезки малогабаритных деталей (М). Переносные машины подразделяются: по способу резки — на кислородные (К), плазменно-дуговые (Пл); по способу движения или системе контурного управления — по разметке (Р), по циркулю (Ц), по направляющим (Н), по гибкому копиру (Г). Каждая машина состоит из несущей части, резака (одного или нескольких), пульта управления и ведущего механизма. У стационарных машин основным узлом, автоматизирующим процесс резки, является система копирования. В таких машинах применяют принципы механического, электромагнитного, фотоэлектронного, дистанционно-масштабного и программного копирования. Переносные машины изготовляют в виде самоходной тележки, перемещающейся электродвигателем, пружинным механизмом или газовой турбинкой. Машину устанавливают на разрезаемый лист или трубу и направляют по разметке, циркульному устройству, направляющим или гибкому копиру. Основным рабочим инструментом машины для кислородной резки является машинный газовый резак. Используют следующие основные типы машинных резаков: инжекторные, равного давления и внутрисоплового смешения. § 19. Требования безопасности труда при газовой сварке и резке Основными источниками опасности при газовой сварке л и резке являются: взрывы ацетиленовых генераторов от обратных ударов пламени, если не срабатывает водяной затвор; взрывы кислородных баллонов в момент их открывания, если на штуцере баллона или на клапане редуктора имеется масло; опасность пожара в помещении, воспламенения волос, одежды и ожогов сварщика при неосторожном обращении с горелкой; ожоги глаз в случае, если сварщики не пользуются светофильтрами; отравления скопившимися вредными газами при отсутствии обменной вентиляции в помещениях. Безопасная работа при газовой сварке и резке возможна только при правильном обращении с материалами, оборудованием и аппаратурой в соответствии с «Правилами техники безопасности и производственной санитарии при производств  ацетилена, кислорода и газопламенной обработки металлов». К выполнению газосварочных и газо-резательных работ допускаются рабочие не моложе 18 лет, прошедшие специальное обучение с проверкой знаний безопасной работы. Запрещается работать без водяного затвора или при неисправном водяном затворе, нельзя к одному водяному затвору присоединять несколько горелок или резаков. Необходимо строго соблюдать правила по обращению и уходу за ацетиленовыми генераторами согласно инструкции по эксплуатации. Надо соблюдать осторожность при обращении с карбидом кальция: хранить его в сухих, хорошо проветриваемых огнестойких помещениях, на месте выполнения работ хранить карбид кальция в неповрежденных барабанах с плотно закрытой крышкой, вскрывать барабаны с карбидом кальция следует только специальным инструментом, исключающим возможность образования искр, следует предохранять барабаны от толчков и ударов. Следует предохранять кислородные баллоны от толчков и ударов при транспортировке и хранении. Для обеспечения взрывобезопасности транспортировка баллонов разрешается на рессорных транспортных средствах, специальных ручных тележках и носилках, в специальных контейнерах. На рабочих местах баллоны должны надежно крепиться в вертикальном положении на значительном расстоянии от нагревательных приборов, не подвергаться действию солнечных лучей. Совместное хранение баллонов с горючими газами и кислородом не допускается. Эксплуатация грязных, с вмятинами и царапинами, не своевременно испытанных баллонов не допускается. Особен но следует обращать внимание на отсутствие масла или гря зи на штуцере вентиля кислородных баллонов. При процессах газопламенной обработки сварщики должны работать в спецодежде, рукавицах и защитных очках со стеклами Г-1, Г-2, Г-3, а вспомогательные рабочие— в очках со стеклами В-1, В-2, В-3. С увеличением мощности пламени следует применять стекло с большим номером, как более темное. При выполнении газопламенных работ внутри отсеков, ям и резервуаров, где возможны скопления вредных газов, должны работать переносные приточно-вытяжные вентиляторы. К выполнению работ с жидкими горючими могут допускаться только специально обученные рабочие, имеющие соответствующие удостоверения. Применение жидких горючих на стапельных работах и в закрытых помещениях (котлы, цистерны и др.) запрещается. Недопустимо применение этилированного бензина и бензина с большим октановым числом. При работе на жидких горючих разрешается пользоваться только бензомаслостойкими шлангами по ГОСТ 9356—75 с внутренним диаметром 6 мм и длиной не менее 5 м.

Контрольные вопросы

1. Объясните строение и свойства газового пламени. Какие газы используют для газопламенной обработки?

2. Назовите основные параметры режима газовой сварки. В чем заключаются левый и правый способы сварки?

3. Как устроена газовая горелка?

4. В чем заключается сущность термической резки: кислородной, дуговой, плазменной, лучевой?

5. Назовите условия разрезаемости материалов при газовой резке.

6. Как устроен газокислородный резак?

7. Как классифицируются способы получения ацетилена? Объясните устройство ацетиленового генератора.

8. Назовите главные опасности при газопламенной обработке.


 

ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ И РЕЗКИ

Оборудование газосварочных постов Газовая сварка является одним из способов сварки плавлением. Сущность этого способа заключается в том, что для нагревания и плавления свариваемых кромок изделия и присадочного материала используется пламя, получающееся при сжигании горючего газа в смеси с кислородом. При этом сварочное пламя образует вокруг ванны расплавленного металла газовую зону, защищающую его от воздействия окружающего воздуха. Для производства работ по газовой сварке и резке сварочные посты должны иметь следующие оборудование и инвентарь: ацетиленовый 1енератор или баллон с горючим газом; кислородный баллон; редукторы (кислородный и для горючего газа) для понижения давления газа, выходящего из баллона и подаваемого в сварочную горелку или резак; сварочную горелку и резак с набором сменных наконечников; шланги для подачи горючего газа и кислорода в горелку или резак; сварочный стол; приспособления, необходимые для сборки изделий под сварку; комплект инструментов сварщика, очки с защитными стеклами; спецодежду сварщика. Ацетиленовый генератор - аппарат, предназначенный для получения ацетилена при взаимодействии карбида кальция с водой. Ацетиленовые генераторы (ГОСТ 5190-67) различают по следующим признакам:

1. По давлению получаемого ацетилена генераторы бывают низкого давления - до 0,01 МПа (0,1 кгс/см2), среднего давления - 0,01... ...0,15 МПа (0,1... 1,5 кгс/см2) и высокого давления - свыше 0,15 МПа (1,5 кгс/см2). В практике получили большое распространение генераторы низкого и среднего давления. Генераторы высокого давления взрывоопасны и поэтому в строительной промышленности не применяются.

3. По производительности выпускаемые генераторы дают от 0,3 до 1000 м3/ч ацетилена. На заводах и строительных площадках чаще применяют генераторы производительностью 1,25 м8/ч. По способу установки генераторы бывают передвижные и стационарные. Широко используется в передвижных генераторах. Однако по сравнению с другими принципами он дает наименьший выход ацетилена. По принципу действия различают генераторы, работающие по принципам «карбид в воду», «вода на карбид» и контактные. Принцип «карбид в воду» (рис. 91, а) предусматривает периодическую (порциями) подачу в воду карбида кальция. При этом достигается наибольший выход ацетилена (до 95%). Принцип «вода на карбид» (рис. 91, б) осуществляется периодической подачей порций воды в специальное загрузочное устройство, куда заранее насыпается карбид кальция. Контактный принцип (рис. 91, в) предусматривает периодическое соприкосновение и взаимодействие карбида кальция с водой. Применяют два варианта: вытеснение воды (для разобщения воды и карбида кальция) и погружение карбида (для получения контакта воды с карбидом кальция). Контактный принцип осуществляется автоматически и широко используется в передвижных генераторах. Однако по сравнению с другими принципами он дает наименьший выход ацетилена. На рис. 92 представлена принципиальная схема (а) и внешний вил (б) передвижного морозоустойчивого ацетиленового генератора типа АНВ-1,25. Генератор однопостовой низкого давления, работающий по принципу «вода на карбид» в сочетании с системой «вытеснения воды». Производительность генератора составляет 1,25 м3/ч, максимальное давление равно 0,01 МПа (0,1 кгс/см2). Корпус генератора 7 разделен горизонтальной перегородкой 8 на две части: водосборник 6 и газосборник. В нижнюю часть газосборника вварена реторта 14, в которую вставляется загрузочная корзина 13 с карбидом. Реторта плотно закрывается крышкой 12 на резиновой прокладке. Через верхнюю открытую часть корпуса генератор заполняется водой до отметки уровня. При открывании крана 10 вода из корпуса поступает в реторту и взаимодействует с карбидом. Выделяющийся ацетилен по трубе 11 собирается под перегородкой в газосборнике и затем через осушитель 5 и водяной затвор 3 по шлангу 2 поступает в сварочную горелку или резак. При установившемся режиме давление ацетилена сохраняется почти постоянным. При уменьшении расхода газа давление в газосборнике повышается и часть воды вытесняется из реторты в конусообразный сосуд - вытеснитель 4. Уровень воды в корпусе опускается ниже уровня крана 10, поступление воды в реторту прекращается, газовыделение замедляется. По мере расходования ацетилена давление понижается, уровень воды в корпусе повышается до крана 10 и вода снова поступает в реторту. Таким образом автоматически регулируется процесс взаимодействия карбида с водой и выделение ацетилена в зависимости от его расхода. В зимних условиях при температуре до -25° С генератор работает нормально, не замерзая, так как его водоподающая система расположена внутри корпуса, где вода нагревается теплотой реакции взаимодействия воды с карбидом кальция. Водяной затвор устанавливается также внутри корпуса в циркуляционной трубе 1. Летом водяной затвор монтируется на корпусе генератора снаружи. Осушитель на зиму заправляется в нижней половине как обычно коксом, а в верхней - карбидом. Различают два генератора АВН-1, 25-68 и АВН-1,25-73, отличающиеся конструкцией загрузочной корзины и расположением крана подачи воды. ВНИИавтогенмаш разработал конструкции ацетиленовых генераторов среднего давления. На рис. 93 представлены внешний вид (а) и схема (б) передвижного однопостового генератора типа АСМ-1,25-3, работающего по системе «вытеснения воды». Производительность генератора 1,25 м8/ч, максимальное давление 0,15 МПа (1,5 кгс/см2). Корпус генератора 1 внутренней перегородкой 13 разделен на две полости: верхнюю - газообразователь 5 и нижнюю - промыватель 2. К газообразователю приварено верхнее днище 7 с горловиной для ввода в шахту 6 корзины 8 с карбидом. Корзина закрепляется крышкой"9, t которая прижимается к горловине рычагом 11 с винтом 10. Заправку генератора водой производят через шахту. При взаимодействии карбида кальция с водой выделяющийся ацетилен проходит по трубке 12, нижний конец которой опущен в воду промывателя. Проходя через воду промывателя, ацетилен охлаждается и через клапан 4 по шлангу 3 поступает в водяной затвор 14 и затем в сварочную горелку или резак. Генератор имеет манометр и ручки для перемещения. Единовременная загрузка карбида - 2,2 кг. Масса незаправленного генератора 16 кг. Генератор может работать в зимних условиях на открытом воздухе при температуре - 25° С. Для этого он имеет утеплительный чехол. Передвижной ацетиленовый генератор АСВ-1,25 разработан на основе генератора АСМ-1,25 и отличается от него конструкцией загрузочного устройства, позволившего увеличить единовременную загрузку карбида до 3 кг. Предохранительные затворы служат для защиты ацетиленового генератора от взрывной волны газокислородного пламени при обратном ударе. Водяной затвор ЗСГ-1,25-3 среднего давления (рис. 94) устанавливают на генераторе АСМ-1,25-3. Затвор заправляют водой до контрольного крана /. В нижней части затвора расположены сливная пробка 2, входной ниппель щ клапан 3. При нормальной работе сварочного поста ацетилен из генератора поступает под клапан, поднимает его и, пройдя через воду, заполняет верхнюю полость затвора, а затем через ниппель 5 по шлангу поступает в сварочную горелку. При обратном ударе давлением воды клапан закрывается, не допуская проникания пламени в генератор. Для газов - заменителей ацетилена-применяют сухие предохранительные затворы, в которых пламя обратного удара гасится пористой металлокерамической массой. Для питания ацетиленом сварочных цехов при развертывании нескольких сварочных постов применяют стационарный генератор ГРК-10-68 производительностью 10 м8/ч и рабочим давлением 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) или генераторы типа АСК-При этом каждый сварочный пост должен быть об¬зательно оборудован предохранительным водяным затвором. Ацетилен поставляется к сварочному посту в специальных ацетиленовых баллонах вместимостью 40 л, в которых при максимальном давлении ~2 МПа (19 кгс/см2) содержится около 5 м3 ацетилена. Для обеспечения безопасного хранения и транспортировки ацетилена баллон заполняют пористым активированным углем, а для увеличения количества ацетилена в баллоне активированную пористую массу пропитывают растворителем - ацетоном (один объем ацетона растворяет 23 объема ацетилена). Баллон окрашен в белый цвет и на нем сделана надпись «Ацетилен» красными буквами. Кислород подается к посту сварки либо от кислородной рампы, либо от кислородного баллона вместимостью 40 л, в котором при максимальном давлении 15,151 МПа (150 кгс/см2) содержится 6 м3 кислорода. Баллон окрашен в голубой цвет и имеет надпись «Кислород» черными буквами. Баллоны (рис. 95) для газов (горючего и кислорода) изготавливают по ГОСТ 949-73 из стальных бесшовных труб. Он представляет собой цилиндрический сосуд 1 с выпуклым днищем и узкой горловиной. Гор ловила 2 имеет конусное отверстие с резьбой, куда ввертывается вен тиль, регулирующий выход газа из баллона. На горловину плотно на сажено кольцо 3 с наружной резьбой для навинчивания предохрани тельного колпака. Для придания баллону устойчивости в вертикаль ном положении на его нижнюю часть прочно насажен башмак 4 с квадратным основанием. Редукторы служат для понижения давления газа, поступающего из баллона, до рабочего давления (подаваемого через шланг в горелку) и для поддержания этого давления постоянным в процессе сварки. В практике применяют различные типы редукторов. На рис. 96 представлена схема однокамерного редуктора. Газ из баллона через штуцер проходит в камеру высокого давления 1 корпуса 7. При нерабочем положении частей редуктора (рис. 96, а) проход газа из камеры высокого давления 1 в камеру низкого давления 4 закрыт клапаном 2, прижатым к седлу 3. При ввертывании регулировочного винта 9 (рис. 96, б) нажимная пружина 8 сжимается и перемещает вверх резиновую мембрану 6 вместе с передаточным штифтом 5. Штифт открывает клапан 2, соединяя тем самым камеру высокого давления с камерой низкого давления. Газ поступает в камеру 4 до тех пор, пока давление его на мембрану не уравновесит усилие нажимной пружины. По мере расхода газа происходит его пополнение. Если расход газа уменьшается, то давление в камере 4 повышается. Давление газа1 отожмет мембрану вниз и сожмет нажимную пружину. Клапан 2 закроет отверстие седла, и поступление газа в камеру 4 прекратится. При увеличении расхода газа давление в камере 4 понижается, мембрана отжимает клапан от седла и тем самым увеличивается поступление газа из баллона. Таким образом автоматически поддерживается постоянное давление газа, подаваемого в горелку. Кислородный редуктор ДКП-1-65 имеет манометр высокого давления со шкалой 0...25 МПа (0...250 кгс/см2), манометр низкого давления со шкалой 0...2,5 МПа (0...25 кгс/см1) и предохранительный клапан. Редуктор крепится к баллону с помощью накидной гайки с правой резьбой 3/4" Тр. Ацетиленовый редуктор ДАП-1-65 также имеет манометры со шкалами соответственно 0...3 МПа (0...30 кгс/см2) и 0..Д6 МПа (0...6 кгс/см2). Крепление редуктора к баллону осуществляется при помощи хомутика, надеваемого на вентиль баллона. Сварочная горелка предназначена для правильного смешивания кислорода с горючим газом и получения устойчивого сварочного пламени требуемой мощности. Горелки подразделяются на два основных типа: инжекторные и безинжекторные. В строительном деле наибольшее распространение получили инжекторные горелки, так как они работают на ацетилене низкого и среднего давлений, т. е. давлений, установленных для передвижных ацетиленовых генераторов. Схема инжекторной горелки представлена на рис. 97. По шлангу и трубке 6 к вентилю 5 и через него в инжектор 4 поступает кислород. Вытекая с большой скоростью из инжектора в смесительную камеру струя кислорода создает разрежение, вызывающее подсос ацетилена. Ацетилен поступает по шлангу к соединительному ниппелю 7, а затем через корпус горелки в смесительную камеру, где образует с кислородом горючую смесь. Полученная смесь по трубке наконечника 2 поступает в мундштук / и, выходя в атмосферу, при сгорании образует сва¬рочное пламя. По ГОСТ 1077-69 для ацетиленокислородной сварки предусмотрены горелки четырех типов: Г1 (микромощности), Г2 (малой мощности), ГЗ (средней мощности) и Г4 (большой мощности). Большое применение получили сварочные инжекторные горелки средней мощности «Звезда, ГС-3, «Москва» (рис. 98, б) и малой мощности «Звездочка», ГС-2 и «Малютка» (рис. 98, а). Горелки средней мощности предназначены для ручной сварки, наплавки, пайки, а также подогрева деталей из черных и цветных металлов и их сплавов. В комплект горелки входит ствол и семь сменных наконечников (от № 1 до № 7), присоединяемых к стволу накидной гайкой. Такой комплект позволяет устанавливать соответствующую мощность пламени для сварки металла толщиной от 0,5 до 30 мм. Горелки малой мощности предназначены для сварки тонкостенных изделий (0,2...7 мм). Они комплектуются четырьмя наконечниками (0, № 1, № 2, № 3). Резак предназначен для разделительной термической резки металлов толщиной до 300 мм.


 

Резак РР-53 имеет пять внутренних и два наружных сменных мундштука, позволяющих резать металл со скоростью от 80 до 560 мм/мин. Шланги (рукава) для кислорода и ацетилена изготовляют по ГОСТ 9356-75 «Рукава резиновые для газовой сварки и резки металлов». Предусмотрены три типа шлангов: для подачи ацетилена при рабочем давлении не более 0,608 МПа (6 кгс/см2); для жидкого топлива (бензин, керосин) при рабочем давлении не более 0,608 МПа (6 кгс/см2); для подачи кислорода при рабочем давлении не более 1,520 МПа (15 кгс/см2). Рукава состоят из внутреннего резинового слоя (камеры), нитяной оплетки и наружного резинового слоя. Предусмотрены следующие размеры: Внутренний диаметр, мм . , 6±0,5 9±0,5 12±1,0 16±1,0 Наружный диаметр, мм . . . 14±0,5 18±1,0 22,5±1,0 26±1,0 Наружный слой ацетиленовых рукавов красного цвета, рукавов для жидкого топлива - желтого цвета, кислородных - синего цвета. Длина шланга при работе от баллона должна быть не менее 8 м, а при работе от генератора - не менее 10 м. Газы для сварки и резки металлов Кислород при газовой сварке применяется для получения горючей смеси. Он способствует интенсивному горению горючих газов и получению высокотемпературного пламени. При горении газов в воздухе температура пламени значительно ниже, чем при горении в кислороде. При газовой сварке применяют газообразный технический кислород, поставляемый по ГОСТ 5583-68 трех сортов: первый сорт имеет чистоту не ниже 99,7%, второй сорт - не ниже 99,5%, а третий сорт - не ниже 99,2% по объему. Технический кислород содержит примеси, состоящие из азота и аргона. При этом следует учесть важное значение чистоты кислорода при сварке и резке металла. Снижение чистоты кислорода на 1 % не только может несколько ухудшить качество сварного шва, но и потребует увеличения расхода кислорода на 1,5%. Кислород при атмосферном давлении и нормальной температуре представляет собой газ без цвета и запаха с плотностью 1,43 кг/м8. Его получают из воздуха методом низкотемпературной ректификации, основанным на разности температур кипения основных составляющих воздуха - азота (-195,8° С) и кислорода (-182,96° С). Воздух переводят в жидкое состояние и затем постепенным повышением температуры испаряют азот (78%). Оставшийся кислород (21%) очищают многократным процессом ректификации до требуемой чистоты. Некоторые свойства горючих газов, применяемых при газовой сварке, даны в табл. 19. Ацетилен в газосварочном производстве получил наибольшее распространение благодаря важным для сварки качествам. Он представляет собой химическое соединение углерода с водородом (С2Н2). Это бесцветный газ с характерным запахом, обусловленным наличием примесей сероводорода, фтористого водорода и др. Ацетилен - взрывоопасный газ при следующих условиях: нагревании до 480...500 С, давлении 0,14...0,16 МПа (1,4...1,6 кгс/см2); при наличии от 2,3 до 80,7% ацетилена в смеси с воздухом; наличии от 2,8... ...93% ацетилена в смеси с кислородом. Ацетилен получают при взаимодействии карбида кальция с водой по реакции СаС2 + 2Н20 = С2Н2 + Са(ОН)2 Карбид кальция (ГОСТ 1460-76) получают путем сплавления в электрических печах кокса и обожженной извести СаО + ЗС = СаС2 + СО Карбид кальция очень активно вступает в реакцию с водой, реагируя даже с парами воды, насыщающими воздух. Поэтому его хранят и транспортируют в герметически закрытых стальных барабанах, содержащих от 50 до 130 кг карбида. Из 1 кг карбида кальция в зависимости от сорта и грануляции получают от 235 до 280 л ацетилена. При этом следует иметь в виду, что мелкий и пылеобразный карбид кальция применять запрещается (взрывоопасно). Для взаимодействия 1 кг карбида кальция теоретически необходимо 0,56 л воды. Практически берут от 7 до 20 л воды. Это обеспечивает хорошее охлаждение ацетилена и более безопасную работу газогенератора. Водород - газ без цвета и запаха. В смеси с кислородом или воздухом он образует взрывчатую смесь (так называемый гремучий газ), поэтому требует строгого соблюдения правил техники безопасности. Водород хранят и транспортируют в стальных баллонах при максимальном давлении 15 МПа (150 кгс/см2). Получают его электролизом воды или в специальных водородных генераторах путем воздействия серной кислотой на железную стружку или цинк. Пиролизный газ - смесь газообразных продуктов термического разложения нефти, нефтепродуктов или мазута. Содержит вредные сернистые соединения, вызывающие коррозию мундштуков горелок и резаков, поэтому требует тщательной очистки.? Нефтяной газ - смесь горючих газов, являющихся побочным про¬дуктом нефтеперерабатывающих заводов. Его применяют для сварки, резки и пайки сталей толщиной до 3 мм и сварки цветных металлов. Природный газ получают из газовых месторождений. Он состоит в основном из метана (93...99%). Пропанобутановую смесь получают при добыче и переработке естественных нефтяных газов и нефти. Хранят и транспортируют в сжиженном состоянии в баллонах вместимостью 23,33 и 45 л под давлением 1,6... 1,7 МПа (16....17 кгс/см2). Жидкой смесью заполняют только половину баллона, так как при нагреве значительное повышение давления может привести к взрыву. Бензин и керосин используют при газопламенной обработке в виде паров. Для этой цели горелки и резаки имеют специальные испарители, которые нагреваются от вспомогательного пламени или электрическим током. Сварочное пламя Сварочное пламя образуется при сгорании выходящей из мундштука горелки смеси горючего газа (или паров горючей жидкости) с кислородом. Свойства сварочного пламени зависят от того, какой горючий газ подается в горелку и при каком соотношении кислорода и горючего газа создается газовая смесь. Изменяя количество подаваемого в горелку кислорода и горючего газа, можно получить нормальное, окислительное или науглероживающее сварочное пламя. Нормальное (или восстановительное) пламя теоретически должно получаться при объемном отношении количества ацетилена к кислороду р = 1. Практически вследствие загрязненности кислорода нормальное пламя получается при несколько большем количестве кислорода, т. е. при р = 1,1...1,3. Нормальное пламя способствует раскислению металла сварочной ванны и получению качественного сварного шва. Поэтому большинство металлов и сплавов сваривают нормальным пламенем. Нормальное ацетилено-кислородное пламя состоит из трех ясно выраженных зон (рис. 100): ядра, восстановительной зоны II и факела III. Форма ядра - конус с закругленной вершиной, имеющей светящуюся оболочку. Ядро состоит из продуктов распада ацетилена с выделившимися раскаленными частицами углерода, которые сгорают в наружном слое оболочки. Длина ядра зависит от скорости истечения горючей смеси из мундштука горелки. Чем больше давление газовой смеси, тем больше скорость истечения, тем длиннее ядро пламени. Восстановительная зона по своему темному цвету заметно отличается от ядра. Она состоит в основном из окиси углерода и водорода, получающихся в результате частичного сгорания ацетилена. В этой зоне создается наивысшая температура пламени (3000° С) на расстоянии 3...5 мм от конца ядра. Этой частью пламени производят нагревание и расплавление свариваемого металла. Находящиеся в этой зоне частицы окиси углерода и водорода могут восстанавливать образующиеся окислы металлов. Факел располагается за восстановительной зоной и состоит из углекислого газа и паров воды, которые получаются в результате сгорания окиси углерода и водорода, поступающих из восстановительной зоны. Сгорание происходит за счет кислорода окружающего воздуха. Зона факела содержит также азот, попадающий из воздуха. Окислительное пламя получается при избытке кислорода, когда в горючей смеси на один объем ацетилена приходится более 1,3 объема кислорода. Ядро такого пламени значительно короче по длине, с недостаточно резким очертанием и более бледной окраской. Восстановительная зона и факел пламени также сокращаются по длине. Пламя имеет синевато-фиолетовую окраску. Температура пламени несколько выше нормальной. Однако таким пламенем сваривать стали нельзя, так как наличие в пламени избыточного кислорода приводит к окислению расплавленного металла шва, а сам шов получается хрупким и пористям. Науглероживающее пламя получается при избытке ацетилена, когда в смесительную камеру горелки на один объем ацетилена подается менее 1,1 объема кислорода. Ядро такого пламени теряет резкость своего очертания, и на его вершине появляется ореол, свидетельствующий о наличии избыточного ацетилена. Восстановительная зона значительно светлее, а факел получает желтоватую окраску. Очертания зон теряют свою резкость. Избыточный ацетилен разлагается на углерод и водород. Углерод легко поглощается расплавленным металлом шва. Поэтому таким пламенем пользуются для науглероживания металла шва или восполнения выгорания углерода. Регулирование сварочного пламени производится по его форме и окраске. Важное значение имеет правильный выбор давления кислорода, его соответствие паспорту горелки и номеру наконечника. При большом давлении кислорода смесь вытекает с большой скоростью, пламя отрывается от мундштука, происходит выдувание расплавленного металла из сварочной ванны. При недостаточном давлении кислорода скорость истечения горючей смеси падает, пламя укорачивается и возникает опасность обратных ударов. Нормальное пламя можно получить из окислительного, постепенно увеличивая поступление ацетилена до образования яркого и четкого ядра пламени. Можно отрегулировать нормальное пламя и из науглероживающего, убавляя подачу ацетилена до исчезновения зеленоватого ореола у вершины ядра пламени. Характер пламени выбирают в зависимости от свариваемого металла. Например, при сварке чугуна и наплавке твердых сплавов применяется науглероживающее пламя, а при сварке латуни - окислительное пламя. Важным показателем сварочного пламени является его тепловая мощность. Мощность пламени принято определять расходом ацетилена в л/ч, а удельной мощностью пламени называют часовой расход ацетилена в литрах, приходящийся на 1 мм толщины свариваемого металла. Потребная мощность пламени зависит от толщины свариваемого металла и его теплопроводности. Например, при сварке углеродистых и низколегированных сталей, чугуна, сплавов меди и алюминия удельная мощность пламени составляет 100...120 л/ч, а при сварке меди, обладающей высокой теплопроводностью, удельную мощность выбирают в пределах 150...200 л/ч. Сварочные материалы Присадочный материал вводят в зону сварки для расплавления и заполнения им разделки шва. Он применяется в виде проволоки и стержней. При сварке сталей присадочным материалом служит проволока стальная сварочная, изготовляемая по ГОСТ 2246-70. Ответственные сварные узлы и конструкции из низкоуглеродистой стали выполняют с применением низколегированной проволоки. Наилучшие результаты дают кремнемарганцовистая и марганцовистая проволоки Св-08ГА, Св-10Г2, Св-08ГС, Св-08Г2С. Они позволяют получить сварной шов с высокими механическими свойствами. Присадочным материалом при сварке низколегированных сталей может служить низколегированная хромистая проволока. Сварные соединения имеют предел прочности до 461...540 МПа (47...50 кгс/мм2). При сварке высоколегированных сталей применяют проволоку, по химическому составу соответствующую основному свариваемому металлу. Присадочным материалом для сварки чугуна служат чугунные стержни, изготовляемые по ГОСТ 2671-70. Стержень марки А применяют для сварки массивных чугунных отливок с подогревом; стержни марки Б служат для сварки мелких деталей с применением местного подогрева. Сварку алюминия выполняют с применением сварочной проволоки из алюминиевых сплавов марок Св-А1, Св-АМц и Св-АК-5, поставляемой по ГОСТ 7871-75. При сварке меди и ее сплавов применяют присадочные материалы, предусмотренные ГОСТ 16130-72. Для сварки меди применяют проволоку Ml и MCpl или прутки М1р и МЗр. Для сварки латуни и бронзы предусмотрены проволока и прутки из соответствующих сплавов. Применяемый при газовой сварке присадочный материал должен иметь чистую поверхность без окалины, ржавчины, краски и других загрязнений. Плавление металла должно протекать спокойно, без большого разбрызгивания. Остывший наплавленный металл должен быть однородным, плотным, без пор и неметаллических включений. В процессе сварки расплавленный металл сварочной ванны энергично взаимодействует с кислородом и азотом воздуха. Образующиеся окислы имеют более высокую температуру плавления, чем сам металл. Покрывая тонкой пленкой капли присадочного материала, окислы попадают в сварочную ванну и значительно затрудняют образование плотного и прочного металла шва. Флюсы при газовой сварке применяют для получения металла шва с высокими механическими свойствами. Флюсами называют вещества, вводимые в зону сварки для раскисления расплавленного металла и удаления образовавшихся окислов и неметаллических включений на поверхность сварочной ванны в виде шлака. При этом пленка шлака, покрывая расплавленный металл шва, предохраняет его от дальнейшего воздействия атмосферного воздуха. Для выполнения своего назначения флюс должен обладать следующими свойствами: иметь температуру плавления ниже температуры плавления свариваемого и присадочного металлов; быстро взаимодействовать с окислами металла, чтобы процесс образования химических соединений или процесс растворения окислов и образования шлаков закончился до затвердения металла сварочной ванны; хорошо растекаться по поверхности шва, чтобы прикрыть ванну расплавленного металла и не допустить дальнейшее образование окислов; иметь химический состав, предупреждающий выгорание легирующих примесей металла шва, а при необходимости легирующий наплавленный металл; не должен содержать вредных примесей серы, фосфора и др.; обеспечивать при сварке всплытие шлака на поверхность сварочной ванны и легкое отделение шлака от металла шва после его затвердения; состоять из простых и недефицитных веществ. Флюсы получили большое применение при газовой сварке цветных металлов и их сплавов, чугуна, некоторых специальных легированных сталей, а также при наплавочных работах. Состав флюса зависит от характера образующихся при сварке окислов. Если в сварочной ванне преобладают основные окислы, то флюс должен быть кислым, и наоборот. При сварке меди и ее сплавов (латунь, бронза) применяют, как правило, кислые флюсы. Они состоят из соединений бора (бура Na2B407« ЮН20, борная кислота Н3В03) или их смесей. Буру перед применением следует прокаливать, так как при нагревании она пузырится и выделяет кристаллизационную воду. Это значительно ухудшает качество сварного шва. При сварке чугуна применяют основные флюсы, назначение которых растворять образующиеся окислы кремния. Они содержат главным образом соли натрия и калия: едкий натр NaOH, углекислый натрий Na2C03, кислый углекислый натрий NaHC03, углекислый калий К2С03 и др. При сварке алюминия применяют флюсы, действующие одновременно как раскислители и как растворители тугоплавких окислов свариваемого металла. Они состоят из смеси различных хлористых и фтористых солей лития, натрия, калия, кальция и криолита. Наиболее активным растворителем является хлористый литий. Из флюсов наибольшее применение получил флюс АФ-4А. Однако следует учесть разъедающее действие флюса. Поэтому после сварки швы тщательно промывают слабым (2 %-ным) раствором азотной кислоты, а затем теплой и холодной проточной водой. Флюсы иного состава применяют при газовой резке нержавеющих сталей, чугуна, цветных металлов и их сплавов. В этом случае флюс, сгорая в зоне реза, повышает температуру зоны. Кроме того, способствуя разжижению тугоплавких окислов, флюс облегчает удаление их из разреза. Основной составляющей флюса при кислородно-флюсовой резке является железный порошок.

 

Внутренние напряжения и деформации

Подробности

ПРИЧИНА ВОЗНИКНОВЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ

Электрическая дуговая сварка характеризуется высоким местным нагрев м небольших участков свариваемых кромок и сравнительно быстрым их охлаждением. Быстрое охлаждение при сварке объясняется тем, что масса разогретого металла очень мала по сравнению со всей массой изделия. Так как при сварке не представляется возможным создать условия, способствующие свободному расширению металла при нагревании и сжатию при охлаждении, то в местах сварки по­являются внутренние напряжения, вызывающие деформацию. Образование внутренних напряжений вызывается многими причинами, основные из них: а) б) в) г) неравномерный нагрев основного и наплавленного метал­ла; у задка расплавленного металла после сварки; структурные изменения металла из-за быстрого охлажде­ния; жесткое закрепление деталей или самого изделия в про­цессе изготовления.

СПОСОБЫ БОРЬБЫ С НУТРЕННИМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ

К наиболее действенным способам борьбы с внутренними напряжениями относятся: подогрев конструкции перед сваркой и отжиг после сварки. Предварительный подогрев конструкций уменьшает в металле разность температур, получающуюся при воздействии электрической дуги, и замедляет скорость охлажде­ния металла после сварки. При горячей сварке изделие подогревается до температуры перехода металла в пластическое состояние. При этом почти полностью предотвращается появление в утренних термических напряжений. Этот метод применяется при сварке сложных конструкций из стального литья, легированных сталей, чугуна и при наплавке твердых сплавов. < Сварка изделий из малоуглеродистой стали ведется обычно б конструкций. При сварке сталей, чувствительных к закалке, хо­рошие результаты дает подогрев температур 100-200°. Очень полезен небольшой подогрев (до 50-60°) при сварке в зимних условиях с температурой воздуха ниже - 10°. Вторым наиболее существенным средством уменьшения внут­ренних напряжений является отжиг сварных конструкций после окончания сварки. Отжигом устраняются также напряжения, об­разовавшиеся в процессе прокатки, вальцовки, гибки. Отжиг осуществляется в печи или горне. Для изделий из малоуглеро­дистой стали рекомендуется нагрев до 600-650°. Изделие при отжиге следует охлаждать медленно (вместе с печью). При до­стижении температуры отжига изделие выдерживается в печи определенное время в зависимости от его толщины. На каждые 25 мм толщины выдержка составляет 1 час. Взамен нормального отжига часто прибегают к частичному местному отжигу. Однако местный отжиг при неправильном ведении может вызвать в из­делии дополнительные напряжения и деформации. Специальные стали рекомендуется после сварки подвергать отпуску при температуре 200-300°. Помимо термических способов борьбы с внутренними напря­жениям , на практике могут применяться чисто технологические меры: поэлементная сборка изделия, заложение швов в опреде­ленной последовательности и др.

СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ДЕФОРМАЦИЯМИ

В производстве сварных изделий вследствие неправильного процесса сварки деформации достигают таких размеров, что по­следующее исправление их оказывается довольно затруднитель­ным. Так как на величину деформации в значительной степени влияет порядок выполнения и режим сварки, то при умелом использовании выработанных практикой методов можно добить­ся почти полного отсутствия коробления или уменьшения его до допустимых размеров. Рассмотрим основные методы борьбы с деформациями. Охлаждение. При усиленном охлаждении деформации уменьшаются в результате уменьшения объема нагретого металла Практически для охлаждения применяются чаще всего теплоотводящие подкладки. В качестве подкладок используются мас­сивные медные полосы, мокрый асбест. Реже используется ванна с водой, в которую погружают часть сварива­емого изделия, показан пример предварительного прогиба стерж­ня, состоящего из уголка и прямоугольной полосы. Для предохранения свариваемых листов от деформации при­меняется разведение кромок под некоторым углом. Величина разводки кромок берется из расчета 10-2 мм на 1 м шва. При сварке различного рода вставок необходимо острые углы закруглять, а в самой вставке делать небольшой предва­рительный выгиб, как показано. Это предупреждает большие напряжения, а следовательно, и трещины. Сваривая конструкцию из отдельных частей, всегда следует избегать получения швов, которые будут завариваться при жестком закреплении. Например, при сварке цилиндрических сосудов, состоящих из отдельных обечаек, рекомендуется такой порядок сварки: завариваются сначала продольные швы, а за­тем уже кольцевые. Если сваривать швы в обратной последова­тельности, то продольные швы окажутся жестко закрепленными. Такую же последовательность необходимо соблюдать при свар­ке плоских днищ больших резервуаров. В первую очередь сва­риваются короткие поперечные швы, затем длинные продольные. При сварке подкрановых балок, рам, составных колонн ко­роткие стыковые швы завариваются в первую очередь. Поря­док сварки монтажных стыковых швов балки при­веден. В уменьшении величины деформации большую роль играет направление ведения сварки. Правильно выбранное направление может намного уменьшить коробление конструкций. На при­мере сварки нижней части фундаментной плиты видно, каким образом направлением сварки можно уменьшить де­формацию. При выполнении сварки сверху вниз зазор в конце шва не может изменяться из-за наличия плиты, поэтому она не деформируется. Жесткое закрепление изделий. Одним из способов уменьше­ния деформаций является также жесткое закрепление частей конструкции при сварке. Жесткое закрепление деталей препят­ствует перемещению их в процессе сварки. При этом усилия от внутренних напряжений расходуются на пластическую деформа­цию нагретого металла шва и зоны сварки. Внутренние напря­жения в швах при жестком закреплении увеличиваются, и с этим явлением следует считаться. По окончании сварки и снятии закрепляющих приспособлений деформации хотя и появляются, но значительно меньших размеров, так как наличие швов пре­пятствует свободному перемещению частей изделия. Метод жесткого закрепления конструкций прост, вследствие чего его можно широко применять в производстве. Для этой Внутренние напряжения и деформации или употребляются специальные приспособления и кондукто­ры, в которых соединяемые элементы жестко закрепляют и за­тем свариваются. Увеличенные внутренние напряжения при не­обходимости могут быть устранены последующей термической обработкой. Проковка сварных швов. Для уменьшения вызываемого сваркой коробления довольно действенным способом является проковка сварных швов. Проковка производится ударами зубил с притуплённой рубящей кромкой с такой силой, чтобы остава­лись видимые следы на поверхности шва. Целесообразно про­ковку осуществлять пневматическим молотком. При многослойной наплавке, по данным Г. А. Николаева, проковка в холодном состоянии уменьшает деформации на 15- 30%- 188 Для уменьшения внутренних напряжений и деформаций большое значение имеет рационально проектирование свар­ных конструкций с учетом условий технологии. Следует стремиться к уменьшению в конструкциях общего количества наплавленного металла путем сокращения длины сварных швов и уменьшения их поперечного сечения. Расположение швов в элементах конструкций необходимо делать по возможности симметричным при условии соблюдения взаимной уравнове­шенности, что устранит остаточные деформации изгиба. Следу­ет также предусматривать возможность выполнения сварных швов в любой последовательности.


 

Напряжением называют силу, отнесенную к площади, на которой она действует. Деформация - это изменение формы и размеров тела под действием внешних либо внутренних сил. Температурные поля при сварке вызывают усадочные явления и интенсивное развитие деформаций. При неравномерном местном нагреве в зоне соединения возникают напряжения сжатия, уравновешиваемые напряжениями растяжения в остальной части детали. При последующем охлаждении происходят неравномерные объемные изменения, пластическое деформирование и, как результат, образование в зоне шва напряжений растяжения. Рассмотрим упрощенный механизм образования и развития пластических деформаций и напряжений при сварке пластин встык. Мысленно разобьем эти пластины плоскостями, параллельными оси шва, на отдельные бесконечно узкие стержни и рассмотрим процесс деформирования одного из них при нагреве и остывании. При нагреве стержень удлинится на величину г = а Г, где а - коэффициент линейного расширения материала, из которого изготовлен стержень; Температура нагрева. 

Удлинению сопротивляются неподвижные торцы стержня, в нем возникают напряжения сжатия, которые с увеличением температуры возрастают, пока не достигнут предела текучести при соответствующей деформации. Начиная с этого момента, т. е. при Т>Тт , кривые в и а разделяются. Напряжение остается постоянным и равным пределу текучести при нормальной температуре до момента времени, когда температура нагрева достигнет значения Тр. Затем напряжение начнет уменьшаться и достигнет нуля при Т = Т р. Деформация же 8 с момента Т = Тт. будет продолжать увеличиваться, что вызовет в стержне деформации сжатия. К моменту, когда температура нагрева достигнет значения 72Кр, пластические деформации сжатия достигнут максимума -8ПЛ в точке. Последующее охлаждение стержня приведет к восстановлению его прочностных свойств и появлению растягивающих напряжений (прямая S2C2). Напряжения растяжения будут расти, пока не достигнут предела текучести от (точка D1), и далее в процессе остывания до точки С1 сохранят свое постоянное значение. После полного охлаждения в элементе в зоне упруго-пластических деформаций будут остаточные напряжения растяжения, равные пределу текучести при нормальной температуре. Поскольку общая накопленная пластическая деформация в этом случае больше ет, разность между ними приведет к появлению пластических деформаций растяжения е. Причиной появления остаточных напряжений может служить разница в удельных объемах структур определенных участков сварного соединения. Эти напряжения носят название структурных остаточных напряжений. Они в большинстве случаев появляются совместно с температурными напряжениями. Например, при остывании легированных сталей образование мартенсита связано с резким увеличением объема. Так как здесь объемные деформации происходят при низких температурах, когда металл находится в упругом состоянии, то структурные превращения приводят к образованию остаточных напряжений.

Напряжения, которые существуют в конструкции или элементе конструкции при отсутствии приложенных к ним поверхностных или объемных сил, называют собственными напряжениями. Они возникают вследствие различных видов деформаций металла, например появляющихся при изменении температуры, из-за структурных превращений или под действием внешних сил.

Собственные напряжения в зависимости от объема взаимно уравновешенных частиц тела подразделяют на напряжения I рода, которые уравновешиваются в макрообъемах (в сварном соединении, сварном шве), II рода, которые уравновешиваются в пределах зерен металла, и III рода, которые уравновешиваются в пределах кристаллической решетки. По продолжительности существования собственные напряжения бывают временные, которые существуют только во время сварки, и остаточные, сохраняющиеся устойчиво в течение длительного периода после сварки. Распределение остаточных напряжений в сварных соединениях весьма разнообразно и трудно поддается регламентации и четкой классификации. Более или менее стабильный характер имеют остаточные собственные напряжения вдоль швов, в первую очередь стыковых. Для большинства сплавов в сварном шве величина наиболее опасных растягивающих остаточных напряжений достигает значения предела текучести и иногда превышает его. Деформации конструкций, вызванные сваркой, разделяют на общие, характерные для сварной конструкции в целом, и местные, которые образуются в пределах одной или нескольких деталей, или на части одной из деталей конструкции. Наблюдаемые в сварных конструкциях общие и местные деформации вызываются необратимыми усадочными явлениями и пластическими деформациями, сопутствующими тепловому воздействию сварочной дуги, а также возникающими сварочными напряжениями. Деформации зависят от способа сварки, геометрических характеристик сечения, расположения соединения в конструкции, техники выполнения сварных соединений. Различают деформации продольные и поперечные, изгиба, скручивания, потери устойчивости. Продольные и поперечные деформации образуются при выполнении всех типов швов и соединений. Это сокращение размеров сваренных элементов по длине и ширине.

Остаточные продольные деформации зависят от ширины и толщины свариваемых элементов, способа сварки, размеров швов и других факторов.

Поперечные деформации в пластинах конечных размеров зависят от длины швов. При выполнении стыковых соединений с зазором от неравномерного нагрева свариваемых пластин по их ширине пластины изгибаются с раскрытием зазора. Остывание металла в зоне уже сваренного шва приводит к сближению и повороту пластин, стремящемуся закрыть зазор.

Деформации изгиба появляются при сварке листов, стержней и оболочек и являются следствием несимметричного расположения швов относительно центра тяжести сечения, не одновременного выполнения симметрично расположенных швов или не одновременного заполнения разделки кромок валиками сварного шва. Неравномерные по толщине поперечные пластические деформации образуют угловое перемещение.

Деформации полки тавровых соединений носят название "грибовидностъ", эти деформации тем больше, чем больше толщина полки и катет сварного шва. Характерными являются деформации при сварке балочных конструкций, например продольного шва тавра (рис. 26). После окончания сварки возникает укорочение балки и изгиб тавра. Деформации скручивания образуются вследствие несимметричного расположения швов относительно центра изгиба стержней или неодновременного наложения швов.

Деформация тавровой балки: при сварке таврового а - балка до сварки; б - балка после сварки; соединения (3 - угол прогиба; А - величина прогиба Деформации потери устойчивости вызываются сжимающими напряжениями, образующимися в процессе выполнения сварных соединений или после остывания конструкции.

Особенно большие деформации возникают при сварке тонколистовых конструкций. В сварных конструкциях могут быть не только общие, но и местные деформации в виде выпучин и волн. Длинные и узкие листы, сваренные встык, под действием угловых деформаций и собственной массы получают волнистость, размеры которой определяются углом Р и толщиной свариваемых листов, определяющей их массу. При приварке к листу ребер поясные листы получают местные деформации - грибовидность. Кроме местных угловых деформаций могут возникать выпучины и волнистость на поверхности листа. Остаточные деформации, возникающие в результате перераспределения внутренних остаточных напряжений после сварки, называют вторичными. Это перераспределение может произойти при первом нагружении сварной конструкции, при механической, термической и газопламенной обработке сварных изделий. Остаточные сварочные напряжения, перемещения и деформации могут существенно снизить прочность, исказить точность форм и размеров конструкции, ухудшить внешний вид изделия, снизить технологическую прочность сварных соединений, что приведет к возникновению горячих или холодных трещин. В определенных условиях может снизиться статическая прочность или произойти потеря устойчивости сварной конструкции.

Деформации при сварке тонколистовых полотнищ (а) и при приварке ребер к листу очередь, может привести к ее разрушению. Для конструкций, работающих в агрессивной среде, в случае растягивающих остаточных напряжений возникает вероятность появления коррозионного растрескивания или усиления коррозионных процессов. Таким образом, на стадиях проектирования, изготовления и монтажа сварных конструкций необходимо принимать меры по уменьшению влияния сварочных напряжений и деформаций. Нужно уменьшать объем наплавленного металла и тепловложение в сварной шов. Сварные швы следует располагать симметрично друг другу, не допускать, по возможности, пересечения швов. Ограничить деформации в сварных конструкциях можно технологическими приемами: сваркой с закреплением в стендах или приспособлениях, рациональной последовательностью сварочных (сварка обратноступенчатым швом и др.) и сборочно-сварочных операций (уравновешивание деформаций нагружением элементов детали). Нужно создавать упругие или пластические деформации, обратные по знаку сварочным деформациям (обратный выгиб, предварительное растяжение элементов перед сваркой и др.). Эффективно усиленное охлаждение сварного соединения (медные подкладки, водяное охлаждение и др.), пластическое деформирование металла в зоне шва в процессе сварки (проковка, прокатка роликом, обжатие точек при контактной сварке и др.). Лучше выбирать способы сварки, обеспечивающие высокую концентрацию тепла, применять двустороннюю сварку, Х-образную разделку кромок, уменьшать погонную энергию, площадь поперечного сечения швов, стремиться располагать швы симметрично по отношению к центру тяжести изделия. Напряжения можно снимать термической обработкой после сварки. Остаточные деформации можно устранять механической правкой в холодном состоянии (изгибом, вальцовкой, растяжением, прокаткой роликами, проковкой и т.д.) и термической правкой путем местного нагрева конструкции.

Автоматическая сварка

Подробности

МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

 

Общие сведения одной из главных технических и социальных задач в сварочном производстве является замена ручного труда сварщиков механизированной и автоматизированной свар кой. Эта задача решается заменой ручной сварки механизированной для конструкций, где сложно использовать автоматическую сварку (короткие швы, сложное пространственное положение), широкого использования робототехники, применения механизированных и автоматизированных сварочных установок с использованием усовершенствованных и новых сварочных процессов. Вместе с тем трудоемкость сварки составляет примерно одну треть общей трудоемкости изготовления сварной конструкции. Поэтому дальнейшее сокращение времени изготовления сварных конструкций наряду с механизацией и автоматизацией сварки предусматривается за счет комплексной механизации и автоматизации сварочного производства, т. е. механизации и автоматизации всех производственных процессов, составляющих технологический цикл изготовления сварной конструкции (заготовительных, обрабатывающих, сборочно-сварочных, отделочных, контрольных). Эффективность механизации и автоматизации технологических процессов зависит от серийности изготовляемых на конкретном предприятии конструктивно и технологически подобных сварных конструкций. В машиностроении, в том числе сварочном производстве, различают следующие типы производства: мелкосерийное, характеризуемое широкой номенклатурой изготовляемых изделий и малым объемом выпуска изделий; серийное, характеризуемое ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых периодически повторяющимися партиями, и сравнительно большим объемом выпуска; крупносерийное производство, характеризующееся установившейся номенклатурой изделий, выпускаемых в больших количествах на протяжении всего года. Строгих границ между типами производства нет. Ориентировочные признаки серийности сварочного производства в зависимости от массы сварных узлов и их годового выпуска приведены в табл. 19. Каждому типу производства соответствуют свои оптимальные технологические процессы, оборудование и организация производства. С увеличением серийности сварных конструкций возрастает степень механизации и автоматизации технологических процессов и операций, применяемых при их изготовлении. § 41. Сборочные работы и их механизация Сборка под сварку — это технологическая операция, обеспечивающая подлежащим сварке деталям необходимое взаимное расположение с закреплением их специальными приспособлениями или прихватками. Сборку выполняют на плите, стеллаже, стенде или в специальном приспособлении, предназначенными для размещения и закрепления собираемого и свариваемого изделия. Сборочно-сварочная плита — опорное приспособление в виде горизонтальной металлической плиты с пазами; стеллаж — простейшее опорное приспособление с плоской горизонтальной поверхностью для размещения крупногабаритных изделий в цехе. Сборочно-сварочные стенды — более сложные устройства для размещения деталей собираемых и свариваемых крупногабаритных изделий и фиксации их в нужном положении. Примерами сборочно-сварочных стендов могут служить электромагнитные стенды при изготовлении плоскостных секций судовых корпусов, резервуаров, вагонов и дру гих листовых конструкций. В условиях единичного производства расположение деталей в свариваемом узле задается разметкой, для их закрепления используют струбцины, планки, скобы с клиньями и другие простейшие универсальные приспособления. Использование специальных сборочных приспособлений-кондукторов позволяет повысить производительность труда и качество сборки. Сварочный кондуктор — приспособление для сборки и закрепления относительно друг друга свариваемых частей в определенном положении. Основой сборочного приспособления является жесткий каркас, несущий упоры, фиксаторы и прижимы (рис. 84). При сборке детали заводят в приспособление, укладывают по упорам и фиксаторам и закрепляют прижимами. Применяют стягивающие и распорные прижимы с ручным и механическим приводом. Прижимы с ручным приводом (винтовые, рычажные, эксцентриковые) просты, но требуют непосредственного ручного труда сборщика (рис. 85). Использование пневматических, гидравлических, электромагнитных и вакуумных прижимов значительно сокращает вспомогательное время, особенно, если требуется зажать изделие в нескольких местах. Фиксацию собранных деталей для придания требуемой жесткости собранному узлу наиболее часто осуществляют на прихватке. Прихватки должны иметь ограниченное поперечное сечение и располагаться в местах, обеспечивающих их полную переварку при укладке основного шва. Последовательность выполнения сборочно-сварочных операций может быть различной: сварку выполняют после полного завершения сборки; сборку и сварку ведут попеременно, например при изготовлении конструкции наращиванием отдельных элементов; общей сборке и сварке конструкции предшествуют сборка и сварка узлов. Для удобства выполнения тех или иных швов изделие приходится устанавливать в различные положения. Это осуществляется с помощью приспособлений — позиционеров, вращателей, кантователей, роликовых стендов, манипуляторов. Подобного рода приспособления (табл. 20) могут быть как установочные, предназначенные только для поворота изделия в положение, удобное для сварки того или иного шва, так и сварочные, обеспечивающие кроме установки изделия его вращение (перемещение) с заданной скоростью, равной скорости сварки. Позиционер — приспособление, предназначенное для установки изделия в удобное для сборки и сварки.

Универсальные приспособления общего назначения (сборочные плиты, стеллажи, манипуляторы, кантователи, роликовые стенды) используют для сборки и сварки изделий широкой номенклатуры и различных размеров. Для изделий определенного типа, но разных размеров используют универсальные приспособления специального назначения, которые конструируют в индивидуальном порядке. Универсальные приспособления применяют в единичном и мелкосерийном производстве. Помимо универсальных и специальных приспособлений в мелкосерийном и единичном производстве применяют универсально-сборочные приспособления, представляющие собой набор различных конструктивных элементов — универсальные плиты с продольными и поперечными пазами, типовые сменные упоры, фиксаторы, штыри, прихваты, планки, крепежные детали и т. п. В условиях крупносерийного и массового производства используют специальные приспособления одноцелевого назначения для выполнения определенных операций при изготовлении конкретного изделия. С целью уменьшения сварочных деформаций напряжений при сборке применяют ряд мер. Эффективной мерой снижения остаточных деформаций является жесткое закрепление свариваемых деталей в специальных приспособлениях — кондукторах. Часто применяют дополнительную деформацию заготовок, которая должна быть противоположной ожидаемой сварочной деформации. Метод предварительного изгиба свариваемых деталей используют для борьбы с угловыми деформациями при сварке стыковых и нахлесточных соединений. При сварке листов небольшой ширины с V-образной разделкой кромок их располагают с предварительным выгибом в сторону, обратную ожидаемой деформации. Листы большой ширины можно укладывать с предварительным изгибом свариваемых кромок. С целью устранения деформаций при сварке тавровых и двутавровых балок применяют приспособления, которые изгибают балку в сторону, обратную ожидаемой деформации. Эффективной мерой предотвращения выпучивания стойки в двутавровых балках, вызванной сваркой поясных швов, является сборка с предварительным натяжением стенки. Для натяжения стенки используют сборочные стенды с домкратными устройствами.

Поточные механизированные и автоматизированные линии Поточная линия — комплекс оборудования, взаимно связанного и работающего согласованно с определенным заданным ритмом по единому технологическому процессу. В сборочно-сварочные механизированные поточные линии входит оборудование для выполнения сборки, сварки, а иногда и операций подготовки металла, его раскроя, контроля готовой продукции и т. д. Первая поточная линия с применением автоматической сварки под флюсом была создана в годы Великой Отечественной войны для производства корпусов танков Т-34. По признаку механизации и автоматизации различают несколько типов поточных линий: с частичной механизаций, при которой используется ручная и полуавтоматическая сварка, а остальные процессы производственного цикла — раскрой металла, резка, сборка, окраска и др.— выполняются вручную; с комплексной механизацией, когда механизированы несколько операций, например, применяется механизированная резка и полуавтоматическая сварка; с частичной автоматизацией, при которой основные процессы (резка, сварка) автоматизированы, а остальные работы (сборка, контроль качества, окраска) выполняются с применением механизированного инструмента и приспособлений; с комплексной автоматизацией—автоматические линии. Автоматические линии представляют собой комплекс машин, выполняющих в заданной технологической последовательности весь цикл операций по производству изделий, с общими для всей линии механизмами управления и автоматическими транспортными устройствами, перемещающими объект обработки от одной машины к другой. Примером автоматической линии могут служить сборочно-сварочные автоматические линии для производства сварных труб большого диаметра со спиральным швом, на которых с помощью автоматов под наблюдением небольшого количества операторов осуществляются все операции по изготовлению труб из стальной ленты. В сварочном производстве используют сборочно-свароч ные линии с различной степенью механизации и автоматиза ции оборудования и применяемой оснастки с учетом массо вости, серийности и индивидуальности производства для многих видов сварных изделий — при сборке и сварке полотнищ, изготовлении обечаек, труб, сосудов, балок, решетчатых и комплексных конструкций, сварных заготовок для деталей машин. Мелкосерийное (единичное) производств о сварных конструкций является наиболее распространенным в промышленности и строительстве.


 

Эффективность мелкосерийного производства сварных конструкций повышают следующими путями:

1.

Сосредоточение однотипных сварных конструкций (плоскостных, балочных, цилиндрических, решетчатых, рамочных, корпусных, сферических, конических и пр.) и создание для их изготовления типовых участков. Это приближает мелкосерийное производство к серийному и создает условия для применения средств механизации и автоматизации.

 

2. Замена ручной сварки механизированной и автоматической. В настоящее время около 70% всех швов в сварных конструкциях составляют короткие и угловые швы, поэтому основной путь механизации сварки таких швов — полуавтоматическая сварка в среде защитных газов. В случаях, где целесообразна автоматическая сварка, перспективно применение наряду с обычными сварочными головками и тракторами легких переносных тракторов массой до 12— 14 кг и самоходных тележек к полуавтоматам для перемещения горелки во время сварки. Такие участки и цеха созданы на судостроительных заводах (для сборки и сварки полотнищ и приварки набора, изготовления тавровых профилей), на машиностроительных заводах и заводах металлоконструкций (для сборки и сварки балок и полотнищ).

3. Механизация заготовительных операций. Созданы полуавтоматические линии для изготовления деталей из листового проката с применением газовой и плазменной резки почти на всех судостроительных заводах. Линии и участки холодной обработки листового проката, прокатных уголков, швеллеров, двутавров и труб созданы на многих машиностроительных заводах и предприятиях, изготовляющих металлические строительные конструкции.

4. Применение в раскройно-заготовительных отделениях заводов автоматизированных участков комплектации, в которых учет и выдача поступающих деталей, а также управление штабелерами и подъемно-транспортными устройствами осуществляется с помощью ЭВМ. Такие автоматизированные участки позволяют не только сократить число обслуживающего персонала, занятого комплектацией, но и обеспечить своевременное поступление деталей в сборочно-сварочные отделения. В этом случае детали хранят и подают на сборку в контейнерах и поддонах (в зависимости от размеров деталей), являющихся общей оснасткой раскройно-заготовительных и сборочно-сварочных отделений.

5. Расширение механизации вспомогательных операций. В раскройно-заготовительных и сборочно-сварочных отделениях наряду с мостовыми кранами применяют автономные грузоподъемные средства (консольные и полупортальные краны, кран-балки, поворотные консоли с тельферами и т. п.), оборудованные быстродействующими захватами и выносными пультами, обслуживаемыми не крановщиками и стропальщиками, а рабочими основного производства. При серийно м изготовлении сварных конструкций сборочные и сварочные операции, как правило, выполняются на специализированных поточных линиях с отдельно расположенными рабочими местами, а при необходимости — связанными между собой единой транспортной системой. Ритмичная работа таких линий обеспечивается за счет размещения накопителей и промежуточных складов между рабочими местами и линиями. Особое место в серийном производстве занимают высокомеханизированные и автоматизированные переналаживаемые линии, предназначенные для изготовления определенных, но незначительно отличающихся по форме и размерам сварных конструкций. В таких линиях сборочные и сварочные установки переналаживаются за счет изменения положения основных узлов на станинах этих установок в период подготовки линии к изготовлению новой сварной конструкции^ Оборудование переналаживаемых линий конструктивно не изменяется, поэтому основные узлы сборочных (базы, фиксаторы, прижимы и т. п.) и сварочных (автоматы, их рельсовые пути и т. п.) установок, а также вспомогательное оборудование для выполнения подъемно-транспортных операций й системы автоматизации этих линий могут быть высокопроизводительными и выполнять технологические операции с высоким уровнем механизации и автоматизации. Переналаживаемые линии имеются в краностроении, изготовлении корпусов электродвигателей, производстве полотнищ в судостроении, сварных двутавровых балок в строительстве, однако таких линий еще недостаточно, в связи с чем и в серийном производстве многие конструкции изготовляют с применением методов, характерных для мелкосерийного производства. Крупносерийное производство сварных конструкций является специализированным и предназначается для изготовления определенной конструкции и входящих в нее узлов (например, сварных кузовов автомобилей различных марок, магистральных полувагонов, шахтных вагонеток, оконных переплетов и т. д.). В этом случае автоматические линии или агрегаты для изготовления сварных подузлов соединяют внутрицеховым транспортом с линией для изготовления из них узлов и далее с линиями общей сборки и сварки выпускаемой конструкции, а сами сварные конструкции изготовляют машины, которые управляются оператором. Такие линии имеются на многих автомобильных, тракторных и других заводах с крупносерийным производством. Отличительной особенностью полностью автоматических сборочно-сварочных линий является то, что рабочие места этих линий соединяются между собой транспортной системой, которая по своей конструкции и работе увязана с основным и вспомогательным оборудованием рабочих мест. Связь между рабочими местами автоматических линий может быть жесткой и гибкой. Гибкую связь на линиях обеспечивают за счет применения межоперационных накопителей деталей и узлов, что дает бесперебойную работу линии при отказе какого-либо элемента. В крупносерийном производстве операции по сварке швов, расположенных во всех пространственных положениях, должны выполняться автоматами. Это могут быть автоматы для дуговой сварки, машины для контактной и точечной дуговой сварки, промышленные роботы, а также различные сварочные устройства, в которых перемещение изделия осуществляется механическим оборудованием линии. В зависимости от требуемой производительности на одном рабочем месте линии вместо одного устанавливается несколько автоматически работающих сварочных аппаратов, одновременно сваривающих определенные швы или участки этих швов. В связи с большими возможностями промышленных роботов (см. § 43) их можно эффективно использовать в качестве единого универсального оборудования, которое настраивается по определенной программе и предназначено для автоматической сварки различных по форме и размерам швов. Автоматизированные линии с роботами для сварки начали работать на ряде автомобильных заводов: ВАЗ, ГАЗ, ЗИЛ и др. Автоматические линии могут быть созданы при условии автоматизации сборки изделий. Это достигается расчленением операций сборки, т. е. сборка выполняется не на одном рабочем месте, а на нескольких, как правило, с совмещением приварки устанавливаемой детали. В этом случае сварные конструкции изготовляют методом постепенного наращивания, и сборка превращается в простую и относительно легко выполняемую операцию. При массовом производстве сварных конструкций наиболее целесообразно использовать подвесные толкающие конвейеры для обслуживания автоматических линий и агрегатов в заготовительных, сборочно-сварочных и отделочных отделениях. Применение подвесных конвейеров и автоматических линий и агрегатов в сочетании с управлением ими с помощью ЭВМ позволит в сварочном производстве перейти к созданию комплексных автоматизированных предприятий и заводов-автоматов. Образцом комплексной механизации и автоматизации сварочного производства в крупносерийном производстве может служить изготовление узлов легкового автомобиля на ВАЗе. Сборку и сварку узлов автомобиля ведут на комплексно-механизированных и автоматизированных линиях. Крупные детали подаются на линии системой конвейеров, мелкие — в контейнерах автопогрузчиками. Узлы с одной позиции на другую передаются автоматическими транспортерами. В конце каждой автоматической линии имеются посты перегрузки, с которых с помощью подвесного конвейера узел передают на следующую автоматическую линию или на место складирования межоперационных заделов. Высокая производительность труда на ВАЗе достигнута за счет применения быстродействующих машин и механизмов, безотказной работы всего оборудования и четкой организации обслуживания. Сварочные машины имеют быстродействующие разъемы для снабжения их электроэнергией, сжатым воздухом, водой. Переналадку, ремонт, замену оснастки ведут в нерабочее время или с минимальными потерями рабочего времени. Почти 40% от общего числа сварных точек автомобиля на этом заводе выполняется на многоэлектродных машинах. Сборку и сварку основных узлов кузова (крыши, боковин, пола, передних крыльев и дверей) ведут на комплексно-механизированных и автоматизированных линиях, состоящих из многоэлектродных машин.


 

Основной тип многоэлектродных машин — прессы со съемными сварочными штампами. Сварочные штампы для части переналаживаемых машин располагаются на запасной позиции загрузочных направляющих и их можно установить в рабочее положение за несколько минут. Универсальные сварочные машины укомплектованы быстросъемными легкодоступными устройствами. Дуговой полуавтоматической и автоматической сваркой на ВАЗе выполняется 75% всех швов. Устройство автоматических дуговых сварочных установок также предусматривает быструю смену отдельных частей. Применение промышленных роботов в сварочном производстве Промышленным роботом называют автоматический манипулятор с программным управлением, который может быстро переналаживаться для выполнения различных операций, выполняемых обычно вручную. Основное отличие этого нового типа автоматической машины от других автоматов— применение принципов ручного труда и универсальность, что делает его использование выгодным и в крупносерийном производстве и особенно в условиях частой смены видов продукции, т. е. в серийном и мелкосерийном производстве. Промышленный робот имеет механическую «руку» и «кисть», обеспечивающие несколько независимых перемещений инструмента (продольных, поперечных, вращательных угловых) в любую точку пространства в пределах его рабочей зоны по команде встроенной системы управления, которая содержит запоминающее устройство для хранения заданной программы. В настоящее время в промышленности в основном используются роботы первого поколения с жесткой программой действия и отсутствием обратной связи с окружающей средой. Вторым поколением являются роботы с нежесткой программой и датчиками обратной связи. Третье поколение роботов — роботы с искусственным интеллектом, способные полностью заменить человека в области квалифицированного труда. Робот может заменить рабочего, особенно на однообразных операциях, он не утомляется, не совершает ошибок, способен развивать большие усилия, может работать во вредных условиях. Применение роботов повышает однородность качества изделий, делает возможным переход производства на непрерывную круглосуточную работу. В сварочном производстве роботы нашли преимущественное применение при контактной точечной сварке в следующих случаях: разгрузка и загрузка специализированной сварочной машины, рассчитанной на определенный тип изделия. Здесь робот устанавливает заготовку в машину, а после сварки вынимает и заменяет следующей; обслуживание стационарной сварочной машины, которое состоит в том, что робот подает очередную деталь, устанавливает ее, включает машину, перемещает деталь и убирает ее; сварка с помощью автоматически работающих клещей, укрепленных на конце руки робота. В первом случае используется позиционный транспортирующий робот обычного типа, во втором и третьем случаях — специальный сварочный робот. Робот, внешний вид которого изображен на рис. 86, используется в качестве носителя сварочных клещей для контактной сварки в автомобильной промышленности. Перед работой в запоминающее устройство робота вводится программа его действия. Для этого опытный сварщик на первом узле последовательно перемещает инструмент от одного рабочего положения к другому, вводя координаты каждой из этих точек в запоминающее устройство нажатием кнопки «Память». Если на пути между соседними свариваемыми точками оказывается препятствие, например элементы зажимного приспособления, то в память робота вводят координаты дополнительных точек, определяющих траекторию движения инструмента в обход препятствия. Выполнение программы начинается после того, как собираемый или свариваемый узел займет требуемое исходное положение и сигнал об этом поступит в запоминающее устройство, после чего робот в соответствии с заложенной программой производит необходимые действия. В отличие от точечной сварки, когда промышленный робот берет на себя чисто физический труд по перемещению сварочных клещей, при дуговой сварке его движения определяются самим технологическим процессом сварки. Роботы, предназначенные для дуговой сварки, должны осуществлять непрерывное движение электрода при регулируемых величинах перемещения. Это усложняет его конструкцию и требует значительно большего объема памяти программирующих устройств. Существенным недостатком роботов первого поколения является требование высокой точности сборки свариваемых деталей и их расположение в рабочем пространстве робота. В настоящее время создаются сварочные роботы второго поколения с системами обратной связи, с помощью которых рабочая программа и манипуляции робота будут автоматически корректироваться при изменении положения изделия или его отдельных элементов. Такие роботы, оборудованные специальными датчиками, смогут, например, обеспечить автоматический обход встречающихся на пути элементов зажимных приспособлений. Наряду с совершенствованием обычных промышленных роботов создаются роботы, действующие в экстремальных (сложных, труднодоступных, опасных для человека) условиях — в агрессивных средах, под водой, в космосе, при действии радиации. Основная перспектива современного производства — полная автоматизация технологических процессов при возможности частого изменения номенклатуры производимых изделий. Для процессов сварки эти требования удовлетворяются с помощью сварочных робототехнических комплексов. Робототехнический комплекс включает в себя технические средства — датчики, дающие необходимую информацию, и системы ввода их сигналов в ЭВМ, программные средства — алгоритмы и реализующие их программы, позволяющие вычислять необходимые траекторию сварочной горелки и режимы сварки. В качестве ЭВМ робототехнических комплексов целесообразно использовать микропроцессорные системы. Подобные системы, имея небольшую стоимость, позволят осуществить сварку изделий разных размеров, конфигураций из различных материалов, причем автоматически выбирать режимы, которые являются наилучшими для реальных параметров свариваемого соединения.

Микропроцессорные системы или микро-ЭВМ строят из микропроцессоров-Микропроцессор — это универсальный программирующий элемент, представляющий большую интегральную схему, содержащий несколько тысяч транзисторов, со структурой, аналогичной структуре ЭВМ. Благодаря малым размерам и стоимости микропроцессорные системы могут встраиваться непосредственно в аппаратуру, что резко расширяет ее возможности. Микропроцессор с вспомогательными схемами образует процессорный модуль, к которому с помощью системных шин подключают периферийные модули. Системные шины — набор соединительных проводников-линий, объединяющих выводы всех периферийных модулей. Системные шины делятся на три группы: шину данных, шину адресов и шину управления. Периферийными модулями могут быть запоминающие устройства, дисплеи, датчики и исполнительные механизмы. Работа микропроцессора заключается в обработке исходных данных по заданному алгоритму. Алгоритм — набор последовательно выполняемых команд по обработке исходных данных с целью получения требуемого результата. Каждый микропроцессор характеризуется определенной системой команд. Система команд — полный перечень элементарных действий, которые способен производить микропроцессор. Составляя программу из таких команд, можно запрограммировать выполнение алгоритма любой сложности при выполнении сварочных и других работ.

Контрольные вопросы

1. Какие основные операции включает в себя технологический процесс изготовления сварной конструкции?

2. Что предусматривает комплексная механизация и автоматизация сварочного производства?

3. Какие сборочно-сварочные приспособления применяются при изготовлении сварных конструкций?

4. Что такое поточная линия, классификация поточных линий?

5. Каковы особенности механизации и автоматизации в зависимости от серийности сварочного производства?

6. Что такое сварочный промышленный робот? Как используются роботы в сварочном производстве?


 

Применение робототехники - универсальный путь автоматизации сварочной технологии не только в серийном, но и мелкосерийном производстве, так как при смене изделия можно использовать тот же робот, изменяя лишь его программу. Роботы позволяют заменить монотонный физический труд, повысить качество сварных изделий, увеличить их выпуск. Один робот может заменить труд четырех человек. При изготовлении сварных изделий следует иметь в виду, что сравнительно просто применять роботы для контактной точечной сварки нахлесточных соединений, сложнее - для электродуговой сварки угловых и тавровых соединений и крайне сложно - для электродуговой сварки стыковых соединений.

 

Роботы предъявляют специфические требования к технологии изготовления изделия: необходима высокая точность всех заготовок узла, стабильность положения сварного соединения в пространстве и высокое качество сварочных материалов. Возможность использования роботов определяется размерами и формой их рабочего пространства, точностью позиционирования, скоростью перемещения, числом степеней подвижности инструмента, особенностями управления.

Для перемещения не ориентированных в пространстве предметов достаточно трех степеней подвижности, а для полной пространственной ориентации - шести. Для выполнения сварных швов в общем случае необходимо иметь пять степеней подвижности. Обычно три степени подвижности обеспечивает базовый механизм робота, а еще две степени добавляет механическое устройство - кисть робота, на которой крепится рабочий инструмент (сварочная головка, клещи для контактной сварки или газовый резак). Базовый механизм робота может быть выполнен в прямоугольной (декартовой), цилиндрической, сферической и ангулярной (антропоморфной) системах координат (рис. 166). Система координат базового механизма определяет конфигурацию и габариты рабочего пространства робота, в пределах которого возможно управляемое перемещение его исполнительного органа. Робот с прямоугольной системой координат имеет рабочее пространство в виде прямоугольного параллелепипеда (рис. 167, а), размеры которого меньше габаритов самого робота. Промышленные роботы с цилиндрической (рис. 167, б) и сферической (рис. 167, в) системами координат обслуживают более объемное пространство при сравнительно малой площади основания манипулятора. Более компактными являются роботы, выполненные в антропоморфной системе координат, образующие рабочее пространство, близкое к сфере. Все типы роботов могут быть установлены неподвижно или с возможностью передвижения по напольным или подвесным направляющим. В основе компоновки базовых механизмов роботов принят модульный принцип. Каждый модуль имеет однокоординатное движение. Агрегатная система робототехники позволяет из стандартных блоков, имеющих прямоугольные и вращательные движения (рис. 168), собирать оптимальный промышленный робот, имеющий только требуемое число степеней свободы. Путем использования простых модульных элементов, которые легко могут быть применены для других целей, увеличивается многовариантность и гибкость системы.

В роботах применяют гидравлические, пневматические и электромеханические приводы. Пневмопривод конструктивно прост, однако при его использовании требуемое перемещение инструмента (углы поворота, длина хода) задают только перестановкой упоров, т.е. по каждой степени подвижности имеются только два положения. Гидравлический привод компактен и позволяет управлять инструментом с большой точностью. Электропривод требует использования сложных безлюфтовых редукторов, но зато он проще в обслуживании и обеспечивает высокие быстродействие и точность. Этот тип привода используют, как правило, в сварочных роботах. Пневмопривод применяют в промышленных роботах для сборки деталей, при погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работах.

Кроме линейных и вращающихся модулей на европейских промышленных предприятиях для сварочных и газорезательных работ используют роботы с шестью степенями свободы при различном их конструктивном оформлении (рис. 169). Для http://pagead2.googl class=![CDATA[ google_ad_client = esyndication.com/pagead/show_ads.jshttp://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.jshttp://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.jshttp://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.jsсварки в среде защитных газов крупных металлоконструкций применяют роботы портального типа, выполненные![CDATA[ google_ad_client = в декартовой системе координат с точностью позиционирования инструмента ± 0,35мм. Робот "Горизонтальный-80" (Франция) имеет гидравлический привод, координаты цилиндрические, точность ± 0,3 мм. Робот "Жолли-80" (Италия) оснащен электрическим приводом, координаты цилиндрические, точность ±0,5 мм. Робот рычажный 6СН (США) имеет гидравлическую систему управления, выполнен в антропоморфной системе координат, точность позиционирования ± 1,27 мм. Гидравлическим приводом оснащен робот "Полярный-6000" (Италия), работающий в системе сферических координат с точностью ± 1 мм. Системы управления движением инструмента робота подразделяются на цикловые, позиционные и контурные.

Цикловая система наиболее проста, так как программируют обычно две позиции: начало и конец перемещения инструмента. В роботах с цикловым управлением широко используют пневмопривод.

Позиционная система управления задает не только последовательность команд, но и положение всех звеньев робота, ее используют для обеспечения сложных манипуляций с большим числом точек позиционирования. При этом траектория инструмента между отдельными точками не контролируется и может отклоняться от прямой, соединяющей эти точки. Однако завершение перемещения в каждой точке обеспечивается с заданной точностью. Систему называют однопозиционной, если она предусматривает остановку инструмента в конце каждого отдельного перемещения (в каждой точке). Такая система пригодна для контактной точечной сварки, для сборочных и транспортных операций.

Многопозициопная система управления предусматривает прохождение промежуточных точек без остановки с сохранением заданной скорости. При достаточной частоте промежуточных точек такая система управления обеспечивает перемещение инструмента по заданной траектории и поэтому может использоваться для дуговой сварки. Однако в этом случае введение программы в память робота требует значительных затрат времени.

Контурная система управления задает движение в виде непрерывной траектории или контура, причем в каждый момент времени определяет не только положение звеньев манипулятора, но и вектор скорости движения инструмента. Эта система обеспечивает движение инструмента по прямой линии или окружности путем задания соответственно двух или трех точек участков траектории. Это существенно упрощает обучение робота, так как отдельные участки траектории могут интерполироваться дугами окружности и отрезками прямых. Роботы с контурным управлением используют для дуговой сварки и термической резки.

Программа выполнения операций дуговой сварки обычно вводится в память робота оператором в режиме обучения. Оператор последовательно подводит горелку к ранее намеченным опорным точкам и вводит их координаты в систему управления с указанием характера траектории между ними: прямая или дуга. Одновременно в память системы вводятся данные о скорости движения горелки и других параметрах режима сварки. При серийном выпуске обучение робота проводят на первом сварном узле.

В условиях мелкосерийного производства отклонения размеров при переходе от одного узла серии к другому могут оказаться значительными, поэтому приходится каждый узел серии программировать заново. В этих условиях применяют роботы с иным способом обучения. Оператор устанавливает на горелку специальный наконечник и вручную перемещает горелку вдоль соединения, касаясь наконечником свариваемых кромок деталей. Сигналы от датчика, фиксирующего перемещение наконечника, вводятся в систему управления в виде координат точек, отстоящих одна от другой на определенном расстоянии. Время обучения робота намного меньше времени сварки, что позволяет осуществлять введение программы индивидуально на каждом экземпляре изделия. Роботы такого типа обучения применяют при сварке протяженных швов в крупногабаритных листовых конструкциях или при частой смене изделий. При этом швы должны быть угловые, тавровые или стыковые с выраженной разделкой кромок, чтобы при обучении наконечник двигался точно по стыку.

Промышленный робот чаще всего является манипулятором инструмента. В зависимости от назначения на руке робота закрепляют захватное устройство, сварочные клещи для точечной сварки, горелку для дуговой сварки в среде защитных газов, резак для термической резки и др.

Захватные устройства служат для захвата и удержания деталей или инструментов, а также их позиционирования в процессе выполнения технологических операций. По принципу действия они могут быть механическими, вакуумными, магнитными, эластично охватывающими и др. Неуправляемые механические захватные устройства выполняют в виде пинцетов, цанговых пальцев и втулок, клещей с прижимной пружиной (рис. 170), усилие зажатия которых осуществляется за счет упругих свойств зажимающих элементов. Такие захваты применяют при манипулировании объектами небольшой массы. Для высвобождения объекта используют специальные съемники. Более широко используют командные механические захватные устройства клещевого типа. Движение зажимающих губок обеспечивают с помощью передаточного механизма (рычажного, реечного, клинового) от пневмопривода. Для этого используют поршневые или диафрагменные двигатели (рис. 170, д). Более универсальны магнитные и вакуумные захватные устройства.

Эластично-охватывающие захватные устройства используют при изготовлении хрупких изделий. При подаче сжатого воздуха через отверстие в корпусе 1 камера 2 сжимается и захватывает изделие (рис. 171, а). Если изделие захватывают за внутреннюю поверхность, то эластичную камеру делают снаружи. Захватное устройство с эластичными изгибающимися камерами (рис. 171,6) имеет жесткий корпус 1, на котором закреплена призма 3 и две камеры

2. Несимметричное расположение гофр приводит к тому, что при подаче сжатого воздуха камеры изгибаются, захватывая и прижимая деталь к призме. Этим достигается требуемое сочетание точности базирования детали с мягкостью захвата. Захватные устройства часто снабжают контактными датчиками, датчиками проскальзывания и регистрации усилия, ультразвуковыми и оптическими датчиками и др. Это позволяет выявлять предметы, находящиеся между губками и снаружи вблизи захвата.

Суммарные погрешности при изготовлении деталей и сборке узла, отклонения в приспособлении, ошибки при позиционировании руки робота могут привести к неправильной укладке сварного шва. Поэтому для направления сварочной головки по линии стыка деталей и обеспечения постоянного расстояния от горелки до изделия применяют различные датчики положения сварочного инструмента, отличающиеся принципом действия. По способу отыскания линии сварного соединения датчики разделяют на контактные и бесконтактные. Контактные датчики (рис. 172) снимают информацию о месте укладки шва, используя свариваемые кромки или линию сплавления валика с кромкой. Контактные датчики с копирными роликами могут быть соединены со сварочной горелкой жестко или гибко - через управляющее механическое устройство для смещения горелки в нужном направлении. Пневматические и электромеханические датчики содержат копирующий элемент - щуп, который под действием пневмоцилиндров, пружин или собственной массы прижимается к копирующей поверхности с небольшой силой 1...10 Н. Копирование осуществляют впереди места сварки или сбоку от него. Преобразование механического сигнала в электрический осуществляют электроконтактными, фотоэлектрическими, резисторными или дифференциально-трансформаторными преобразователями. Все эти щупы сблокированы со сварочной горелкой. К бесконтактным датчикам относятся телевизионные, фотоэлектрические, индуктивные, пневматические и др. Телевизионные датчики снимают информацию о движении сварочной горелки при наличии контрастных границ или линий при подсветке их осветителем (линия стыка, копирная линия или риска, копирная лента, зазор). Они дают большой объем информации о положении и геометрических параметрах сварного соединения, современны и перспективны. Условия применения фотоэлектрических датчиков аналогичны условиям применения телевизионных датчиков, так как они считывают информацию с контрастных линий.


 

Электромагнитные датчики получают информацию о стыке или поверхности изделия в результате изменения параметров магнитного поля, создаваемого самим датчиком. Пневматические струйные датчики работают на принципе изменения давления в выходном сопле при истечении газа на поверхность изделия: чем ближе сопло к поверхности, тем давление больше. Большой объем информации о сварке можно получить, используя для освещения шва монохроматическое излучение лазера. За один поворот датчика, закрепленного на горелке, проводится до 200 измерений, дающих полную трехмерную модель свариваемого стыка в зоне вокруг места сварки. Общим недостатком рассмотренных датчиков является то, что они не контролируют блуждание конца электродной проволоки из-за ее искривления или износа токоподвода. Поэтому более перспективна система, при которой в качестве датчика используют сварочную дугу или электрод, что позволяет получать информацию непосредственно в точке сварки. Отпадает необходимость в запоминании информации и в построении следящих систем, сблокированных со сварочной горелкой. Роботизированными технологическими комплексами (РТК) называют снабженные роботами рабочие места, участки или линии. Компоновка РТК зависит от характера изделия и серийности его выпуска. В комплект РТК обычно входят робот, совершающий перемещение сварочного инструмента, и манипулятор изделия, позволяющий сваривать все швы в наиболее удобном пространственном положении. Манипулятор изделия как бы дополняет степени подвижности робота, работает с ним по единой программе и управляется от той же системы. Большое многообразие конструктивных форм сварных изделий вызывает потребность сложного манипулирования ими при сварке, что часто не может быть обеспечено с помощью стандартных сварочных вращателей. Поэтому при конструировании РТК используют модульный принцип построения манипуляторов. Простейшие модули (рис. 173) обеспечивают вращение изделия относительно горизонтальной и вертикальной оси. Установка модулей а на поворотный стол б создает двухпозиционный манипулятор, позволяющий передавать изделие с позиции сборки на позицию сварки. При компоновке в из модулей получают двухпозиционный манипулятор, обеспечивающий дополнительно поворот изделия из горизонтального положения в вертикальное. Установка траверс г с механизмами вращения планшайб на компоновку д не только позволяет получить дополнительную степень подвижности, но и создает возможность закрепления в манипуляторе е изделий значительных размеров. В зависимости от характера выполняемой технологической операции (сборочной, сварочной) на планшайбах манипулятора устанавливают сборочное приспособление либо устройство для закрепления свариваемого изделия.

Роботизированный технологический комплекс может состоять, например, из установленного на портале робота для автоматической сварки плавящимся электродом в среде смеси защитных газов и двухпозиционного манипулятора. Когда на правой позиции манипулятора производят сварку, на его левой позиции устанавливают и закрепляют новое собранное изделие. После окончания сварки робот перемещается на левую позицию манипулятора, а на правой позиции производят замену изделия. Если этот манипулятор установить на поворотное основание (рис. 173, е), то необходимость в перемещении робота отпадает и его можно установить стационарно.

При использовании РТК предусматривают меры безопасности обслуживающего персонала. Аварийные ситуации могут возникать изза непредусмотренных движений робота во время работы и обучения. Поэтому необходима во всех случаях остановка робота при входе человека в рабочее пространство. Отключение робота выполняют устройства защиты, в основе которых используют контактные, силовые, ультразвуковые, индукционные, светолокационные и другие датчики.

Контрольные вопросы
Какие основные сложности возникают при роботизации сварочных работ?
Каковы основные схемы базовых механизмов роботов и их системы координат?
Что такое модульный принцип построения роботов?
Какое рабочее пространство обслуживают роботы в зависимости от их конструктивного оформления?
В чем отличия между цикловой, позиционной и контурной системами управления роботами?
Какие применяют конструкции захватных устройств роботов
Какие датчики положения сварочного инструмента применяют при сварке роботами?
Как компонуют манипуляторы из модулей?
Что называют роботизированными технологическими комплексами?
Каковы основные принципы компоновки роботизированного технологического комплекса?

Cварка пластмасс

Подробности

В настоящее время широко используются различные пластмассы. Обладая целым рядом ценных свойств (достаточная прочность, антикоррозионность, стойкость против химически агрессивных сред, теплостойкость и др.), пластмассы получают большое применение в самых различных отраслях народного хозяйства не только как заменители дефицитных материалов, но и как основные конструкционные материалы.

Основные виды пластмасс, применяемые в технике, следующие:

Фенопласты - пластические материалы на основе фенолоальдегидных смол. В зависимости от соотношения фенола и альдегида, а также технологии изготовления получают либо термореактивные (резольные смолы), либо термопластические (новолачные смолы) материалы. Важной особенностью фенолоальдегидных смол является их способность в сочетании с различными наполнителями образовывать пластмассы с повышенными прочностными, диэлектрическими, антикоррозионными и другими свойствами. В качестве наполнителей применяют порошкообразные, волокнистые и слоистые материалы. ГОСТ 5689-73 предусматривает фенопласты общетехнического назначения, электроизоляционные, жаростойкие, волокнистые, фрикционные и др. Детали из фенопластов изготовляют методом горячего прессования при температурах 150 ... 200° С и давлении ~15 ... 120 МПа (150 ... 1200 кгс/см2). При этом получают готовые изделия, не требующие механической обработки. Фенопласты из резольной смолы с порошкообразным наполнителем широко применяют в промышленности. Например, для изготовления кислотостойких труб, ванн и деталей коммуникаций используют ораолит (наполнитель-асбест, кварцевый песок или графит). Для получения изделий общетехнического назначения в качестве наполнителя применяют древесную муку. Большое количество деталей радиотехнических изделий, электронной аппаратуры и электротехнических приборов успешно изготовляют из фенопластов с различными порошкообразными наполнителями.

Из материалов с волокнистым наполнителем большое применение получили волокниты, текстолит-крошка и стекловолокнит. Они применяются для изготовления деталей, работающих на изгиб и кручение и требующих хороших механических и антифрикционных свойств (шестерни, втулки, ролики, кулачки, вкладыши подшипников и др.). Из слоистых пластиков в промышленности большое распространение получили текстолит (наполнителем служит хлопчатобумажная ткань), древесные слоистые пластики ДСП (наполнитель-древесный шпон) и гетинакс (наполнитель - сульфатная бумага). Эти пластмассы обладают большей прочностью, чем волокнистые.
Особенно высокой прочностью обладает текстолит. Его применяют для изготовления шестерен, подшипников, вкладышей и других нагруженных деталей.
ДСП используют в машиностроении как конструкционный и антифрикционный материал.
Гетинакс используют в качестве электроизоляционного материала для деталей электрооборудования.

Аминопласты - термореактивные пластические материалы на основе карбамидно-формальдегидных или меламино-формальдегидных смол. Они бесцветны, прозрачны и могут быть окрашены в любые (особенно светлые) тона с помощью красителей. В качестве наполнителей применяют сульфидную целлюлозу (аминопласт, меланит), хлопковую целлюлозу (мелаволокнит), асбест, тальк и др.
Изделия из аминопластов получают методами горячего и холодного прессования при различных режимах.
Например, при изготовлении деталей из аминопласта температура прессования 135... 145° С, давление 10,5 ... 42 МПа (105 ... 420 кгс/см2), время выдержки 1 мин на 1 мм толщины изделия.
Аминопласты применяют, главным образом, для изготовления электроарматуры, радиодеталей, отделки магазинов, ателье, кают пароходов, железнодорожных вагонов и т. д. Большое распространение получили аминопласты при изготовлении предметов народного потребления (посуда, канцелярские и галантерейные товары и др.).

Полиэтилен - высокомолекулярный продукт полимеризации этилена. Он является кристаллическим полимером со степенью кристаллизации от 55 до 92% (в зависимости от метода получения). Полиэтилен-термопластичный материал. Изделия из него могут быть изготовлены методом литья (под давлением, центробежным литьем), штамповкой (при температуре 120 ... 135° С) и прессованием. Он обладает высокой химической стойкостью к агрессивным средам и является хорошим диэлектриком. Применяется при изготовлении подводных, силовых и радиочастотных кабелей в качестве изоляции. Большое применение получил полиэтилен при изготовлении различного оборудования химической промышленности методом прессования и сварки (трубы, цистерны, плиты, фитинги, профили, тонкостенные детали и др.)

Винипласт - жесткий материал, получаемый путем обработки непластифицированного поливинилхлорида со стабилизаторами и смазывающими веществами при температуре 160 ... 180° С. Он обладает большой прочностью, твердостью, хорошими диэлектрическими свойствами и высокой химической стойкостью. Винипласт легко подвергается различной механической обработке, сварке, склеиванию. Винипласт получил большое применение в различных отраслях народного хозяства, особенно в химической промышленности. Из винипласта изготовляют трубы, вентили, краны, фитинги.
Винипластовые пленки применяют для футеровки металлической аппаратуры, электролизных ванн, изготовления различного химического и лабораторного оборудования.

Полистирол - продукт полимеризации стирола. Легко перерабатывается в изделия, как и обычные термопласты. Он отличается очень хорошими диэлектрическими свойствами, прозрачен, водостоек, морозостоек. Недостатками полистирола являются низкая теплостойкость, горючесть и хрупкость. Полистирол служит материалом для изготовления радио-и электроаппаратуры, высокочастотных приборов и химической аппаратуры. Его применяют также для изготовления электроизоляционных пленок, нитей и упаковочной пленки. Полиакрилаты - группа полимеров на основе производных акриловой и метакриловой кислот. Они производятся путем полимеризации мономерных эфиров. Наибольшее применение получили листовые акриловые материалы (органическое стекло различных марок). Кроме того, выпускают заготовки в виде стержней, труб, листов и материалов для изготовления деталей прессованием или литьем под давлением.

Органическое стекло ПММА - полиметилметакрилат - отличается высокой светопроницаемостью, удовлетворительными прочностью и твердостью. Важной особенностью органического стекла является его способность почти полностью пропускать ультрафиолетовые лучи. Следует также отметить хорошие технологические свойства: обрабатываемость сверлением, фрезерованием, штамповкой, сваркой. Некоторые марки органического стекла перерабатывают в изделия литьем под давлением. Применяют органическое стекло для остекления, изготовления изделий технического назначения в приборостроении, машиностроении и других отраслях промышленности. Полихлорвиниловый пластикат получают из поливинилхлорида, наполнителей и красителей. Наполнители повышают механическую прочность пластиката и снижают его стоимость.
Для повышения гибкости и пластичности, а также хорошего смещения составляющих в смесь дополнительно вводят до 30 ... 60% пластификатора (дибутилфталата). Обработкой такой смеси на вальцах получают мягкий листовой материал толщиной от 0,1 до нескольких миллиметров.
Пластикат используют как футеровочный и электроизоляционный материалы, а также для изготовления труб с толщиной стенки 0,3 ... 10 мм. В строительстве поливинилхлорид идет для производства полихлорвинилового линолеума, полихлорвиниловой пленки и др.

 

Способы сварки пластмасс

Сварка пластмасс заключается в нагреве свариваемых кромок до пластического вязко-текучего состояния и соединения их под некоторым давлением.

Применяются следующие способы сварки пластмасс:

Сварка нагретым газом

Свариваемые кромки детали и присадочный материал нагревают до температуры сварки струей горячего воздуха или газа. Для нагрева воздуха (газа) используют специальные электронагреватели или газовые горелки. На рисунке представлена схема сварки этим способом стыкового соединения с присадочным прутком. Свариваемые кромки детали и присадочный пруток с помощью горелки нагревают до получения тонкого вязко-текучего поверхностного слоя. Присадочный пруток вдавливается в разделку шва, нагретые слои материала слипаются и присадочный пруток образует сварной шов. При сварке толстого материала в разделку шва последовательно укладывают несколько нагретых присадочных прутков, как показано на рисунке. Подготовка кромок к сварке заключается в скашивании их под углом 60° при сварке стыковых и нахлесточных соединений. Для получения полного провара необходимо у вершины шва оставить зазор 0,4... 0,5 мм. Сварку без скоса кромок применяют для соединения листов толщиной менее 4 мм. При большой толщине применяют V-образные и Х-образные разделки кромок шва. При этом Х-образные формы более прочны. В процессе сварки по мере размягчения поверхностей свариваемых кромок и присадочного прутка необходимо непрерывно вжимать пруток в основание разделки под небольшим, но постоянным давлением.

При сварке мягких термопластов (полиэтилен и др.) присадочный пруток вводят под тупым углом, чтобы обеспечить достаточное давление на свариваемые кромки. При сварке жестких термопластов (винипласт, органическое стекло и др.) пруток вводят в разделку шва почти под углом 90° к шву. Полиэтилен и полистирол при сварке нагревают горячим газом или воздухом до температуры не выше 160 ... 180°С. Органическое стекло рекомендуют сваривать струей воздуха, нагретого до 200 ...220° С. Присадочным материалом служат прутки площадью сечения от 7 до 12 мм2. Допускается использование сварочных прутков из винипласта (диаметром от 3,0 до 5,0 мм). Винипласт сваривают в размягченном (вязко-текучем) состоянии при температуре 220... 240° С. Присадочным материалом служат сварочные прутки диаметром до 5 мм из пластифицированного винипласта. Процесс сварки осуществляется путем размягчения прутков и сцепления их с основным материалом.

Для сварки пластмасс толщиной от 2 до 25 мм этим способом применяют горелки ГГП-1-66. Теплоносителем является воздух в смеси с продуктами сгорания пропан бутановой смеси. Масса горелки 0,6 кг. Горелка ГЭП-1А-67 работает на основе электроподогрева теплоносителя - газа (воздух, азот и др.). Для этого на пути движения газа в корпусе горелки установлена электроспираль. Масса горелки 0,68 кг. Этим способом можно сваривать детали любых размеров и различной конфигурации. Простота оборудования и технологии сварки позволяют применять этот способ при самых различных строительно-монтажных работах. При сварке следует учесть, что пластмассы имеют высокий коэффициент температурного расширения (в 4 ... 6 раз больше металлов). Это вызывает опасность возникновения относительно больших внутренних напряжений в сварном шве, ослабляющих сварное соединение и вызывающих коробление свариваемых деталей. Для получения хорошего сварного шва рекомендуется применять небольшие площади сечения струи нагретого газа (диаметр струи 3 ... 5 мм), а также различные фиксирующие приспособления.

Сварка контактным нагревом

При этом способе нагрев свариваемых поверхностей производят при помощи электронагревательных элементов. Нагретый элемент устанавливают между свариваемыми поверхностями и доводят их до вязко-текучего состояния. Затем нагревательный элемент удаляют, а свариваемые поверхности соединяют сдавливанием. При сварке пленочных пластмасс нагревательным элементом может служить устройство в виде электроутюга, нагревательного ролика или валика. Пленки соединяют внахлестку и разогревают до определенной температуры. Этим способом сваривают пленки толщиной не более 2 мм, так как низкая теплопроводность затрудняет нагрев пластмасс до нужной температуры. Этот способ сварки годен как для мягких, так и для жестких полимеров. Однако он требует большего времени на нагрев элемента, регулировку температуры и охлаждения шва (под давлением) после сварки.

Сварка токами высокой частоты

Нагрев свариваемых деталей производят в высокочастотном электрическом поле. После разогрева кромок до пластического состояния их сдавливают для получения прочного соединения. Этот способ очень экономичен и широко распространен в промышленности. Наибольшее применение получила сварка высокочастотным током изделий из поливинилхлоридных пластиков. Например, для сварки винипласта применяют токи частотой 60 ... 75 МГц. Толщина свариваемого материала от 0,5 до 2 мм. При меньшей толщине большая часть теплоты расходуется непроизводительно на нагрев прижимающих электродов. Производительность сварки в 5 ... 10 раз выше рассмотренных ранее способов. Для шовной сварки пластмассовых пленок и лент применяют специальные сварочные машины ЛГС-02, МСТ-ЗМ и др. Свариваемый материал прокатывают между двумя вращающимися роликами-электродами, к которым подключен высокочастотный ток. Сварка обеспечивает получение непрерывного, прочного и герметичного шва. Нахлесточные соединения можно сваривать без скоса и со скосом кромок под углом 45°. Ширину шва выбирают в пределах 2 ... 4 мм, скорость сварки достигает 3 м/мин.

Сварка трением

Осуществляется путем нагрева свариваемых кромок деталей до пластического состояния теплотой, выделяющейся при трении поверхностей этих кромок друг о друга. Для сварки одну часть детали закрепляют в патроне токарного или сверлильного станка и после вращения прижимают ко второй части детали, закрепленной неподвижно в специальном приспособлении. Поскольку термопласты имеют плохую теплопроводность трущиеся поверхности быстро нагреваются. Давление сжатия в зависимости от материала составляет 0,2 ... 1 МПа (2 ... 10 кгс/см2). Такой способ сварки не требует подготовки поверхности, так как пленка и грязь вытесняются при сварке.

Преимуществом этого способа является быстрота сварки. В зоне трения температура быстро повышается, обеспечивая моментальную сварку, в то время как температура материала около зоны соединения почти не изменяется. Однако этим способом можно сваривать только тела вращения. Кроме того, необходимость обеспечения давления для сварки делает этот способ применимым для жестких термопластов. На рисунке представлена принципиальная схема установки и способы получения сварных соединений из сплошного и полого материалов.

Сварка ультразвуком

Производится посредством нагрева свариваемых кромок под действием ультразвуковых колебаний. Ультразвуковая сварка является более универсальным способом даже по сравнению с высокочастотной электросваркой. Ее применяют для соединения большого количества разнообразных пластических материалов. Однако If в настоящее время этот способ находится в стадии исследования. Уже разработана ультразвуковая сварка ряда пластиков толщиной более 0,1 мм. Следует ожидать, что в ближайшие годы сварка ультразвуком станет одним из основных способов сварки термопластиков.

   
© ALLROUNDER