Лекция 5

Режим сварки

Режимом сварки называется совокупность параметров, определяющих протекание процесса сварки. К основным параметрам режима сварки относятся: сила сварочного тока, скорость сварки, напряжение дуги, диаметр электрода. Дополнительными параметрами считаются род и полярность тока, разновидность покрытия электрода, угол его наклона, температура предварительного нагрева основного металла.

Диаметр электрода определяют, исходя из толщины свариваемого металла, вида сварного соединения, типа шва и других факторов.

Таблица 10 - Диаметр электрода при сварке в нижнем положении, мм

Толщина сваривае-мого материала, мм	1…2		4…5	6…8	9…12	13…15	и более
Диаметр электрода, мм	1,5…2		3…4		4…5

При сварке листового металла толщиной до 4 мм в нижнем положении диаметр электрода выбирают равным толщине свариваемой стали. При сварке стальных листов большей толщины используют электроды диаметром 4-6 мм.

При сварке многослойных швов первый слой выполняют электродом диаметром не более 3 мм, а последующие слои - электродами большего диаметра в зависимости от толщины металла и формы скоса кромок.

Сварка в вертикальном и потолочном положении осуществляется, как правило, электродами диаметром не более 4 мм. Электроды диаметром 5 и 6 мм применяются для вертикального положения только сварщиками высокой квалификации.

Сила тока выбирается в зависимости от диаметра электрода.

, А

где d_эл – диаметр электрода, мм;

k – коэффициент учитывающий пространственное положение шва (для нижнего шва – 1; для вертикального – 0,9; для потолочного – 0,8);

i – допускаемая плотность тока, А/мм², определяется в зависимости от вида покрытия и диаметра электрода.

Также величину сварочного тока можно определить по упрощенным формулам, в зависимости от диаметра электрода:

При диаметре электрода 3…6 мм - I_св = (20+6 × d_эл) × d_эл × k

При диаметре электрода до 3 мм - I_св = 30 × d_эл × k

Следует учитывать, что малый сварочный ток приводит к неустойчивому горению дуги, малой производительности, возможности непровара. Слишком большой ток вызывает сильный нагрев электрода, увеличивает скорость его плавления (что также может вызвать непровар), приводит к повышенному разбрызгиванию электродного материала и ухудшает формирование шва. При сварке вертикальных и горизонтальных швов сварочный ток уменьшают на 5-10%, при сварке потолочных — на 10-15%. Это делается для того, чтобы жидкий металл не вытекал из сварочной ванны.

Влияние режима сварки на форму и размеры шва.

Сварной шов характеризуется следующими показателями: шириной шва е, глубиной провара h, высотой усиления) q. Угловые швы характеризуются катетом. Кроме того, используют такие показатели, как коэффициент формы провара, определяемый как

Коэффициент формы провара Ψ задаётся в процессе проектирования сварных изделий и для ручной дуговой сварки принимается равным 1 ÷ 20).

Глубина провара и ширина шва зависят от всех основных показателей режима сварки.

Увеличение сварочного тока (при неизменной скорости сварки) вызывает увеличение глубины провара (проплавления). Это явление объясняется в основном тем, что увеличивается погонная энергия дуги (т. е. количество тепла, которое приходится на единицу длины шва).

С увеличением сварочного тока возрастает также давление дуги на поверхность сварочной ванны (рис. 13). При этом расплавленный металл вытесняется из-под основания дуги, что может вызвать сквозное проплавление.

Рис. 13. Схема сил взаимодействия между дугой и жидкостью в хвосте сварочной ванны: Рd — давление дуги

Направление давления дуги можно изменять, изменяя наклон электрода. Тем самым достигается различная глубина провара при одной и той же величине сварочного тока.

Род и полярность тока также оказывают влияние на размеры и форму шва. При сварке постоянным током обратной полярности глубина провара на 20-30% больше, чем при сварке на постоянном токе прямой полярности. Это явление объясняется разным количеством теплоты, которое выделяется на катоде и аноде. При сварке на переменном токе глубина провара меньше на 15-20%, чем при сварке постоянным током обратной полярности.

Повышение напряжения на дуге за счет увеличения ее длины вызывает снижение сварочного тока, а следовательно, уменьшает и глубину провара. Ширина же шва при этом увеличивается независимо от полярности тока.

С увеличением скорости ручной сварки глубина провара и ширина шва уменьшаются.

Выполнение сварки в нижнем положении

Сварка стыковых соединений выполняется с одной или с двух сторон, что зависит от толщины свариваемого металла. Движения электрода и его положение приведены на рис. 14.

Стыковые соединения со скосом двух кромок (т. е. V-образные) в зависимости от толщины металла могут выполняться однослойными, многослойными и многопроходными швами.

Оптимальный угол раскрытия шва определяется, с одной стороны, удобством выполнения сварки для уменьшения опасности непровара корня шва (удобный угол - 80-90°), а с другой стороны тем, что большой угол разделки увеличивает объем наплавленного металла и сварочные деформации. Поэтому для нормального процесса ручной дуговой сварки принимается угол разделки, равный 60°. Для толстых листов (S более 15 мм) его уменьшают до 55°.

Зазор между свариваемыми элементами и притупление кромок выбирают в пределах от 0,5 до 3 мм в зависимости от толщины этих элементов и некоторых других факторов.

Наиболее трудным при выполнении сварки является получение надежного провара корня шва. Именно здесь чаще всего бывают различные дефекты. Поэтому, по возможности, корень шва следует подваривать с обратной стороны.

Рис. 14. Положение (а) и движения электрода (б)

при сварке стыковых швов со скосом кромок металл толщиной от 2 до 5 мм сваривают однослойным швом. Однослойные швы с V-образным скосом кромок выполняются поперечными колебательными движениями в виде треугольника без задержки в корне шва, если листы имеют толщину 4 мм, и с задержкой, если листы имеют большую толщину.

Листовой металл толщиной 12 мм и больше сваривается встык с Х-образным скосом кромок при помощи многослойного или многопроходного шва. Выбор того или другого вида шва зависит от толщины свариваемого металла и его химического состава.

Многопроходной шов выполняют тонкими узкими валиками без поперечных колебаний электрода. Сварку рекомендуется выполнять электродами, которые предназначены для сварки способом опирания. В таких случаях применяются электроды небольшого диаметра - от 1,6 до 3 мм.Многослойный шов обеспечивает более высокую производительность по сравнению с многопроходным.

Иногда, чтобы обеспечить провар по всей толщине металла, сварку ведут на подкладках (остающихся или съемных). В этом случае сварочный ток можно увеличить на 20-30%, не опасаясь сквозного проплавления.

Остающиеся подкладки изготавливают из стальных полос толщиной 2-4 мм и шириной 30-40 мм. Съемные подкладки изготавливают из меди, иногда из керамики или графита. В некоторых случаях сварочные прокладки при сварке охлаждаются водой.

Стыковые Х-образные швы применяются при сварке стали толщиной от 12 до 40 мм. При этом величина скоса кромок, зазоры и техника выполнения швов такие же, как и при сварке деталей с V-образной разделкой. Чтобы металл каждого слоя достаточно прогревался, толщина слоев шва должна быть не более 4—5 мм (и не менее 2 мм). Таким образом, при сварке листов с Х-образными кромками толщиной 15 мм необходимо положить 5—7 слоев листов толщиной 40 мм — 10-16 слоев (при этом отжигающий и декоративные слои не учитываются).

В целом Х-образные швы имеют ряд преимуществ перед V-образными швами. Во-первых, это уменьшение объема наплавленного металла, а следовательно, увеличение производительности сварки и уменьшение сварочных деформаций. Во-вторых, возможный непровар в корне шва располагается в нейтральном сечении и потому он менее опасен.

Для уменьшения коробления сварного изделия рекомендуется вести сварку попеременно с разных сторон листа. Однако при сварке в нижнем положении это требует частой кантовки изделия. Поэтому чаще поступают по-другому: листы устанавливают вертикально, а сварку ведут два сварщика одновременно с разных сторон. (Рис. 15).

При ведении сварки угловых швов наклонным электродом расплавленный металл стремится стекать на нижнюю плоскость (рис. 15). Поэтому угловые швы стремятся выполнять способом «в лодочку» (в том числе опиранием).

Рис. 15. Положение и движения электрода при сварке угловых швов:

а — наклонным электродом, б — «в лодочку»

Сварка «в лодочку» угловых швов для металла толщиной до 14 мм может вестись без разделки кромок (двусторонняя сварка) или с частичной разделкой кромок и увеличенным притуплением.

Понятно, что сварка «в лодочку» не всегда возможна. Тогда сварку угловых швов выполняют наклонным электродом. Однако в этом случае возрастает опасность непровара корня шва и кромки нижнего листа. Чтобы обеспечить достаточный прогрев кромок свариваемых частей, электрод держат с наклоном в 45-30^оС и производят поперечные движения треугольником с задержками в корне шва или без задержек.

Угловые швы в особо ответственных изделиях сваривают со скосом кромок (односторонним или двусторонним). При толщине вертикальной стенки до 4 мм шов со скосом кромки выполняется в один слой, при большой толщине — в несколько слоев.

Особенности выполнения вертикальных, горизонтальных и потолочных швов.

Вертикальные швы (стыковые и угловые) выполняются в направлении снизу вверх и сверху вниз (рис. 16).

При ведении сварки снизу вверх дугу возбуждают в нижней точке соединения, а после образования ванночки расплавленного металла электрод отводится немного вверх и в сторону. Расплавленный металл при этом затвердевает, образуя «полочку», на которую наплавляют последующие капли металла.

При дальнейшем выполнении сварки стекание расплавленного металла предотвращают, наклоняя электрод вниз (на рисунке показано пунктиром).

При сварке сверху вниз дугу возбуждают в верхней точке шва и придают электроду сначала перпендикулярное положение, а после образования кратера наклонное положение (под углом примерно 15°) (см. рис. 16в).

Производительность сварки сверху вниз выше, чем при выполнении сварки снизу вверх, но такой метод (сверху вниз) рекомендуется применять в основном для сварки тонкого металла или первых слоев при V- и Х-образной разделке кромок.

Рис 16. Положение и движения электрода при сварке

в вертикальном положении:

a — стыковые швы со скосом кромок, б — угловые швы,

в — сварка в направлении сверху вниз

Выполнять вертикальные швы значительно труднее, чем нижние, так как расплавленный металл стремится вытечь из сварочной ванны. Вертикальные швы выполняются сварочным током на 10-15% меньшим, чем при выполнении нижних швов, и короткой дугой. Поэтому же применяют электроды диаметром до 4 мм и реже 5 мм.

Горизонтальные и потолочные швы выполнять еще сложнее, чем вертикальные. При сварке горизонтальных швов на верхнем листе часто возникают подрезы, а при выполнении потолочных швов затруднен полный провар корня шва.

В обоих случаях (рис. 17) сварка должна выполняться короткой дугой и достаточно быстрыми колебательными движениями электрода.

Металл толщиной более 8 мм сваривается многопроходными швами. При этом первый валик в корне горизонтальных и потолочных швов наносится электродом диаметром до 3 мм, последующие валики - диаметром 4-5 мм.

При выполнении потолочных швов газы, которые выделяются при сварке покрытыми электродами, поднимаются вверх и могут остаться в шве. Поэтому для сварки потолочных швов рекомендуется использовать хорошо просушенные электроды, дающие небольшое количество шлака.

Рис. 17. Положение и движения электрода при сварке в горизонтальном и потолочном положениях: а - горизонтальный угловой шов, б - наплавка в потолочном положении,

в - потолочный стыковой шов.

Способы высокопроизводительной ручной дуговой сварки

Чтобы повысить производительность труда и облегчить труд сварщиков, применяются различные высокопроизводительные способы сварки.

Сварка сдвоенным электродом (или пучком электродов). Суть способа в том, что два или несколько электродов соединяют в пучок и сварку ведут этим пучком. Электроды соединяют в двух-трех местах, а контактные концы сваривают точечной сваркой (рис. 18). Сварку ведут при помощи обычного электрододержателя.

Рис. 18. Схема сдвоенного электрода (а), гребенки (б)

и сварки трехфазным током (в, г):

1 — связка электродов, 2— трехфазный трансформатор,

3,4— электроды, 5— дуга

При сварке дуга горит попеременно между каждым из электродов пучка и изделием. В результате нагрев электродов внутренним теплом меньше, чем при сварке одиночным электродом (при том же токе). Поэтому при сварке пучком электродов можно устанавливать больший ток, следовательно, производительность сварки будет выше. Сдвоенными электродами, например, можно сваривать за один проход металл толщиной до 12 мм.

Сварка с глубоким проваром (проплавлением) или сварка способом опирания.

При этом виде сварки применяются электроды с увеличенной толщиной покрытия. Стальной стержень электрода при этом плавится несколько быстрее покрытия, а на конце электрода образуется козырек (или втулка) из покрытия.

Опирая козырек на поверхность свариваемого металла, дугу перемещают вдоль шва. При плавлении покрытия образуются газы, которые своим давлением вытесняют жидкий металл, образуя валик. При этом свариваемый металл проплавляется на большую глубину, чем при сварке без опирания (на весу), и объем наплавленного металла в сварном шве значительно уменьшается. Такой способ сварки позволяет уменьшить глубину разделки, кромок или сваривать металл значительной толщины вообще без разделки. Сварка ведется с большей скоростью и без поперечных колебательных движений электрода.

Данный способ сварки особенно рекомендуется при сварке угловых швов в положении «в лодочку», что дает увеличение производительности и высокое качество шва.

Сварка трехфазной дугой.

Способ заключается в следующем: в электрододержатель, имеющий два токопровода, закрепляется специальный электрод с двумя стержнями в общем покрытии или два обычных электрода с качественным покрытием. К двум токопроводам держателя подводят две фазы сварочной цепи; третья фаза подводится к изделию (рис. 18). Во время сварки дуга горит как между электродами и изделием, так и между электродами. При этом выделяется большое количество тепла и скорость расплавления металла увеличивается. Производительность сварки трехфазной дугой в 2-3 раза выше сварки однофазной дугой. Однако при этом электрододержатель имеет значительный вес, что ведет к утомляемости сварщика.

Сварка трехфазной дугой применяется в случаях, когда требуется наплавление значительного объема металла, при исправлении дефектов стального литья и др.

Сварка лежачим и наклонным электродом.

Схема сварки наклонным электродом понятна из рис. 19. Электрод опирается на свариваемый металл краем своего покрытия. Второй конец электрода зажимается в специальной скользящей обойме. Во время сварки обойма свободно опускается по штанге; при этом угол наклона электрода остается постоянным. Дуга возбуждается при помощи вспомогательного электрода

Рис. 19. Схема сварки: а - наклонным электродом; 1 - электрод, 2 - обойма, 3 - штанга; б - лежачим электродом; 1 - шов, 2 - дуга, 3 - электрод для возбуждения дуги, 4 - лежачий электрод, 5— свариваемый металл.

Схемы, поясняющие процесс сварки лежачим электродом, представлены на рис. 19.

В разделку кромок свариваемых деталей укладывают один или несколько специальных длинных электродов. Снизу для предотвращения вытекания металла при сварке размещают медную прокладку (при сварке угловых швов подкладка не нужна). Сверху электроды прижимаются колодкой (бронзовой или медной). Дуга возбуждается при помощи вспомогательного электрода, а затем продолжает гореть уже сама.

Для сварки лежачим и накладным электродами нужны специальные электроды. Для этого разработаны электроды марок ОЗС-12, ОЗС-15Н и 03С-17Н, которые близки к типу Э-46. Такие электроды изготавливаются диаметром 4, 5 и 6 мм, длиной от 150 мм до 700 мм.

Дата добавления: 2014-01-07