Сварка 2


Часть верхнего магнитопровода сделана в виде подвижного пакета. Изменяя с помощью винтового механизма и рукоятки 5 величину воздушного зазора «а» между подвижной и неподвижной частью магнитопровода, можно изменять сварочный ток. При вращении рукоятки по часовой стрелке зазор увеличивается, магнитный поток уменьшается, индуктивное сопротивление уменьшается, сварочный ток возрастает.
Для сварки тонкого металла применяют согласное включение обмотки дросселя для получения увеличенного вторичного И ХХ с целью устойчивого горения дуги на малых токах.

6.2 Сварочные преобразователи.

Служат для преобразования переменного тока в постоянный, используемый для получения сварочной дуги. В зависимости от метода получения падающей внешней характеристики преобразователи подразделяются на несколько групп:
с независимой намагничивающей обмоткой и последовательной размагничивающей;
с самовозбуждением, параллельной намагничивающей обмоткой и последовательной размагничивающей;
с самовозбуждением, с параллельной намагничивающей обмоткой в сочетании с размагничивающим действием реактивного якоря.
Преобразователь 1-ой группы состоит из асинхронного 3-х фазного электродвигателя и сварочного генератора. Якорь генератора и ротор двигателя расположены на одном валу. На валу установлен также вентилятор для охлаждения источника питания (см. рис.25). Якорь генератора набран из топких медных пластин, рядом с якорем находится коллектор со щетками токосъемника.
В корпусе преобразователя укреплены полюса электромагнита. При включении электродвигателя включается цепь электромагнита в корпусе. При прохождении тока по обмотке полюсов между ними возникает магнитный поток, возбуждающий ток в витках якоря при его вращении. Этот ток поступает в сварочную цепь через пластины коллектора и щетки к токосъемнику и зажимам, к которым присоединяется сварочный провод от электрододержателя и обратный от сварочного стола.

















к столу
к электороду

Рис. 25.

1 Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором с 3-мя обмотками, включенными «звездой».
2 Пакетный выключатель.
3 Стабилизатор напряжения для питания выпрямителя.
4 Селеновый выпрямитель.
5 Независимая обмотка возбуждения.
6 Реостат для регулирования сварочного тока.
7 Последовательная размагничивающая обмотка, обеспечивающая падающую внешнюю характеристику
8 Сварочный генератор.
9 Конденсатор для устранения радиопомех, возникающих при работе преобразователя.


6.3 Сварочные выпрямители

Служат для получения постоянного выпрямленного тока из 3-х фазного переменного напряжением 380 В. Принцип работы основан на свойстве полупроводникового вентиля проводить ток только в одном направлении. Наибольшее применение нашли селеновые и кремниевые вентили.

Преимущества выпрямителей перед преобразователями:
меньший вес и габариты,
более высокий КПД,
меньший расход электроэнергии,
более просты в изготовлении и эксплуатации,
имеют высокие динамические свойства, т.к. обладают малой электромагнитной инерцией.
Особенно пригодны для сварки на малых токах, т.к. обеспечивают устойчивое горение дуги на этих режимах. При однофазной мостовой схеме вентили 14 включены в 4 плеча, образуя так называемый мост (см.рис.26).
















Рис. 26. Однофазная мостовая схема включения вентилей.

В одну диагональ моста включают нагрузку (дугу), питаемую выпрямленным током, во вторую – однофазный источник переменного тока. Частота пульсаций тока равна 100Гц, т.е. удвоенной частоте переменного тока.



















Рис. 27. 3-х фазная мостовая схема включения вентилей.

При 3-х фазной мостовой схеме включения 6 вентилей включаются в 6 плечей 3-х фазного моста и выпрямляют обе полуволны переменного тока в 3-х фазах. Пульсация – 300Гц
(6 пульсаций за период).
Хорошо себя зарекомендовали универсальные сварочные выпрямители: ВСВУ-400 (для сварки в защитных газах, может работать в непрерывном и импульсном режиме), ВДУ-302, «Дуга-318М» (для ручной сварки и сварки в среде углекислого газа) и другие.

6.4 Многопостовые источники питания

Снабжают током до 10 постов, более экономичные, чем однопостовые. Внешняя в/а характеристика – жесткая (горизонтальная), т.е. источники имеют постоянное напряжение. Падающую в/а характеристику для устойчивого горения дуги при ручной сварке получают, включая в цепь каждого поста балластные реостаты, с помощью которых регулируют ток. Количество сварочных постов определяется формулой:

n = ,
где n – количество постов,
I - ток, указанный в паспорте,
I1 – максимальный ток, потребляемый одним постом (по технологии),
k – коэффициент одновременной работы = 0,60,65.

Например: n = = 8,4 ~ 9 (для ПСМ-1000), т.е. преобразователь может

одновременно питать 9 постов. Подключают многопостовые источники питания только параллельно (см. рис.28), чтобы предотвратить изменение тока на каждом посту.












Рис. 28.

1 свариваемая деталь
электрод
балластный реостат
многопостовой сварочный преобразователь
шунтовый реостат для регулирования напряжения генератора

6.5 Аппаратура для сварки
Балластный реостат – устройство для регулирования величины сварочного тока
Представляет собой катушку с намотанной константановой проволокой (80% никеля, 0,5 % марганца, остальное – медь), обладающей очень высоким электросопротивлением
( ( = 0,5 Ом ·мм2/ м), или из фехраля ( = 1,2 Ом ·мм2/ м. Регулируется ток посредством рубильников, дающих 20 ступеней тока от 10 до 200А через каждые 10А (РБ-200). Применяется и РБ-300 через 15А от 15 до 300А. Схема подключения балластных реостатов указана на рис. 28.
В современных источниках питания балластный реостат обычно встроен в корпус источника
Осциллятор - прибор для получения переменного тока высокой частоты до 250000Гц и повышенным напряжением до 2500В. Осциллятор выполняет следующие функции:
Облегчает возбуждение дуги переменного тока в момент зажигания дуги при сварке неплавящимся вольфрамовым электродом в среде защитных газов.
Обеспечивает устойчивое горение дуги при сварке тонкого металла переменным током малой величины.
Осциллятор включают в цепь последовательно и параллельно в зависимости от типа осциллятора.
Схема включения осциллятора в сварочную цепь указана на рис. 29.
























Рис. 29. Параллельное (а) и последовательное (б) включение осциллятора.
1 Осциллятор 4 Дроссель для регулирования сварочного тока
2 Деталь 5 Сварочный трансформатор
3 Электрод 6 Заземление

Повышающий трансформатор Тр1 повышает U с 220 до 900В. Колебательный контур (разрядник Р, трансформатор высокой частоты ВЧТ, конденсатор СК) вырабатывает ток высокой частоты. Конденсатор СР препятствует прохождению тока высокого напряжения и низкой частоты к выходной части осциллятора и защищает сварщика в случае пробоя конденсатора СК.
Устойчивое горение дуги достигается также включением в сварочную цепь генератора импульсов тока или импульсного возбудителя тока, которые включаются при переходе синусоиды тока через 0 и подают синхронизированные импульсы тока в этот момент, обеспечивая тем самым устойчивое горение дуги переменного тока.
Наиболее популярными осцилляторами отечественного производства являются осцилляторы типа ОСППЗ – 300М. Ими комплектуются выпрямители ВСВУ-315, ВСВУ-400 для сварки постоянным током в непрерывном или импульсном режиме, ИСВУ-400 для сварки переменным током также в непрерывном и импульсном режиме, УДГУ-351 – универсальный источник питания для сварки постоянным или переменным током и многие другие.
В состав аппаратуры для сварки также входят( сварочная горелка для сварки в среде защитных газов, электрододержатель для сварки покрытым электродом, расходомер (или ротаметр) для регулирования и контроля расхода газа, амперметр для контроля величины тока и др.

6.6 Обозначение отечественных источников питания для сварки по ГОСТ 15150

А Б В 00 00 Г 0

Категория размещения

Климатическое исполнение

Регистрационный номер установки

Главный параметр изделия

Буква, означающая способ сварки

Буква, означающая вид сварки

Буква, означающая наименование источника питания

Обозначение наименования источника (буква А): А – агрегат или автомат, В- выпрямитель,
И– источник питания, П– преобразователь или полуавтомат, Т – трансформатор, М –машина,
У- установка.

Обозначение вида сварки (буква Б): Д – для дуговой сварки, Т – для точечной сварки, С – для дуговой или стыковой сварки, Ш – для шовной сварки (роликовой), Р – для рельефной сварки.

Обозначение способа сварки (буква В): О – открытой дугой, Ф – под флюсом, Г – в защитных газах, М–многопостовой источник. В универсальных источниках питания, работающих и на постоянном токе, и на переменном, дополнительно указывается буква У.

Обозначение главного параметра режима источника (00): величина тока, округленная до десятков или сотен ампер, далее - порядковый номер изделия.

Обозначение климата, в котором должен эксплуатироваться источник (буква Г): У - умеренный климат, Т – тропический, В – высокогорный.

Обозначение категории исполнения (буква О): 1 –работа на открытом воздухе, 2 – в неотапливаемом помещении, 3 – в отапливаемом помещении.
Например, обозначение установки для сварки в среде углекислого газа УДГУ-351 - У3 означает( У – установка, Д – дуговой сварки, Г - с газовой зашитой, У- универсальная
-максимальный ток 350А – 1 – номер разработки – У - для эксплуатации в средней полосе – 3 - источник должен работать в помещении.
Обозначение машины переменного тока для точечной сварки( МТ-2202-У3( М – машина, Т – точечной сварки, 22000 – номинальный ток, 2 – номер разработки и т.п.
В обозначениях импортных источников питания обязательно указывается вид сварки (
MIG (МИГ) – сварка плавящимся электродом в среде инертного газа,
MAG (МАГ) – сварка плавящимся электродом в среде активного газа (углекислого газа),
TIG (ТИГ) - сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в среде инертного газа,
ММА – сварка ручная дуговая штучными электродами.
Иногда вместо вида сварки в импортных источниках указывается род тока(( AC- переменный ток, DC – постоянный ток.

6.7 Инвенторные источники питания

Это источники питания, разработанные на основе последних достижений в области микроэлектроники и цифровых технологий. В названии заложен принцип работы источника питания, инвентор – «перевертыш», преобразует постоянный ток в переменный, т.е. работает обратно выпрямителю, сохраняя при этом возможность переключения и на постоянный ток.
Схема работы сварочных инвенторов серии МС и осциллограммы токов выглядят следующим образом(











– предварительный выпрямитель. Выпрямляет и обеспечивает возможность повышения частоты сварочного тока.

– конденсаторный фильтр. Сглаживает пульсации выпрямленного тока.


– генератор высокочастотных импульсов. Инициирует сигналы высокой частоты (20кГц) и подает их на ВП - высокочастотный преобразователь (модуль).


– высокочастотный преобразователь (модуль). Усиливает полученные сигналы до нескольких сот вольт и подает их на сварочный трансформатор.

- сварочный трансформатор. Понижает полученное напряжение до нескольких десятков вольт, необходимых для устойчивого возбуждения и стабильного горения дуги. По структуре (сердечник, первичная и вторичная обмотки) трансформатор не отличается от обычного. Главное отличие – невероятно малые габариты. Этим объясняется целый ряд неоспоримых преимуществ инвенторов – ничтожные электрические потери, максимальный КПД и крайне низкое потребление электроэнергии.

- окончательный выпрямитель. Преобразует полученное переменное напряжение в постоянное и подает его на выходные клеммы источника питания.
Надежность и стабильность работы всех компонентов обеспечивает цифровая система управления и контроля – БОС (блок обратных связей).
Главным достижением инвенторных технологий является открывшаяся возможность легко и свободно управлять такой непостоянной субстанцией, как сварочная дуга. Цифровая система управления позволяет максимально точно подобрать форму внешней вольт-амперной характеристики источника питания для любых, даже самых сложных условий сварки. Эта же система обеспечивает постоянный контроль за формированием, отрывом и переносом в сварочную ванну каждой капли электродного металла. У сварщика появилась возможность свободно регулировать практически все параметры режима сварки на всем интервале времени от зажигания дуги до заварки кратера. В некоторых аппаратах существует блок памяти машины, который сохранит идеально подобранный режим, а затем воспроизведет его бессчетное количество раз. Внешняя вольт-амперная характеристика источника питания делится на несколько характерных участков (см. рис.30)(
Участок 1 – обеспечивает высокое напряжение холостого хода, что способствует стабильному зажиганию дуги.
Участок 2 – (пологопадающий), позволяет вести полуавтоматическую или механизированную сварку.
Участок 3 – (крутопадающий), позволяет выполнять ручную сварку покрытым электродом или сварку неплавящимся электродом в среде аргона.
Участок 4 – обеспечивает скачок тока короткого замыкания, что исключает «примерзание» электрода при гашении дуги и заварке кратера.





















Рис. 30.

Рассмотрим подробнее некоторые преимущества современных инвенторных источников питания серии МС, выпускаемых фирмой ООО «ЭЛЛОЙ – НН» (Нижний Новгород).

6.7.1 Ручная дуговая сварка

В инвенторных источниках питания для ручной дуговой сварки штучными электродами с целью достижения максимального качества предусмотрены функции «горячий старт» и «форсирование дуги». Первая облегчает поджиг электрода за счет кратковременного (0,011 сек) увеличения тока. По истечении указанного времени горение дуги стабилизируется и ток плавно опустится до базового. Принцип действия второй функции основан на дополнительном, кратковременном повышении тока в момент перемыкания каплей расплавленного металла дугового промежутка (короткого замыкания). Импульс тока помогает капле оторваться от стержня электрода, делая тем самым процесс переноса капель через дуговой промежуток четким и равномерным. Шов получается плотным, с ровными чешуйками, а разбрызгивание практически отсутствует. Параметр функции, регулируемой оператором – количество ампер, нарастающих в миллисекунду (1100А/мсек).
В некоторых источниках предусматривается еще одна функция – «антиприлипание», принцип действия которой основан на том, что если в момент касания электродом изделия дуга не зажглась в течение 0,8 сек., источник резко сбросит ток до 2-3А, и электрод не успевает расплавиться и привариться к изделию.

6.7.2 Механизированная сварка в среде углекислого газа

Инвенторные источники питания данного типа предназначены для сварки в среде СО2, в аргоне и смесях этих газов, а также могут применяться и для ручной сварки. Основной проблемой полуавтоматической сварки в сред СО2, является разбрызгивание, которое связано с особенностями движения капель расплавленного металла от электродной проволоки в сварочную ванну. С целью снижения разбрызгивания предусмотрены следующие функции: а) «мягкий старт», б) «форсирование дуги».
«Мягкий старт» представляет собой процесс увеличения времени нахождения источника питания в режиме короткого замыкания, давая тем самым проволоке нагреться, а затем процесс плавного снижения тока до сварочного, обеспечивая плавное зажигание дуги и отсутствие дефектов в начале шва.
Принцип действия функции «форсирование дуги» основан на дополнительном кратковременном повышении или понижении тока короткого замыкания каплей расплавленного металла дугового промежутка. Импульс тока помогает капле оторваться от проволоки, делая тем самым процесс переноса капель через дуговой промежуток четким и равномерным. Параметр функции, управляемый оператором – количество ампер, нарастающих в миллисекунду. Контроллер ограничивает ток короткого замыкания, делая его минимально необходимым для плавного разрыва шейки, а затем капля спокойно и без брызг отправляется в сварочную ванну.

6.7.3 Механизированнаяая сварка с синергетическим управлением в импульсном режиме

Synergic – работать вместе. Синергетическое управление работает по принципу «один импульс – одна капля», т.е. такое управление организовывает импульсный режим переноса капель через дугу (инициирует один импульс для расплавления одной капли). Этот процесс наиболее благоприятен при сварке на больших токах, превышающих 150А, т.к. в этом диапазоне токов наблюдается режим крупнокапельного переноса металла через дуговой промежуток и наибольшее разбрызгивание. Для разных материалов, разных толщин и разных диаметров проволоки величина импульса должна быть различной. Поэтому, для облегчения работы оператора все режимы тщательно просчитаны по уравнениям ввода тепла при сварке, и затем записаны в память машины. Оператору остается только ввести параметры режима, а процессор определит необходимую частоту и величину импульса.
Дополнительные функции данных полуавтоматов, кроме указанных выше:
а) - «дифференцированный ввод тепла», б) – «откат проволоки».
Первая применяется при сварке алюминия или тонких материалов, т.е. в тех случаях, когда в начале сварки необходимо пробить окисную пленку повышенным током или обеспечить полноценный провар корня шва, а затем величину тока необходимо снизить, чтобы не прожечь основной металл.
Вторая предназначена для еще более плавного старта и более значительного снижения разбрызгивания. Функция действует следующим образом: в момент, когда сварочная проволока касается изделия, процессор определяет, что машина входит в режим короткого замыкания и дает команду на вращение двигателя подачи проволоки в обратную сторону, и проволока начинает подниматься. Одновременно, очень медленно начинает нарастать ток короткого замыкания, и плавно возбуждается сварочная дуга. Затем процессор инициирует импульс тока и возникает основная дуга, образующая каплю и направляющая ее в сварочную ванну.

6.7.4 Аргонодуговая сварка на постоянном токе

Установки обеспечивают более надежный способ поджига сварочной дуги, т, к. аргон обладает высоким потенциалом ионизации. Для облегчения поджига дуги в среде аргона в установках серии «МС» предусмотрен осциллятор, который обеспечивает мгновенное возбуждение дуги, запас мощности осциллятора гарантирует уверенный поджиг дуги даже при очень больших зазорах между торцем электрода и свариваемым изделием и позволяет применить горелки с длиной шланга более 16м. Осциллятор представляет собой генератор затухающих по амплитуде высокочастотных (100300кГц) импульсов высокого напряжения (3Кв).
В некоторых источниках предусмотрен 2-ой способ поджига дуги, основанной на том, что кончик электрода упирается в точку, с которой необходимо начать сварку, затем нажимается кнопка, и горелка плавно поднимается. Ток в это время плавно нарастает до рабочего, и начинается процесс сварки. Кроме этих функций, источник может быть оснащен блоком памяти, состоящий из 11-ти ячеек, в которые оператор может внести наиболее часто используемые режимы и затем вызывать их бесчисленное количество раз.

6.7.5 Установки с функцией импульсной сварки

При сварке постоянной дугой сварочная ванна, находящаяся в расплавленном состоянии, имеет достаточно большую протяженность, а при сварке импульсной дугой размер ванны определяется размером одной точки, которая во время паузы полностью или частично застывает. Форма ванны приближается к окружности. Следующая точка при застывании имеет надежную опору в виде предыдущей точки, а поскольку форма ванны близка к окружности, то и силы поверхностного натяжения достигают максимальной величины. Этим объясняется тот факт, что при импульсной сварке отсутствуют такие дефекты, как прожог, провисание металла и подрез. По этой же причине при импульсной сварке улучшается формирование шва в различных пространственных положениях (горизонтальном, вертикальном, потолочном), а также при сварке неповоротных стыков труб. Повторно-кратковременный тепловой режим расплавления и остывания металла при импульсно-дуговой сварке объясняет отсутствие горячих трещин на закаливающихся металлах и сплавах.
Кроме обычных функций, в источниках питания предусматриваются и следующие функции:
а) величина тока в импульсе,
б) величина базового тока (ток дежурной дуги)
Обе величины плавно регулируются и отображаются на цифровом амперметре.
в) частота импульса - величина, обратно пропорциональная периоду импульса (сумме импульса и паузы), она регулируется в пределах 0,1500Гц.
г) коэффициент заполнения К ЗАП - величина, представляющая собой отношение времени импульса к периоду импульса К ЗАП = tCB / tЦ = 199%.(см.рис.31).













6.7.6 Универсальные установки для аргонодуговой сварки

Это мощные процессоры с огромным количеством функций, которые обеспечивают сварку абсолютно всех материалов на высочайшем уровне на постоянном и переменном токе, превращающие процесс сварки в искусство. Кроме обычных, указанных выше функций, в них включены дополнительные:
а) снижение и увеличение тока в процессе сварки (при переменной толщине свариваемых деталей). Эта функция особенно полезна при сварке алюминиевых сплавов, где незначительное увеличение толщины требует значительного увеличения тепловложения и наоборот.
б) баланс полупериодов переменного тока. Эта функция позволяет регулировать время нахождения вольфрамового электрода в положительном или отрицательном полупериоде при сварке на переменном токе. Уменьшая время положительного потенциала на электроде, оператор уменьшает вероятность попадания вольфрамовых включений в сварочную ванну. Увеличивая время отрицательного потенциала, оператор усиливает очищающий от окисной пленки эффект катодного распыления. Время нахождения в том или другом периоде варьируется в пределах 25%75%.от общего времени одного цикла.
в) блок памяти - предусматривает 9 ячеек памяти для режимов сварки на постоянном токе и 9 – для сварки на переменном токе.



7 Сварочные материалы


К сварочным материалам относятся: электроды (плавящиеся или неплавящиеся), присадочный металл при неплавящимся электроде, защитные газы (обычно аргон, гелий, углекислый газ), горючие газы и кислород при газопламенной сварке.
Покрытые плавящиеся электроды применяются для ручной сварки, представляют собой прутки длиной около 400мм, на которые нанесено покрытие: водный раствор жидкого стекла с замешанными в нем веществами, облегчающими зажигание дуги и защищающими сварочную ванну от окисления. Перед сваркой электроды должны быть просушены при температуре 180200єСв течение 3-х часов.
Неплавящиеся электроды (угольные, графитизированные, вольфрамовые) служат для зажигания и горения дуги, а заполнение разделки при этом осуществляется присадочной проволокой. Угольные и графитизированные электроды применяются, в основном, для резки и поверхностной строжки, в частности, для вырезки дефектов литья или сварки. Вольфрамовые электроды применяются в сочетании с инертными газами (аргоном, гелием), которые защищают сварочную ванну, а также электрод, от окисления. Применяют чаще всего лантанированный (ВЛ) или иттрированный (СВИ) электроды. Они поддерживают горение дуги, причем, вольфрам СВИ более устойчивый к выгоранию, чем ВЛ, поэтому первый применяют при больших токовых нагрузках. Наибольшая стойкость вольфрамового электрода – при сварке на постоянном токе прямой полярности, меньшая – на переменном токе и обратной полярности.
Сварочная проволока может выступать и в роли плавящегося электрода (сварка в среде углекислого газа плавящимся электродом), и в роли присадки. При сварке происходит выгорание некоторых элементов, поэтому в присадку специально вводят эти элементы для обеспечения однородного хим. состава. Например, для сварки нержавеющей стали 12Х18Н9Т применяют проволоку св 06Х19Н9Т с повышенным содержанием хрома. Часто для протекания кремне-марганцевого восстановительного процесса в проволоку вводят кремний и марганец. Например, проволока св 08Г2С, применяемая для сварки в среде углекислого газа низкоуглеродистой стали, содержит 2% марганца и 1% кремния, обеспечивая полное раскисление окислов.
Сварочную проволоку или электрод выбирают, как правило, из условия получения однородного с основным металлом химического состава сварного шва.
Тип электрода или марка присадочной проволоки должны быть указаны в чертеже. Тип электрода при сварке углеродистых сталей указывает предел прочности наплавленного металла.
Например, тип электрода Э42А означает, что сварка указанным электродом обеспечивает получение сварного шва с пределом прочности (в = 42 кг/мм2, тип Э85 - (в = 85 кг/мм2. Буква А означает повышенную ударную вязкость (ан) сварного шва. Разработаны десятки марок электродов одного типа.
Тип электрода при сварке легированных сталей указывает на хим. состав наплавленного металла. Например, для сварки стали 30ХГСА в закаленном состоянии применяют электроды марки НИАТ–5, соответствующие типу Э11Х15Н25М6АГ2, аустенитный состав этого электрода смягчает температурный режим сварки закаленной 30ХГСА, шов получается пластичным, без трещин.
Выбор типа электрода и марок присадки для сварки сталей производить по таблице № 4.
Для выбора более конкретных материалов следует пользоваться справочником «Справочные материалы для сварки сталей и чугуна» или марочниками электродов и проволок.
Для сварки цветных сплавов применяют проволоку одного с основным металлом хими- ческого состава. Для сварки алюминиевых сплавов на автоматах и полуавтоматах проволока должна быть нагартована.
Таблица № 4

Свариваемые
стали
Ручная сварка электродом
Сварка под слоем флюса
Сварка в среде
защитных газов

Группа
свариваемости
(по табл.№2)
Предел
прочности
кгс/ммІ

Тип электрода
Марка проволоки
по ГОСТ 2246
Марка
флюса по
ГОСТ 9087
Марка проволоки
по ГОСТ 2246


I

32-60

Э32Э60


Св08А




ОСЦ-45, АН-348,
АН-348А
и др.


Св08ГС






II

40-60

Э42Э60,
Э09МХ




Св08ГС,
Св08Г2С,
Св12ГС



62-70

Э60Э70,
Э10Х5МФ

Св08А,
Св18ХМА*







АН-348,
АН-348А,
АН-3 и др.

Св12ГС



72-85


Э70Э85,
Э12Х13


Св18ХМА*



Св08ХГ2С





III-IV

54-62


Э60

Св08А


Св087С



64-85

Э60Э65А,
Э11Х15Н25М6АГ2**


Св18ХМА*



Св08Г2С,
Св08ХГ2С



86-120


-

СВ18ХМА*


Св08ХГ2С


* - После сварки обязательно применение упрочняющей термообработки.
** - Применяются при сварке закаленных деталей.


Диаметр присадочной (электродной) проволоки выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла согласно таблице № 5.
Таблица № 5

Толщина
материала
мм
Диаметр проволоки при сварке (мм)


Неплавящимся электродом
(присадка)
Плавящимся электродом

до 1,5
1,62,0
1,01,6
-
-

2,0
2,0
2,0
-
-

3,0
2,53,0
2,0
-
-

4,07,0
3,04,0
2,02,5
1,62,0
1,62,0

8,0
4,05,0
2,03,0
2,02,5
2,03,0


Для особо ответственных сварных соединений следует применять порошковые проволоки, например, для сварки малоуглеродистой стали марок ПП АН-11, ПП АН-4. Порошковая проволока представляет собой ленту из мягкой стали 08кп, свернутую в трубку диаметром от 2,5 до 5мм и заполненную внутри порошкообразной смесью, состоящей из железного порошка и ферросплавов (ферромарганца и ферросилиция).
Форма сечения порошковой проволоки указана на рис. 32. Сечение № 3 применяется с целью увеличения коэффициента наплавки, т.е. увеличения производительности сварки.







1 2 3
Рис. 32.

7.1 Подготовка деталей и сварочных материалов к сварке

Подготовка стальной сварочной проволоки заключается в очистке ее от консервирующей смазки и окисления. Лучший способ, безусловно, это гальваническое покрытие – меднение, при этом удаляется окисная пленка и улучшается электрический контакт.
В настоящее время налажен выпуск омедненной сварочной проволоки из стали для полуавтоматов и автоматов Ш0,82,0 мм на серийных отечественных заводах.
Проволока из алюминиевых сплавов повергается гальваническому травлению или полированию перед сваркой. Срок хранения подготовленной алюминиевой проволоки до сварки не более 16-ти часов при хранении в закрытой таре. При нарушении сроков хранения очищенной проволоки допускается повторная гальванообработка. Лучший способ подготовки проволоки из алюминиевых сплавов к сварке с точки зрения получения высококачественных сварных соединений – это электро или химполирование.
Проволоку из нержавеющей стали, титана, меди перед сваркой достаточно просто обезжирить органическими растворителями методом протирки вручную или обезжирить в гальванической ванне. Расход сварочной проволоки определяется по формуле:

Gн = Fн ( ( ( l ( k (16),

где, Fн – площадь сечения сварного шва в см2 (см. эскиз),
( - удельный вес наплавленного металла в г/см3,


l - длина шва в см,
k - коэффициент использования сварочной проволоки, учитывающий потери на разбрызгивание, испарение, окисление и др. потери,
k = 1,04 при сварке неплавящимся электродом,
k = 1,2 при сварке плавящимся электродом.

При сварке с прихватками или сварке короткими швами расход должен быть увеличен на 1015 %.
Сейчас созданы нормативные документы для расчета расхода сварочных материалов на 1 п.м. шва (проволоки, электродов, защитных газов и др.) в зависимости от вида сварки, типа шва и марки материала, значительно упрощающие расчет расхода сварочных материалов.
Для определения расхода материалов нужно лишь определить длину сварных швов в конструкции и умножить ее на норматив, указанный в соответствующей таблице.
Сварочные газы могут быть горючими (ацетилен), поддерживающими горение (кислород), защитными( инертные (аргон) или активные (углекислый газ). Для газокислородной резки чаще применяются более дешевые заменители ацетилена( пропан-бутан, пропан и др. Для газовой сварки применяются ацетилен в смеси с кислородом. Защитные газы выпускают 3-х сортов( высшего, 1-го, 2-го. Для сварки ответственных соединений применяется газ высшего сорта.
Подготовка деталей к сварке – заключается в механической обработке и очистке свариваемых кромок и торцев от загрязнений и окисления.
Свариваемые кромки стальных деталей после газовой или плазменной резки должны быть тщательно очищены от грата и окисления методом ручного шлифования пневматическими машинками с использованием шлифовальных кругов на бакелитовой связке.
Для ответственных сварных швов кромки после газовой резки или резки на ножницах должны быть механически обработаны с шероховатостью не ниже RZ 40.
После этого непосредственно перед сваркой рекомендуется очистить места под сварку чугунным песком или электрокорундом. Электрокорунд (окись алюминия) применяется для нержавеющей стали, медных деталей и деталей с резьбовыми поверхностями, обработка их чугунным песком не рекомендуется из-за возможной коррозии обработанных поверхностей.
Очистка чугунным песком более производительна, чем электрокорундом.
Кромки и торцы деталей, обработанные точением или фрезерованием, достаточно лишь обезжирить перед сваркой.
Детали из цветных сплавов (медных, титановых, алюминиевых, магниевых, никелевых) перед сваркой следует подвергнуть травлению.
Алюминиевые сплавы требуют особенно тщательной обработки свариваемых поверхностей, т.к. окись алюминия Al2O3, находящаяся на поверхности деталей, более тугоплавка, чем сплав.
Температура плавления окиси алюминия более 2060(С, а чистого алюминия - 657(С, такая высокая температура плавления окисной пленки препятствует зажиганию дуги, кроме того, частички нерасплавленной окисной пленки, попадая в сварочную ванну в виде твердых включений, уменьшают прочность и герметичность сварного шва.
Окисная пленка, кроме того, является источником водорода и кислорода, которые в сварочной ванне не успевают всплыть при кристаллизации, образуя пористую структуру сварного шва.
Процесс удаления окисной пленки – трудоемкий, т.к. она прочно сцеплена с металлом. Для облегчения ее удаления применяют сначала хим. травление деталей в растворе едкого натра, затем осветление в растворе азотной кислоты. После такой обработки детали чистые, светлые, а окисная пленка становится рыхлой и легко удаляется методом шабрения. Шабрить кромки под сварку необходимо согласно эскиза (см. рис. 33). Места шабрения отмечены жирными линиями.











а ( 2S, но не менее 15мм

Шабрение стыковых соединений Шабрение тавровых соединений

Рис. 33.

После шабрения требуется удалить стружку чистой салфеткой или обезжирить ацетоном. Срок хранения деталей после шабрения до сварки не должен превышать 4-х часов иначе окисная пленка образуется вновь. Допускается одно повторное шабрение.
Сборка соединений под сварку. Везде, где возможно по экономическим соображениям, рекомендуется собирать и сваривать детали в сварочных приспособлениях с прихватками или без прихваток. Чаще всего применяют прихватку в приспособлениях, затем проводят контроль размеров и сварку. Прихватки рекомендуется выполнять с обратной стороны соединения, а если они выполнены снаружи, то перед сваркой тщательно очищать.
Количество и размеры прихваток зависят от вида соединения и должны обеспечивать надежную сборку деталей. Прихватка в углах и других местах концентрации напряжений запрещается во избежание появления трещин при сварке. В настоящее время широко применяют переналаживаемые универсальные сборочные приспособления для сварочных работ (УСПС), что позволяет сократить сроки подготовки производства и значительно снизить себестоимость продукции. Сварка стыковых швов тонкостенных деталей с гарантированным проваром выполняется только в приспособлениях на подкладках с канавкой для выхода проплава. Для сварки стали применяют подкладки из меди с целью предотвращения приваривания деталей к подкладке, а для сварки алюминиевых сплавов – подкладки из нержавеющих сплавов. Эскиз приспособления для сварки стыкового соединения см. на рис. 34.

















Рис. 34

1 прихваты, 3 подкладка под сварной шов с канавкой,
2 основание приспособления, 4 свариваемые детали.


8 Сварка плавлением: основные способы, оборудование, технология

Рассмотрим подробнее наиболее распространенные методы сварки плавлением.

8.1 Сварка газовая

Этот вид сварки является одним из способов сварки плавлением, при котором плавление металла осуществляется за счет тепла от пламени газовой горелки, в которой происходит горение смеси газов: кислорода и горючего газа (чаще всего ацетилена).
В настоящее время газовая сварка применяется только в тех случаях, когда другие виды сварки непригодны, например, для сварки тонкостенных соединений на весу в индивидуальном производстве; при ремонте, если отсутствует подвод электроэнергии.
Для сварки применяется слегка восстановительное пламя, когда отношение ацетилена к кислороду QАЦЕТ / QКИС = 1,1 – 1,3. В таком пламени происходит раскисление окислов железа, содержащихся в жидкой сварочной ванне. Температура газового пламени изменяется по его длине, достигая максимальной в средней зоне на расстоянии 3-6 мм от ядра, где состав наиболее благоприятен по химическому воздействию пламени на свариваемую сталь (см. рис 35).
Реакции, протекающие в средней зоне сварочной ванны(
Fe + O2 Fe O, С2 Н2 С + Н2, Fe O +С Fe +СО
Так как ванна полностью не раскисляется, приходиться дополнительно вводить раскислители в состав присадочной проволоки ( св 08ГС).


Горелка 3






1













I зона – ядро, II зона – средняя, III зона - факел

. Рис. 35. Строение пламени и изменение его температуры по длине.

Нейтральное пламя газовой горелки (QКИС / QАЦЕТ = 1,11,2) применяют для создания предварительного и сопутствующего подогрева при дуговых способах сварки закаливающихся сталей с целью создания более мягкого термического режима, при газовой резке перед подачей режущего кислорода, а также для пайки тугоплавкими припоями.

В качестве оборудования для ручной газовой сварки применяются баллон с кислородом,
баллон с ацетиленом, газовая горелка, пускорегулирующая и предохранительная аппаратура.
Газовая сварка производится 2-мя способами: правым и левым. При правом способе горелка движется слева направо и пламя направлено на расплавленный металл, чем достигается большая глубина проплавления, а, следовательно, и большая производительность при сварке толстого металла. При левом – движение горелки справа налево, и пламя направлено на холодный нерасплавленный металл, поэтому левый способ применяется для сварки тонких или легкоплавких металлов. При левом способе внешний вид сварного шва лучше, чем при правом, так как сварщик хорошо видит сваренный шов (см. рис. 36). В процессе сварки сварщик горелкой производит равномерное и непрерывное поступательное и колебательное движения. При сварке следует избегать отвода пламени в сторону от шва, так как в этом случае металл шва будет окисляться кислородом воздуха.
Из-за низкого качества сварных швов в настоящее время газовая сварка применяется редко, лишь в случаях (о которых было указано выше), где она незаменима.
V сварки 2

V движения горелки



Правый способ сварки



V сварки 2




Левый способ сварки

присадка
горелка
наплавленный металл
Рис. 36.

8.2 Сварка плавящимся электродом

Любой вид сварки характеризуется режимом. Режим –это совокупность параметров, характеризующих процесс сварки и определяющих форму шва.
К основным параметрам режима дуговой сварки относятся ( сила тока I, его род и полярность (если ток импульсный, то время импульса и паузы), напряжение на дуге U(длина дуги), скорость сварки V, диаметр электрода, расход защитного газа и т.д. Дополнительными параметрами режима являются( диаметр присадки, пространственное положение, наклон электрода и изделия и другие.
Сварка в различных пространственных положениях:
(указаны в порядке возрастания сложности сварки)
1 Сварка в нижнем положении, иначе, сварка горизонтальных швов в горизонтальной плоскости;
2 Сварка горизонтальных швов в вертикальной плоскости;
3 Сварка вертикальных швов в вертикальной плоскости
4 Сварка потолочных швов в потолочном положении.


Сварка в нижнем положении

Это наиболее благоприятные условия для формирования шва. Возможна сварка всеми методами без принудительного формирования шва. По положению электрода может быть в нормальном положении (деталь горизонтальна), на спуск, на подъем (см. рис. 37, 38).







.

1 Сварка без наклона

Рис. 37.














2 Сварка на спуск












3 Сварка на подъем


Рис. 38















Рис. 39.

При сварке сверху вниз (на спуск) слой жидкого металла под основанием столба дуги мешает проплавлению, поэтому глубина провара уменьшается, а ширина шва возрастает. При сварке снизу вверх (на подъем) соответственно глубина провара увеличивается, а ширина шва уменьшается. Нормальное формирование шва достигается при сварке на спуск с углом наклона 8 – 10є. При сварке на спуск с большим углом наклона происходит подтекание жидкого металла под дугу, что может привести к непровару в стыке, а при сварке на подъем – к подрезам и непровару по кромкам. При сварке на спуск наблюдается мелкочешуйчатое строение шва с плавным переходом к основному металлу, на подъем, наоборот, шов бугристый, поэтому сварка в нижнем положении на подъем не рекомендуется.
Сварка на спуск применяется при сварке поворотных стыков труб, когда электрод смещают на 10 - 15є в сторону, противоположную вращению. Особенно это целесообразно на трубах небольшого диаметра. В этом случае давление дуги препятствует стеканию жидкого металла из сварочной ванны (рис. 39).

Сварка вертикальных швов

Условия формирования шва менее благоприятные, чем в нижнем положении. Капли металла стремятся стекать вниз (см. рис. 40), поэтому такие швы выполняют короткой дугой (дугой малой длины). Тогда вследствие сил поверхностного натяжения капли легче переходят с электрода в сварочную ванну. Сначала наплавляют козырек из одной-двух капель металла (конец электрода отводят вверх или в сторону, чтобы капли затвердели). Затем варят шов снизу вверх, тогда затвердевшие капли будут удерживать жидкую ванну. При этом для наблюдения следует электрод наклонить вниз. Если надо выполнять сварку сверху вниз, электрод ставится сначала вертикально, а после образования капли опускается ниже (см. рис. 40, IIб). Электрод диаметром не более 4 х мм, ток понижен до ~160А с целью уменьшения объема сварочной ванны.









Рис. 40. Стрелками показано направление движения электрода

Сварка горизонтальных швов

В этом случае при сварке стыковых швов для предупреждения стекания металла скос кромок делают только у верхнего листа (см. рис. 41). Дугу возбуждают на нижней кромке, а затем переводят ее на верхнюю, поднимая вверх стекающую каплю. Затем снова переводят дугу на нижнюю кромку и т.д. Сварка угловых и тавровых горизонтальных швов обычно трудностей не представляет, т.к. сама подготовка кромок предотвращает стекание капель.

Сварка потолочных швов

Наиболее трудна для выполнения, поэтому ее проводят, как можно, более короткой дугой. Применяют электроды с покрытием более тугоплавким, чем металл электрода. В этом случае покрытие образует на конце электрода чехольчик, удерживающий капли металла (см. рис. 42).
В процессе сварки конец электрода то удаляют, то приближают к ванне. При удалении электрода дуга гаснет, и металл шва затвердевает. При потолочной сварке пузырьки газа, всплывая, попадают в корень шва, что снижает прочность сварного шва. Поэтому такая сварка применяется только при монтаже крупных конструкций, сварке неповоротных стыков трубопроводов, ремонтных работах, когда выполнение швов в нижнем положении невозможно.










Положение I – начало сварки,
Положение II – перевод дуги на верхнюю кромку

Стрелками показана схема движения конца электрода

Рис. 41. Сварка стыковых горизонтальных швов.







Схема движения конца электрода






Рис. 42. Сварка потолочных швов.


8.2.1 Ручная дуговая сварка покрытым электродом

Это самый простой способ электродуговой сварки плавлением, не требующий дорогостоящего оборудования. В то же время этот способ требует высокой квалификации сварщика в отличие от автоматической сварки, при которой некоторые параметры сварки (например, длина дуги, угол наклона электрода, скорость сварки) поддерживаются автоматически.
Схема поста ручной дуговой сварки указана на рис. 43.














1 Источник питания сварочный (преобразователь типа ПСУ или источник типа ТИР 300Д или выпрямитель ВС 300).
2 Электрододержатель ЭД.
3 Электрод сварочный.
4 Стол сварщика с вытяжной вентиляцией.
5 Обратный провод.

Рис. 43.

Основными параметрами режима ручной сварки являются: величина тока, напряжение дуги (длина дуги), диаметр электрода.
Режимом, в основном, и определяются размеры шва. Основной показатель формы шва – коэффициент формы, представляющий собой отношение ширины шва е к глубине провара h (см. рис. 44).





Кф = ; Он может колебаться от 0,8 до 2,0.

Рис. 44.

Влияние параметров режима на форму шва
Род и полярность тока. При сварке постоянным током прямой полярности («минус» на электроде) глубина провара наименьшая( при сварке переменным током - больше и при сварке на обратной полярности – наибольшая. Ширина шва изменяется при этом прямо противоположно. В основном, ручная сварка выполняется на обратной полярности, прямая при- меняется для сварки очень тонких металлов.


Величина тока. С увеличением тока глубина провара увеличивается и, наоборот, с уменьшением тока провар уменьшается. Чем тяжелее металл, тем больше провар при неизменном токе, т.к. с увеличением плотности уменьшается теплоотвод. Такой же эффект получается и при сварке металла с меньшей теплопроводностью. На ширину шва величина тока почти не оказывает влияния.
Диаметр электрода dЭ (плавящегося). При одном и том же токе уменьшение dЭ приводит к увеличению плотности тока , что увеличивает глубину провара h и уменьшает ширину шва e. При увеличении dЭ провар h уменьшается, а ширина е увеличивается.
Напряжение дуги не оказывает влияния на глубину провара, однако, при увеличении напряжения ширина е увеличивается, а при снижении – уменьшается, что широко используется для регулирования ширины валика при наплавке. Напряжение устанавливается безопасным для здоровья сварщика: при ручной сварке 1820 В, при автоматической до 36 В.
Скорость сварки V. При малых скоростях сварки 23 м/час глубина провара минимальная, т. к интенсивность вытеснения жидкого металла из-под столба дуги невелика, и это препятствует глубокому провару. При повышении V до некоторой величины глубина провара возрастает. Изменение оптимальной скорости сварки в диапазоне 1630 м/час почти не влияет на глубину провара. С увеличением V ширина шва е уменьшается из-за уменьшения погонной энергии, с уменьшением V - е увеличивается. Это явление также широко применяется для регулирования ширины шва. Дополнительно для регулирования размеров шва применяют поперечные колебания электрода, которые, в общем случае, увеличивают ширину шва и уменьшают провар.
Длина (вылет) электрода не оказывают влияния на формирование размеров шва. Если диаметр проволоки ( 12,5 мм, то при увеличении длины (вылета) электрода он больше нагревается, скорость его плавления возрастает, что приводит к уменьшению тока и глубины провара. Таким образом, колебания вылета электрода могут ухудшить формирование шва.
Подогрев металла перед сваркой до 200400( С приводит к увеличению и глубины провара h, и ширины шва е.
Наклон электрода. Сварку можно проводить вертикальным электродом, углом вперед и углом назад (см. рис. 45).
Углом вперед – ось дуги отклонена по направлению сварки, углом назад – отклонена в сторону, противоположную сварке.
При 3-м варианте дуга активно вытесняет металл из ванны, поэтому глубина провара увеличивается, а ширина шва – уменьшается, шов грубый. При 2-м - давление столба дуги на металл снижается, что уменьшает глубину провара и увеличивает ширину шва по сравнению с 1-м вариантом. Формирование шва при 2-м варианте – мелкочешуйчатое, усиление минимальное, обеспечивается плавный переход шва к основному металлу, этот вариант чаще всего применяется при сварке.










1 Сварка вертикальным 2 Сварка углом вперед 3 Сварка углом назад
электродом ( как на спуск) ( как на подъем)


Рис. 45.


Наклон изделия (см. рис.38). Применяется в тех случаях, когда невозможен или затруднен наклон электрода. Может быть 1) нулевым (без наклона) что соответствует сварке вертикальным электродом, 2) с наклоном вниз, что соответствует сварке углом вперед, 3) с наклоном вверх, что соответствует сварке углом назад.

8.2.2 Механизированная сварка в среде защитных газов

В качестве защитного газа применяется углекислый газ или его смеси с кислородом или аргоном.
Схема поста для мехенизированной сварки в среде углекислого газа указана на рис. 46.
Чаще всего применяется для сварки сталей плавящимся электродом. Источник питания – с пологопадающей вольтамперной характеристикой, сварка на обратной полярности (+ на электроде). В качестве защитной среды применяется углекислый газ (по ГОСТ– двуокись углерода).
Это бесцветный газ со слабым запахом, хорошо растворяется в воде, придавая ей кислый вкус. При повышении давления углекислый газ превращается в жидкость, при охлаждении и постоянном давлении газ переходит в твердое состояние (сухой лед). Сухой лед при повышении температуры превращается в газ, минуя жидкое состояние. Жидкая углекислота – бесцветная жидкость, удельный вес которой значительно изменяется с изменением температуры, поэтому количество углекислоты отпускают потребителям не по объему, а по весу. При испарении 1 кг жидкой углекислоты при нормальных условиях образуется 509 л углекислого газа. Двуокись углерода поставляется по ГОСТ 8050-86 3-х сортов, для сварки применяется только высшего сорта, применение первого и второго сорта углекислоты не рекомендуется из-за повышенного содержания влаги в ней. Может быть использована и такая защитная среда( СО2 + Ar. Применение аргона в данном случае оправдано из-за меньшего разбрызгивания сварочной проволоки и более высокого качества шва.
Наличие окисляющего газа в атмосфере дуги при сварке малоуглеродистой стали обязательно. Окислительная среда способствует снижению парциального давления водорода в газовой фазе, кроме того, кислород связывает железо, предотвращая растворение в сварочной ванне водорода и азота, основных источников пористости сварных швов. Интенсивное окисление железа и легирующих элементов компенсируется при этом активным раскислением элементами, имеющими высокое сродство к кислороду. Эти элементы специально вводятся в состав сварочной проволоки, например, проволока марки св 08Г2С с повышенным содержанием кремния и марганца, которые раскисляют окислы основного металла. Количество образующегося шлака невелико, но его хватает, чтобы благодаря этой шлаковой корке исключить непосредственный контакт расплавленного металла с воздухом. Сварка в среде СО2 рекомендуется для сварки ответственных конструкций, т.к. сварные швы обладают высокой прочностью (равнопрочны основному металлу), герметичностью и высокой ударной вязкостью (ан = 1315кг·м/см2 при сварке стали Ст3 проволокой св 08Г2С). Пористость при сварке обычно бывает связана с недоброкачественной углекислотой, содержащей повышенное количество влаги и азота. Сварка ведется омедненной проволокой ( 0,82,0 мм. Применение проволоки диаметром более Ш1,6мм не всегда оправдано из-за высокого разбрызгивания.
Для сварки малоуглеродистой и низколегированной ( 10ХСНД, 15ХСНД и др) сталей применяется проволока марок свО8ГС и св08Г2С, при этом обеспечивается получение такого же металла шва, как при использовании электродов Э50А, Э55А. Для сварки особо ответственных конструкций, к которым предъявляются повышенные требования по ударной вязкости при низких температурах лучше использовать порошковые проволоки марок ПП-АН-4, ПП-АН-18, ПП-АН-20 и др.
Сварка среднелегированных сталей типа 30ХГСА также успешно выполняется в среде углекислого газа. Металл толщиной до 10мм сваривают без предварительного подогрева, более 10мм – с предварительным подогревом до 400єС, при этом сварку первого корневого прохода выполняют проволокой cв08Г2С. Для сварки можно применять ту же проволоку св08Г2С, что и для малоуглеродистой стали, при этом прочность сварного шва после закалки получается несколько ниже, чем основного металла. Для получения равнопрочности сварных швов нужно использовать проволоку св08Х3Г2СМ. Разработана и успешно применяется технология сварки закаленной стали 30ХГCА с применением аустенитной проволоки марки св07Х18Н9ТЮ или св10Х16Н25АМ6, при этом термообработка после сварки не рекомендуется из-за разности объемных расширений основного металла и сварного шва, а допускается лишь отпуск для снятия сварочных напряжений при 250єС.
Теплоустойчивые стали типа 15ХМА, 20ХМА, работающие при температуре до 500єС, рекомендуется сваривать проволокой св08ХГСМА с предварительным подогревом до 250-300єС, после сварки соединение подвергают высокому отпуску при температуре 700єС.
Ковкий и высокопрочный чугун успешно сваривают и наплавляют в углекислом газе проволоками св08ГС, св08Г2С, Нп30ХГСА и порошковой проволокой ПП-АНЧ-2. Подогрев требуется лишь в последнем варианте (до 400450єС).
Нержавеющие стали также достаточно хорошо свариваются в среде углекислого газа.
Недостатком при сварке нержавеющих сталей в среде углекислого газа газах является повышенная потеря титана и углерода, снижение коррозионной стойкости сварного шва, а также повышенное разбрызгивание и образование на поверхности швов трудноудаляемой окисной пленки. Последнее обстоятельство особенно невыгодно при многопроходной сварке, т.к. эту пленку требуется удалять после сварки каждого прохода.
При работе сварного соединения в слабоагрессивной среде можно для сварки стали 12Х18Н9Т в среде углекислого газа применять проволоку св06Х19Н9Т, с целью же получения равнопрочного сварного соединения, более устойчивого к межкристаллитной коррозии, требуется использовать проволоку св07Х18Н9ТЮ. . Одним из способов предотвращения образования окисной пленки является подача небольшого количества флюса в зону сварки или использование порошковой проволоки, в сердечник которой вводится флюс (см. рис. 32).
Для улучшения внешнего вида и повышения стойкости швов к межкристаллитной коррозии рекомендуется выполнять сварку в инертных газах (в аргоне) или газовой смеси (Аr +1%O2).

























Рис. 46.
1 - баллон с двуокисью углерода;
2 - подогреватель газа;
3 - редуктор баллонный типа У-30;
4 - трубка для подвода газа;
5 - механизм подачи проволоки (входит в состав полуавтомата);
6 - кассета со сварочной проволокой;
7 - источник питания типа выпрямителя ВС-300 (входит в состав полуавтомата);
8 - обратный провод;
9 - шланговый держатель с эластичным шлангом (входит в состав полуавтомата);
10 - свариваемая деталь;
11 - стол сварщика с вытяжной вентиляцией.

Источник питания представляет собой преобразователь 3-х фазного переменного тока в постоянный, имеет жесткую или пологопадающую внешнюю вольтамперную характеристику. Сварка выполняется на постоянном токе обратной полярности (+ на электроде). Регулирование напряжения – 3-х ступенчатое, в пределах каждой ступени – плавное при помощи потенциометра, для дистанционного управления подключается выносной потенциометр. Скорость подачи электродной (сварочной проволоки) от 148 до 530 м/час плавно регулируется изменением числа оборотов электродвигателя и смены подаюшего ролика. Электрическая схема полуавтомата обеспечивает последовательное отключение подачи проволоки после обрыва дуги за счет параллельного подключения к обмотке контактора емкости и сопротивления. Вся аппаратура полуавтомата питается непосредственно от сварочной цепи, и в аппаратуре управления нет высокого напряжения. В подающем механизме установлен газовый клапан, который совместно с редуктором-расходомером обеспечивает надежную защиту места сварки газом в начальный период процесса сварки. Для улучшения обдува сварочной ванны газовый шланг выполнен эластичным. Электрическая схема задержки отключения подачи газа обеспечивает задержку подачи газа после обрыва дуги до 2сек. Выпрямитель и все элементы электросхемы полуавтомата охлаждаются вентилятором. Охлаждение горелок на токах до 300А – воздушное, до 500А – водяное.
В промышленности успешно применяются полуавтоматы для сварки в среде защитных газов типов: А547у и ПДГ-312 (диаметр проволоки ш 0,81,4мм, длина шланга 2,5м), ПДГ-302 ранцевого типа, ПДГ-508 и ПДГ-525 (диаметр проволоки ш 0,82,0). Первая цифра в обозначении означает максимальный сварочный ток при ПВ = 65%, например, цифра 3 – сила тока 300А, цифра 5 – 500А.
Режимы механизированной сварки низкоуглеродистой стали в среде углекислого газ указаны в таблице № 6 (скорость сварки приблизительная).

Таблица № 6


Толщина
основного
металла
мм
Режимы сварки


Диаметр
проволоки
мм,
вид режима
Ток
А
Напряжение
В
Скорость сварки
м/час
Расход газа
л/мин
Вылет
электрода
мм

1
2
3
4
5
6
7

1
0,8
6070
17
2025
67
712


1,5
0,8
85100
1819
3040
67
712


1,0
100110
1819
3040
67
815


1,2
120160
1920
3545
67
910


2

1,0
130150
2021
3035
68
813


1,2
160180
21
3540
68
915

1
2
3
4
5
6
7



34
1,2
мягкий
150170
2021
2535
78
915


1,2
жесткий
190230
21
3040
710
915

56
1,2
мягкий
200220
2122
2530
710
915


68
1,6
180220
2325
2030
1215
1520


2,0
200240
2428
2535
1215
1525


912
2,0
мягкий
280300
2830
2030
1517
2025


2,0
жесткий
380400
3032
2535
1517
2025


Отечественной промышленностью выпускаются универсальные полуавтоматы и для сварки в среде углекислого газа, и для сварки порошковой проволокой с дополнительной защитой углекислым газом или без нее. Например, полуавтомат А-765 (диаметр сплошной проволоки (1,62,0, порошковой - (1,63,5) с водяным охлаждением горелки и длиной шланга 3,5м.
Сварка порошковой проволокой (см. рис.32).
Внедрение способа сварки порошковой проволокой позволило устранить ряд недостатков, свойственных сварке в среде углекислого газа сплошной проволокой, а именно( интенсивное разбрызгивание на токах 250400а, посредственного внешнего вида шва на этих токах, повышенной прочности шва при недостаточной пластичности. Коэффициент наплавки выше, чем при сварке в среде СО2, на 12%, глубина проплавления выше даже для однопроходной сварки листов толщиной 812мм без скоса кромок. К недостаткам этого метода следует отнести недостаточное качество изготовления порошковой проволоки( неравномерное сечение, отсутствие порошка на отдельных участках проволоки, что нарушает процесс сварки.
Чаще всего для сварки низкоуглеродистой стали применяется проволока ПП-АН8, которая заменяет популярную сплошную св08Г2С, но дает более пластичные швы.
Процесс сварки этой проволокой характеризуется почти полным отсутствием брызг, стабильным горением дуги и получением плотных, пластичных швов, поэтому применяется для сварки в среде углекислого газа конструкций, работающих в условиях динамических нагрузок и низких температур. Для сварки нержавеющих сталей с углеродистыми применяется проволока ПП-АНВ15, для сварки нержавеющих сталей – проволока ПП-АНВ-12, обладающая высокой стойкостью к межкристаллитной коррозии, которая применяется для сварки конструкций пищевой и химической промышленности, а также проволока ПП-АНВ8 с дополнительной защитой углекислым газом Вылет электрода устанавливается в пределах 2030мм
Режимы механизированной сварки порошковой проволокой ПП-АН8 указаны в таблице № 7.

Таблица № 7

Толщина
основного
металла
мм
Диаметр
проволоки
мм
Сварочный
ток
А
Напряжение
дуги
В
Скорость
подачи
проволоки
м/час
Расход
газа
л/мин

3
2
160180
240260
2224
2427
142
210
68
1012

46
2
280300
2528
298
1214

610
2
360380
3033
358
1416

1012
2
400420
3235
500
1618

1216
3
430460
2933
250
1214

1618
3
480500
3134
298
1416

1820
3
550600
3638
360
1822


8.2.3 Автоматическая сварка в среде защитных газов

Автоматическая сварка в среде углекислого газа производится в нижнем положении специальными автоматами, которые отличаются от полуавтоматов тем, что сварочная горелка устанавливается на сварочном тракторе и может автоматически перемещаться с заданной скоростью сварки. Это прямолинейное перемещение используется для сварки продольных швов. Для сварки поперечных (кольцевых) или круговых швов трактор устанавливается неподвижно на стойке, а изделие закрепляется на манипуляторе или вращателе и вращается со скоростью сварки. Диаметр проволоки Ш1,22,0мм.
Автоматической сваркой можно сваривать листы толщиной до 16мм без разделки кромок, выполнив лишь небольшую фаску на торцах 1(45( для улучшения видимости стыка, а более толстые листы варить с притуплением 57мм. При этом сокращается расход сварочной проволоки на 20%.
Под автоматическую сварку требуется очень точная сборка деталей. В частности, смещение кромок по высоте (радиальное биение) и смещение оси стыка относительно горелки (торцевое биение) должны быть не более 0,5мм, зазор в стыке не более 1мм.
Сварка выполняется на съемных (соединение С4) или остающихся (С5) подкладках.
Значительно облегчает сборку под сварку, особенно толстостенных деталей, применение замкового соединения (С6) (см. табл.1).


Автоматическая сварка под флюсом

Чаще всего применяют автоматическую сварку под флюсом, механизированная с помощью полуавтоматов находит ограниченное применение. Сварку выполняют постоянным током обратной полярности, реже переменным (допускается для деталей толщиной более 40мм).
Автоматическая сварка под флюсом выполняется на автоматах типа АДФ-1000, основанных, на принципе саморегулирования дуги (см. рис.20), источник питания - с жесткой или пологопадающей характеристикой. Сварка выполняется на подкладных остающихся кольцах из НУС или используется очень удобное для сборки замковое соединение (С6).
Для сварки применяются одна или несколько сварочных проволок одновременно, при этом, если они подсоединены к одному источнику питания, то процесс называется многоэлектродным, если к разным, то многодуговым. С целью имитации движения руки сварщика при ручной сварке, проволоке при автоматической сварке тоже можно придать поперечные, продольные или комбинированные колебания.

8.2.4.1 Сварка низкоуглеродистых сталей.

Основой металлургии сварки под флюсом является правильный выбор флюса и проволоки. В металле шва должны быть обеспечены нормальные сочетания Si и Mn. Концентрация кремния в шве – 0,160,25%, марганца – 0,60,9%. Эти соотношения могут быть получены за счет кремнемарганцего восстановительного процесса, перехода их из проволоки, из составляющих элементов флюса. Флюс должен иметь температуру плавления меньше, чем температура плавления основного металла, должен обеспечивать удаление S и P из сварочной ванны, а также связывать водород и влагу еще в газовой фазе столба дуги. Наряду с этим флюс должен обеспечивать хорошее формирование шва и легкое отделение шлаковой корки. Последнее особенно важно при многопроходной сварке, так как корку флюса после сварки первого прохода следует успеть сбить до выполнения 2-го прохода. Удаляют флюс обычно пневмозубилом. Применяются следующие сочетания флюсов и проволоки для сварки низкоуглеродистой стали :
ВК (высококремнистый), ВМ (высокомарганцевый) флюс + углеродистая проволока, например, св08.
ВК, БМ (безмарганцевый) или НМ (низкомарганцевый) флюс + марганцовистая проволока( св10Г2).

К (керамический) флюс + углеродистая проволока (то же сочетание, что и 1.)
НК, НМ флюс + кремнемарганцовистая проволока (св08Г2С).


Рассмотрим 1-ый вариант, который чаше всего применяется при сварке под флюсом низкоуглеродистой стали (НУС).
Флюс, применяемый при этом варианте, - АН-348А или ОСЦ-45, проволока – св08, св08А.
Плавленный флюс АН-348А содержит 44% SiO2 и 33% MnO.
В расплавленной сварочной ванне протекают следующие химические процессы:
SiO2 + Fe FeO + Si
MnO + Fe FeO + Mn
Высокая концентрация MnO во флюсе и Mn в шве способствует удалению серы.
FeS + MnO FeO + MnS
FeS + Mn MnS + Fe
При этом легкое соединение MnS всплывает в шлак, т.е. таким образом, происходит удаление серы из сварочной ванны и резко снижается склонность шва к образованию горячих трещин.
Фосфор находится в металле в виде фосфидов. В жидкой сварочной ванне происходят следующие процессы: Fe3 P + FeO P2O5 + Fe
P2O5 + MnO Mn (PO3)2
в шлак

т.е. повышенная концентрация MnO в ванне будет тормозить переход фосфора в металл шва.
Раскисление FeO (удаление кислорода) происходит благодаря обратному кремнемарганцевому восстановительному процессу:
FeO + Si SiO2 + Fe


8.2.4.2 Сварка среднеуглеродистых и легированных сталей.

При сварке под флюсом этих сталей (30ХГСА, 23Х2НБФА и др) основная задача - получение сварных швов с достаточно высокой ударной вязкостью. Благодаря наличию в стали легирующих элементов, обладающих большим сродством к кислороду (Cr, Si) происходит раскисление сварочной ванны, в результате чего она обогащается мелкими дисперсными включениями, из-за чего ударная вязкость аН катастрофически снижается.
FeO + Cr Fe + Cr2О
Следовательно, с целью получения высокой аН следует перейти на сварку НК, НМ (АН-15М) или БМ, БК флюсами на фторидной основе (ФЦК-М).
Для сварки под флюсом нержавеющих сталей также не рекомендуется применять ВК, ВМ флюсы, в противном случае неизбежно повышение окисления металла с образованием тугоплавких окислов Cr,Ti и ухудшение его свойств. Поэтому применяют БМ, НК флюсы типа ФЦЛ-2 (30%СaF2, 30% SiO2, СаF2), фтористые АНФ-5 (75% СаF2, 15% NaF), либо керамические на основе жидкого стекла. Таким образом, легирование флюсами невозможно, т.к. легирующие элементы дают тугоплавкие окислы, поэтому легирование должно идти через проволоку, например, св06Х18Н9Т при сварке стали 12Х18Н9Т.

8.3 Сварка неплавящимся электродом в среде инертных газов

В качестве электрода обычно применяется вольфрамовый стержень, заточенный на конус под углом 60(. Выполняется в среде инертного газа, обычно аргона, при этом газ имеет двойную функцию( защиты сварочной ванны от взаимодействия с окружающими газами и защиты самого вольфрамового электрода от окисления. Выбор присадки производить исходя из требований, предъявляемых к конструкции( равнопрочности, коррозионной стойкости, пластичности, жаропрочности и других требований.



Сварка углеродистых сталей

Схема поста для ручной дуговой сварки сталей неплавящимся электродом в среде инертного газа приведена на рис. 46.

















Рис. 46.

1 -источник питания постоянного тока (выпрямитель ВС-300 с осциллятором, ВСВУ-315, ТИР-300ДМ, УДГУ-351и др.);
2 - сварочный кабель с обратным кабелем;
3 - свариваемое изделие;
4 - стол сварщика;
5 - горелка (РГА-150, ЭЗР-5 и др.);
6 - трубка для подвода газа;
7 - ротаметр типа РС или расходомер типа АР;
8 - манометр давления газа (требуется, если баллон находится вне сварочного поста);
9 - редуктор баллонный с манометрами высокого и низкого давления;
10 - баллон с аргоном;
11 - присадочная проволока.

Примечание: 1 При сварке тонколистовых материалов целесообразно использовать стабилизированные источники питания типа ВСВУ.
Для сборки и сварки деталей с продольными сварными швами применять стенды или другие приспособления с прижимом свариваемых кромок к подкладке.
2 Для автоматической и механизированной сварки применять автоматы типа АРК-3 и сварочные манипуляторы типа М 11010, М 11050 и др.
3 В состав источников питания ВСВУ, УДГУ и ТИР-300 входит осциллятор, который на схеме не показан.

Для сварки сталей обычно применяется постоянный ток прямой полярности, для сварки алюминиевых сплавов – переменный ток. Следует отметить, что для сварки легированных сталей, содержащих алюминий в большом количестве, также применяется переменный ток для облегчения удаления окисной пленки.
Прямая полярность способствует уменьшению ширины шва и увеличению глубины проплавления, поэтому для получения гарантированного провара 1-й проход при многослойной сварке выполняют именно этим методом.
Для сварки низкоуглеродистых сталей рекомендуется применять не чистый аргон, а смесь аргона с углекислым газом, т.к. при сварке таких сталей наличие окисляющего газа желательно для полного протекания кремнемарганцего восстановительного процесса.
Сварку выполнять короткой дугой во избежание окисления сварочной ванны.
Среднеуглеродистые стали толщиной до 7мм хорошо свариваются неплавящимся электродом в среде аргона, более толстые детали рекомендуется сваривать в два этапа( 1-й проход (корень шва) выполнять неплавящимся электродом, а все последующие слои – плавящимся, такая технология обеспечивает качественное проплавление корня шва, а также надежное проникновение литой зоны шва в основной металла и сплавление между слоями. Заполнение разделки при многослойной сварке рекомендуется выполнять с поперечными колебаниями электрода. Поперечные колебания улучшают формирование шва и обеспечивают плавный переход от шва к основному металлу, при этом ослабляется перегрев шва и столбчатая ориентация структуры шва, последняя дробится и измельчается.


Сварка высоколегированных сталей и сплавов

При аргонодуговой сварке этих материалов наблюдается высокая стабильность горения дуги и меньший угар легирующих элементов, чем при сварке в среде углекислого газа. Сварку выполняют с присадкой, в составе которой учитывается угар легирующих элементов, и без присадки, при этом, чтобы не было занижения шва, применяют сварку по оплавляемому буртику (см. рис. 47). Этот способ сварки применяется для сварки тонкостенной детали с массивной. Сварка нержавеющих сталей без присадки дает заниженные показатели коррозионной стойкости.

ИН-С6






Рис. 47.

Для эффективной защиты металла шва используют горелки с соплами, имеющими сетчатые вкладыши. Сборку тонкостенных деталей малой жесткости рекомендуется выполнять на стендах с подкладками, оформляющими проплав, и с прижимом свариваемых кромок к подкладке (см. рис. 48).










Рис. 48.

Ориентировочные данные для проектирования стендов для сварки продольных швов обечаек указаны в таблице № 8.

Таблица № 8

Наименование свариваемых материалов

Толщина металла,
мм
Расстояние от прижима до стыка, мм
(см.рис.48)
l,
Усилие прижима,
кгс/пог.см
Р


Алюминиевые сплавы

До 1
13
38
>8

810
1012
1215
2030

1015
1520
2025
2530


Нержавеющие стали,
титановые сплавы

0,81,0
12
3 и более

810
1015
1525

3040
5060
7080



Высоколегированные стали – это стали на основе железа, легированные одним или несколькими элементами в количестве 5-55%.
Высоколегированные сплавы подразделяются на 2 группы( на железоникелевой основе и на никелевой.
Общим признаком для большинства этих материалов является их пониженный по сравнению с НУС коэффициент тепло и электропроводности, большой коэффициент литейной усадки и высокий коэффициент линейного расширения.
В зависимости от свойств эти стали и сплавы делятся на коррозионностойкие, жаропрочные и жаростойкие. Последние, в отличие от жаропрочных, кроме сохранения требуемой прочности при высоких температурах, должны при этом не окисляться не только на воздухе, но и в агрессивной среде. Главными легирующими элементами высоколегированных сталей и сплавов являются углерод, кремний, вольфрам, молибден, ниобий, ванадий, титан, алюминий, бор и другие. В зависимости от структуры высоколегированные стали и сплавы делятся, в основном, на однофазные( мартенситные (М), ферритные (Ф), аустенитные (А) и 2-хфазные( М-Ф, А-М, А-Ф.
Для выбора марки присадочной проволоки, режимов сварки и термообработки важно сначала определить, к какому структурному классу относится применяемый материал.
Структура этих материалов определяется соотношением эквивалентного содержания ферритизирующих ( Cr, Si, Mo, Ti, Al, Nb, V, W) и аустенизирующих ( Ni, Co, C, N, Cu, Mn, B) элементов. Для определения ориентировочной структуры хромоникелевых сталей, а также сварных швов можно пользоваться диаграммой Шеффлера ( рис.49).
Если принять эффективность действия хрома и никеля в сварном шве за единицу, то эквивалентная концентрация хрома и никеля в сварном шве может быть подсчитана по формулам.(

(Cr( = Cr +1,5Si + 2Mo + 5Ti + 2Al + 2Nb + V + 1,5W
(Ni ( = Ni +30C +30N +0,5Mn + 10B

Для основного металла (катаных сталей) эквиваленты никеля и хрома выражаются другими формулами(

(Cr( = Cr +3Si + 2Mo + 7Ti + 12Al + 4,5Nb + 11V + 2W
(Ni ( = Ni +30C +26N +0,7Mn + 0,3Cu



























А+10
20


А+5...
10%Ф





















А


А+5%
Ф













А+20
40












А+М



А+40
80













А+80
100
























М


А+Ф












Ф+М

М+Ф



Ф








Диаграмма влияния элементов на структуру металла сварных швов высоколегированных сталей ( диаграмма Шеффлера).
%Ni - эквивалентная концентрация никеля (Ni (, %Cr - зквивалентная концентрация хрома (Cr(.

Например, для стали 12Х18Н10Т, которая по диаграмме попадает в подгруппу А+1020% Ф
( (Cr( = 25, (Ni ( = 13,6) с целью получения коррозионностойких и жаропрочных швов следует из каталога сварочных материалов выбрать проволоку А-Ф структуры, св06Х19Н9 (5..10%Ф), т.к. 2-х фазные структуры способствуют измельчению структуры, а, следовательно, упрочнению, жаропрочности и стойкости против коррозии.
Если же сталь используют для изготовления хладостойкой аппаратуры, предпочтение надо отдать проволоке со структурой А или А+23% Ф, например, св10Х16Н25АМ6 (аустенитные швы не теряют пластичности при низких температурах).
При сварке высоколегированных сталей и сплавов возможно образование горячих (в том числе и кристаллизационных) и холодных трещин (ГТ, КТ и ХТ).

Горячим подвержены, в основном, аустенитные стали и сплавы, холодным – закаливающиеся стали мартенситного и мартенситно-ферритного классов. Это объясняется сильно развитой
направленной первичной микроструктурой, увеличенной литейной усадкой. многокомпанентным легированием, усиливающим вероятность появления легкоплавких составляющих на границе зерен.
Пути предотвращения КТ(
1. Создание 2-х фазных структур (А+Ф, А+карбиды и др.) Такую структуру обеспечивает, прежде всего, соотношение эквивалентов (Cr( и. (Ni (. Удовлетворительную стойкость против КТ при сварке аустенитных сплавов можно получить при наличии в металле шва 38% Ф+А. Если требуется еще и пластичность при t = 450650(С, то содержание феррита должно быть в пределах 25%. Это требование особенно тщательно должно соблюдаться при сварке конструкций, длительно работающих в интервале температур 450650(С, например, контуров атомных станций, высокотемпературных реакторов, паропроводов. Специально для них созданы проволоки св04Х17Н10М2 и св02Х17Н10М2-ВИ.
2. Ограничение вредных примесей (серы, фосфора, свинца, сурьмы, олова, висмута), а также таких элементов, как кремний, титан, алюминий, титан. Они способствуют образованию по границам зерен легкоплавких прослоек, которые при остывании сварочной ванны долго не кристаллизуются, инициируя образование трещин.
3 Легирование молибденом, марганцем, вольфрамом, танталом, азотом, заменой части никеля марганцем, углеродом, бором. Введение углерода способствует образованию 2-х фазной аустенитно-карбидной фазы, что измельчает структуру, но снижает коррозионную стойкость. С целью повышения коррозионной стойкости одновременно с введением углерода легируют шов такими элементами, как ниобий и титан, способными связать углерод в прочные карбиды.
4. Применение фтористо-кальциевых электродов для ручной сварки и фторидных флюсов при автоматической сварке под флюсом, т.к. наличие фтора измельчает структуру.
Холодные трещины в шве и околошовной зоне возможны после кристаллизации сварочной ванны или в процессе эксплуатации изделия при сварке мартенситных и мартенситно-ферритных сталей, а также малопластичных сложнолегированных сталей и сплавов
Пути предотвращения ХТ(
1. Предварительный и сопутствующий подогрев до 250300(С.
2. Сварка минимальной погонной энергией с минимальным проплавлением.
3. Применение чистого от вредных примесей основного и присадочного металла, лучше всего металлы электрошлакового или вакуумного переплава, что дает повышенную пластичность.
4. Применение более пластичной, чем основной металл, присадки, что, конечно, приводит к снижению прочности сварного шва за счет повышения пластичности.
5. Снижение углерода вплоть до предела его растворимости в железе (до 0,020,03%), исключение ниобия.
Нержавеющие стали и сплавы обладают очень важной характеристикой – коррозионной стойкостью, т.е. способностью противостоять окислению в агрессивных средах, за что и получили название нержавеющих.
Коррозионностойкими или нержавеющими являются хромоникелевые аустенитные и 13, 17, 28% хромистые стали, а также хромомарганцевые аустенитные, хромоникелевые аустенитно-ферритные и другие.
Обладая высокой коррозионной стойкостью, эти стали, однако, подвержены опасному виду коррозионного разрушения - межкристаллитной коррозии (МК). После длительного воздействия на эти материалы критических температур 500800(С углерод связывает хром в карбиды, за счет чего происходит обеднение хромом (основным элементом, обеспечивающим коррозионную стойкость) пограничных слоев зерен и потеря коррозионной стойкости, т.е. нержавеющие стали ржавеют
Сварка вызывает нагрев околошовной зоны до критических температур, поэтому впоследствии, в них может развиться МК. Провоцируют МК такие факторы, как подварка, пересечение швов, места перекрытия при сварке замкнутых швов (это когда начало и конец шва перекрываются с целью ликвидации дефектного участка при зажигании дуги).
В сталях, стабилизированных Ti и Nb, МК развивается на границе шов - околошовная зона и называется ножевой коррозией.
Средства борьбы с МК(
1. Снижение содержания углерода в основном металле и шве до 0,020,03%, т.е. до предела его растворимости в аустените. При столь малой концентрации углерод остается в твердом растворе при любой температуре и не соединяется с хромом.
2. Легирование титаном, ниобием, танталом, цирконием, ванадием, которые сами дают устойчивые карбиды (наиболее эффективное средство).
3. Закалка (для сталей типа 18-10 от 10501100(С). При нагреве под закалку карбиды хрома растворяются в аустените, а быстрое остывание фиксирует однородное строение стали или сплава. Повторное воздействие критических температур может снова привести к МК.
4. Стабилизирующий отжиг в течение 23 часов при температуре 850900(С с охлаждением на воздухе
5. Повышение в швах до 2025% феррита путем дополнительного легирования хромом, кремнием, алюминием, ванадием, молибденом. вольфрамом.
6. Для предупреждения ножевой коррозии применяют приемы, направленные на недопущение или уменьшение перегрева металла в околошовной зоне( сварка короткой дугой, на высокой скорости, сварка с промежутками во времени после наложения каждого валика.
В последнее время широкое применение в атомной и теплоэнергетике, в химическом машиностроении, авиации нашли новые жаропрочные сплавы( мартенситно-стареющие (ЭП637), высокохромистые никелевые сплавы сложной гетерогенной структуры( ЭП648 (Х35Н50ВМТЮБ-ВИ), ЭП126, ВЖ159 (Х27Н58М7Б3Ю-ИД). По сравнению с другими жаропрочными сплавами, они имеют более высокую стойкость к термическим напряжениям, большую жаростойкость, особенно в таких агрессивных средах, как высокосернистое и дизельное топливо, морская вода и др.
В зависимости от режима термообработки эти сплавы могут длительно работать и при t до 1100(С, и при t до 750(С, что позволяет снизить номенклатуру используемых сплавов в одном изделии. Эти сплавы обладают хорошей технологичностью( хорошо свариваются, подвергаются холодной штамповке, после длительной работы их можно подваривать без термообработки.
Сплав ЭП648 под штамповку и сварку рекомендуется использовать после закалки с t до 1140(С, охлаждение на воздухе и старения при t = 900(С в течение 16 часов, при этом выравнивается структура, и сплав становится более пластичным( предел прочности (В = 9,7МПа, ( = 45%.
При гибке такого материала толщиной 1,5мм достигается минимальный радиус гиба 5мм.
Сварка сплавов выполнятся неплавящимся электродом в среде аргона, для ЭП648 проволокой св 03Х35Н50ВМТЮБ (ЭП648), для ВЖ159 – св 08Х20Н57М8В8Т3Р (ЭП533).
Режимы ручной сварки листов толщиной 1,5 мм( сила тока 50А, расход газа 7л/мин, поддув с обратной стороны с расходом 4л/мин. Очень хорошее качество дает сварка на ЭЛУ, вакуум 5( 10 -5 мм рт. ст. После сварки для получения оптимальных свойств сплав подвергают двойному старению, сначала при 900(С в течение 16 часов, затем при 750(С в течение 16 часов. охлаждение на воздухе. Показатели механических свойств после сварки и термообработки ЭП648( (В = 931МПа, ( = 45%, аН = 19кгм/см2, предел ползучести (50ч (1000(С) ( 29,4МПа.



8.3.3 Сварка цветных металлов и сплавов

8.3.3.1 Алюминиевые сплавы.
Удельный вес чистого алюминия ( =2,7 г/см 3, теплопроводность его в 2 раза выше, чем стали. температура плавления t ПЛ = 657 єС. При нагревании легко окисляется, образуя окисную пленку с t ПЛ = 2060єС, что является основным препятствием при сварке алюминиевых сплавов. Свариваемость конкретных алюминиевых сплавов указана в разделе 3.
Сварку выполняют в среде инертного газа неплавяшимся вольфрамовым электродом на переменном токе, при этом, когда минус на детали, разрушается окисная пленказа счет интенсивного катодного распыления (бомбардировки катода тяжелыми положительными ионами инертного газа) и нагревается вольфрам, когда минус на электроде – интенсивно охлаждается вольфрам.

Трудности сварки алюминиевых сплавов.
1 Наличие тугоплавкой окисной пленки Al 2O3 c плотностью и t ПЛ = 2060єС выше, чем у алюминия. Пленка, как указывалось выше, затрудняет сплавление кромок и способствует загрязнению металла шва частичками этой пленки. Ее удаляют, сначала размягчая в травильных растворах, затем очищают механическим путем (шабрением). Новую окисную пленку, образующуюся при сварке, удаляют либо катодным распылением, либо, применяя флюсы (хлористые соли). Очищение от окисной пленки протекает по реакции:
Al 2O3 + 6KCl = 2AlCl3 + 3K2O

Летучий AlCl3 удаляется в атмосферу, а K2O оседает в шлаке. После сварки по флюсу необходимо удалить остатки флюса.
2 Резкое падение прочности при высоких температурах, что может привести к проваливанию нерасплавившихся частичек кромок под действием веса сварочной ванны с образованием прожога. С целью предотвращения этого применяют формирующие подкладки из нержавеющей стали (см. рис 50). Рекомендуемые размеры канавки указаны в таблице 9.








Рис. 50.
Таблица 9
Вид канавки
Толщина металла, мм
Размеры канавки, мм



а
b
h
R

а
23
7
-
1,5
-


46
9
-
2
-

б
23
7
2
3
2,5


46
8
2
3
3

Конструкция подкладки типа б, кроме функции формирования обратной стороны шва, несет функцию разрушения окисной пленки, т.к. жидкий металл с окисными пленками стекает в узкую канавку, образуя «лишний проплав», который затем после застывания сварочной ванны удаляется слесарным путем. Обратная сторона шва при этом получается чистой, без окисных плен и несплавлений. Такая конструкция подкладки предпочтительнее, чем а.
Именно из-за окисных плен не рекомендуется при сварке алюминиевых сплавов замковое соединение обычной конфигурации, так как при этом неизбежен непровар в корне шва, надо замок выполнять с канавкой, куда будут стекать окисные плены (см. рис. 51).

Технологично Нетехнологично




Рис. 51.

Для получения герметичных соединений в тонкостенных конструкциях рекомендуется применять флюсы ФА-1Т или ФА-2Т, представляющие собой раствор фтористых солей кальция, лития, магния и других солей в спирте. Наносится флюс только на нижние кромки, так как их компоненты нарушают процесс горения дуги. Флюс разрушает окисную пленку, гарантируя получение качественного провара.
3 В связи с большой величиной коэффициента линейного расширения и низким модулем упругости алюминиевые сплавы имеют повышенную склонность к короблению. С целью предотвращения этого применяется жесткое закрепление листов с помощью механических или пневмоприжимов. Приспособления для сварки алюминиевых сплавов следует изготавливать из металла с низкой теплопроводностью (из нержавеющей стали) во избежание приваривания проплава к подкладке.
4 Расплавленные алюминиевые сплавы обладают повышенной растворимостью газов, особенно водорода, которые при застывании сварочной ванны задерживаются в ней, не успевая всплыть, что приводит к интенсивной пористости сварного шва, а, следовательно, к потере герметичности, снижению пластичности и прочности.
Основной причиной возникновения пористости является водород, выделяющийся при разложении воды при высокой температуре: 3Н2О + 2Al = Al2O3 + 6H. Так как растворимость водорода в жидкой ванне значительно выше, чем в твердом сплаве, весь водород не успевает всплыть на поверхность. Выделению водорода препятствует так же окисная пленка на поверхности сварочной ванны. Чтобы предотвратить появление пористости, применяют предварительный и сопутствующий подогрев, замедляющие кристаллизацию сварочной ванны.
С этой же целью очень тщательно очищают проволоку и свариваемые кромки деталей, удаляя окисную пленку. Удаление окисной пленки проводят в два этапа: сначала травят их в растворе щелочи, при этом пленка разрыхляется и легко удаляется механическим путем (шабрением) на 2-ом этапе.
5 Алюминий имеет высокую теплопроводность, поэтому сварка его требует применения мощных источников тепла, иногда применяют подогрев, особенно при сварке жестких конструкций или применяют 3-х фазные источники питания, создающие 3-х фазную дугу – совокупность 2-х зависимых, горящих между каждым из 2-х вольфрамовых электродов, и одной независимой между 2-мя электродами.
6 В связи с грубой столбчатой структурой металл шва склонен к выпадению легкоплавкой эвтектики по границам зерен (( - фазы) и возникновению трещин.
Особенно склонны к трещинообразованию термоупрочняемые сплавы, например, Д16, Д20 (системы Al – Cu – Mg).
Считающийся нетермоупрочняемым сплав АМГ6 (системы Al – Mg) нельзя рассматривать как нечувствительный к тепловым воздействиям. На него вводятся ограничения по количеству подварок, количеству слоев. Как правило, после сварки необходим отжиг для снятия напряжений и улучшения структуры, который проводится при температуре 315335(С с выдержкой в зависимости от максимальной толщины изделия.
В качестве присадки выбирают сварочную проволоку аналогичного с основным металлом хим. состава. Для заварки дефектов литья из сплавов АЛ9, АЛ19 нужно применять литейные прутки из того же сплава или проволоку АК5, обладающую высокой жидкотекучестью.
Реже применяется механизированная сварка плавящимся электродом на постоянном токе обратной полярности, при этом с целью удаления окисной пленки применяют флюсы АН-А1, АН-А4, сварку ведут не под слоем флюса, а по флюсу, т.е. флюс не подается сверху из флюсоподающего механизма, так как при этом нарушалась бы стабильность горения дуги, флюс насыпается заранее впереди стыка свариваемых деталей.
Для механизированной и автоматической сварки проволока должна быть обязательно нагартована во избежание ее заминания в подающем механизме.
Другие методы сварки алюминиевых сплавов
Иногда применяют газовую сварку алюминиеых сплавов, обязательно с применением флюсов, разрушающих окисную пленку (хлористые соли натрия, калия). Тут надо правильно выбрать мощность пламени, т.к. тугоплавкая окись алюминия закрывает сварочную ванну и мешает заметить начало расплавления металла. Сварку чистого алюминия можно выполнять электродами ОЗА-1, но при этом швы грубые, т.к. покрытие плохо сцеплено со стержнем и увлажняется при хранении. Такую сварку применяют только в авторемонтных мастерских при отсутствии другого оборудования.
Для тонкостенных деталей в последнее время широко применяется плазменная и микроплазменная сварка неплавящимся электродом алюминия толщиной 1мм и менее. Устойчивое горение дуги на малых токах (менее10А) достигается при этом усиленным охлаждением плазмы и применением специальных сопел, ограничивающих диаметр столба дуги
Сварку алюминиевых сплавов можно выполнять и плавящимся электродом на постоянном токе обратной полярности в среде аргона, но при этом в связи с активным капельным переносом металла через дугу труднее обеспечить надежную защиту сварочной ванны от попадания воздуха. Для ликвидации этого недостатка применяют импульсы тока, что сокращает время пребывания капли на торце электрода и повышает устойчивость горения дуги на малых токах.
Самые лучшие результаты дает сварка алюминиевых сплавов на ЭЛУ, особенно сплавов повышенной прочности, так как высокая чистота рабочей среды (сварка выполняется в вакууме порядка 1(10-4 мм рт.ст.), малое тепловложение за счет малого диаметра луча и высокая скорость процесса, - все это очень благоприятные условия для сварки алюминиевых сплавов. Сварка на ЭЛУ обеспечивает минимальные коробление и усадку, кроме того, сварку можно выполнять на весу, без подкладки, благодаря малому объему сварочной ванны.


8.3.3.2 Сварка титана и его сплавов.

Титан – цветной металл с удовлетворительной свариваемостью, обладает малым удельным весом (( = 4,5 г/см3), высокой коррозионной стойкостью, прочностью ((b = 8,4012,6МПа) и высокой пластичностью (( = 520%).
Титан имеет две стабильные модификации( высокотемпературную ( и низкотемпературную ( (температура полиморфного превращения ( ( равна 882,5(С). Из-за разности плотностей этих модификаций превращение ( ( при кристаллизации происходит с уменьшением объема на 13%. Кроме того, при быстром охлаждении возникают метастабильные фазы, одни из них пластичны, другие настолько охрупчивают металл, что могут просто исключить его практическое применение. По механическим свойствам все сплавы можно разделить на 3 группы(
1 (В < 686 МПа– малопрочные, высокопластичные (ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ-1 ВТ-5);
2 (В = 686980 МПа – среднепрочные (ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ-4);
3 (В > 980 МПа - высокопрочные (ВТ-20, ВТ-14, ВТ-15, ВТ-22).

Сплавы 1 гр. обладают хорошей свариваемостью всеми существующими видами сварки титановых сплавов, механические свойства сварного шва близки к основному металлу. Сплавы 2 гр. обладают различной свариваемостью, так, ОТ4-2, ВТ-20 свариваются так же, как сплавы 1 гр., а у ОТ4-2, ВТ-20 прочность сварного шва снижена на 10%. Сплавы 3 гр. удовлетворительно свариваются при строгом соблюдении режима нагрева при сварке и охлаждения.
Сварка выполняется на постоянном токе прямой полярности, схема поста аналогична сварке сталей неплавящимся электродом











13PAGE 15


13PAGE 144015



380в

3 2

4



6

5

UНВ

ФНВ

8

9



7

1

ФР

I

+

2

1

4

3

t



I

+

U

U

t



I
I1 · K

1000
200 · 0,6

3 (3шт)

R

4

2 (3шт)

5

1 (3шт)

СК СР

4





3

380В

220в

Р

5

2

Тр ВЧТ

Тр1

6

1

а)

4

СК

220в

380



3

Тр1

5

Тр ВЧТ

2

6

1

б)













БОС















U, В

1

2

3

4

I, А

а

а

S

а

2а + S

1

3

2

4

t°,С

3250

1200

300

I II III Расстояние от сопла



1

3

1

3

V сварки

Формирование шва

нормальное

V сварки

Шов широкий, непровар в стыке

V сварки

Шов узкий, непровар по кромкам

V сварки

10-15є

IIб)

IIа)

Iа)


II

I

V сварки

электрод

3

1

2

4

5

е

h

е
h

Vсварки

Vсварки

3

2

4

5

1

220в

380в

6

7

9

10

8

11

9

-
+

7

5

8

1

2

10

11

3

4

6

Р

l

а

а

h

h

R

b

а)

б)




tCB






I

t

IД – ток дежурной дуги
I СВ – величина тока в импульсе
tCB – время сварки (импульса)
tП – время паузы
tЦ – время цикла (период импульса)


I СВ

Рис.31

шлаковая корка



прижим

--

4 8 12 16 20 24 28 32 36 %Ni

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 %Cr

Рис. 49

подкладка



Заголовок 1 Заголовок 2 Заголовок 3 Заголовок 4 Заголовок 5 Заголовок 6 Заголовок 7 Заголовок 8 Заголовок 915

Приложенные файлы

  • doc 243305
    Размер файла: 740 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий