Металл, идущий на изготовление сварных конструкций, предварительно очищают и выправляют.
Очистка должна производиться до сборки узла. Металл в месте сварки тщательно очищают от ржавчины, масла, влаги, окалины, загрязнений, наличие которых приводит к образованию пор и других дефектов. Особенно следует обратить внимание на зачистку металла в зазоре между кромками. Если в зазор уже собранного узла попали загрязнения, его следует тщательно продуть сжатым воздухом или прожечь пламенем горелки.
Очистка производится ручными и механическими проволочными щетками, иглофрезами, гидропескоструйным и дробеметным способами, пламенем многофакельной горелки, абразивными кругами, травлением в растворах кислот и щелочей, промывкой растворителями.
В крупных цехах для очистки стальных листов после их правки применяют поточный струйный метод последовательной обработки листoв 15%-кым раствором ингибированной соляной кислоты при 40—45° С, промывку водой и нейтрализацию 3—5%-ным раствором кальцинированной соды, промывку и обработку 10%-ным пассивирующим раствором специального состава. Скорость перемещения листа в потоке — 0,5 м/сек.
Выбор режима сварки
Под режимом сварки понимают совокупность факторов, определяющих протекание процесса сварки. Эти факторы называются элементами режима. Основными элементами режима дуговой сварки являются: ток, род и полярность тока, диаметр электрода, напряжение дуги и скорость сварки. При ручной сварке к ним добавляется величина поперечного перемещения конца электрода. Остальные факторы — вылет (длина) электрода, свойства покрытия, начальная температура металла, наклон электрода и основного металла, — являются дополнительными элементами режима сварки.
Влияние элементов режима сварки на размеры и форму шва.
Размеры шва и форма провара не зависят от типа шва (валиковый шов, угловой, стыковой, сварка без разделки и зазора, сварка с разделкой и зазором), а определяются в основном режимом сварки. Основным показателем формы шва является коэффициент формы провара, представляющий отношение ширины шва к глубине провара. При дуговой сварке и наплавке он может изменяться в широких пределах — от 0,8 до 20. Уменьшение ширины шва и увеличение глубины провара уменьшает коэффициент формы провара, а противоположное изменение этих величин — увеличивает его.
В ел и ч и н а т о к а. Увеличение тока увеличивает, а уменьшение— уменьшает глубину провара. При глубине провара более 0,7—0,8 толщины металла резко изменяются условия отвода тепла от нижней части сварочной ванны и может произойти сквозное проплавление металла. Чем больше плотность металла (чем тяжелее металл), тем больше провар при данном токе. На ширину шва величина тока почти не оказывает влияния.
Род и полярность тока. При сварке постоянным током прямой полярности глубина провара меньше на 40—50%, а при сварке переменным током — меньше на 15—20%, чем при сварке постоянным током обратной полярности. Ширина шва при сварке постоянным током прямой полярности меньше, чем при сварке постоянным током обратной полярности и переменным током. Изменение ширины шва становится заметным при более высоких напряжениях дуги (свыше 30 в).
Диаметр электрода. Уменьшение диаметра при том же токе повышает плотность тока в электроде и уменьшает подвижность дуги, что увеличивает глубину провара и сокращает ширину шва. Соответственно, при уменьшении диаметра электрода глубина провара возрастает; ширина же шва с увеличением диаметра электрода увеличивается за счет повышения подвижности дуги. Заданная глубина провара может быть достигнута и при меньшем токе за счет уменьшения диаметра электрода, однако это вызывает затруднения вследствие повышенного разогрева электрода малого диаметра.
Возбуждение дуги
Для возбуждения дуги сварщик концом электрода прикасается к металлу, а затем быстро отводит его на 2—4 мм. В этот момент образуется дуга, постоянную длину которой поддерживают во время сварки путем постепенного опускания электрода по мере его расплавления. До момента образования дуги сварщик должен закрыть лицо щитком или шлемом.
Другой способ заключается в следующем: сварщик проводит (чиркает) по поверхности свариваемого металла концом электрода и затем быстро отводит его на небольшое расстояние, возбуждая дугу.
Дугу необходимо поддерживать возможно короткой. При короткой дуге около шва образуется небольшое количество мелких капель металла, электрод плавится спокойно, давая равномерный пучок искр, глубина проплавления свариваемого металла получается больше.
Длинная дуга не обеспечивает достаточной глубины проплавления основного металла, а электродный металл при плавлении окисляется и сильно разбрызгивается; в результате получается неровный шов с большим количеством включений окислов.
Сварка стыковых швов
При сварке швов без скоса кромок валик накладывается с небольшим уширением с одной или с обеих сторон стыка. Во избежание непровара необходимо обеспечить расплавление металла обеих кромок по всей толщине.
Провар металла толщиной до 6 мм по всему сечению шва при сварке встык без скоса кромок зависит от правильного выбора тока и диаметра электрода. При соответствующих диаметрах электрода и величине тока обеспечивается полный провар и высокая производительность сварки без скоса кромок металла толщиной от 4 до 8 мм. Подбирать величину тока рекомендуется опытным путем (сваривая пробные планки).
Соединения встык с V-образной подготовкой кромок в зависимости от толщины металла сваривают однослойными или многослойными швами. При сварке в один слой дугу возбуждают в точке а (рис. 67, а) на грани скоса, затем электрод перемещают вниз, проваривают корень шва и выводят дугу на вторую кромку. На скосах кромок движение электрода замедляют для обеспечения достаточного провара, а в корне шва, во избежание сквозного прожога, ускоряют.
С обратной стороны соединения рекомендуется накладывать подварочный шов, предварительно очистив корень шва от наплывов металла и шлака. Иногда с обратной стороны шва ставят подкладку из стали толщиной 2—3 мм. В этом случае можно повысить сварочный ток на 20—30% по сравнению с нормальной величиной, не опасаясь сквозного проплавления. Стальная подкладка при наложении валика шва приваривается и ее оставляют, если конструкция и назначение изделия это позволяют.
В ответственных конструкциях корень шва проваривают с обратной стороны; металл корня шва перед заваркой предварительно вырубают зубилом или зачищают резаком для поверхностной резки с целью удаления возможных дефектов (непровара, трещин).
При сварке многослойных стыковых швов сначала тщательно проваривают корень шва электродом диаметром 4—5 мм, затем наплавляют последующие слои уширенными валиками электродами большего диаметра (рис. 67, б. в). Перед наложением последующих слоев поверхность предыдущих очищают от шлака и окалины. Необходимо расплавлять и проваривать кромки, хорошо заваривать кратеры, не допускать в шве шлаковых прослоек.
Если подварка корпя шва с обратной стороны невозможна, то для обеспечения полного провара НИИ мостов рекомендует первый шов (корень шва) сваривать в вертикальном положении, при угле раскрытия кромок 60°, притуплении 1,5 мм, зазоре 3—4 мм, электродом диаметром 4 мм с покрытием АНО-4, током 160 а. При этом следует избегать резких изменений величины зазора между кромками. Плавные изменения величины зазора в пределах 2— 4 мм значения не имеют. Сварку ведут в направлении снизу вверх. Применяют и другие рутиловые покрытия, дающие относительно жидкотекучие шлаки, например, покрытие ОЗС-З. Второй и последующие швы сваривают в нижнем положении ручной, полуавтоматической или автоматической сваркой. Можно продолжать сварку и в вертикальном положении, если это технологически рационально. Для обеспечения последующего провара в месте прекращения сварки (при смене электрода и по другим причинам) перед ожидаемым перерывом процесса сварки шов «разваривают», т. е. делают электродом местное расплавление кромок, образуя лунку в корне разделки шва. Возобновление сварки начинают со дна лунки. Вследствие малого объема ванны в этот момент металл быстро кристаллизуется и не вытекает из ванны; обеспечивается полный провар кромок и хорошее формирование валика с обратной стороны корня шва.
Наплавка валиков
При перемещении электрода прямолинейно вдоль шва без колебательных движений наплавляется узкий (ниточный) валик. При наложении валика электрод следует держать наклонно, под некоторым углом к вертикальной линии, чтобы капли металла, перемещающиеся при расплавлении конца электрода в направлении его оси, попадали в расплавленный металл ванны. Электрод должен быть наклонен в сторону направления сварки. При этом глубина проплавления основного металла получается больше. Угол наклона а покрытого электрода к вертикали должен составлять 15—20°.
Изменяя наклон электрода, сварщик может регулировать глубину расплавления металла, способствовать лучшему формированию валика шва и влиять на скорость охлаждения ванны.
Узкий валик накладывают при проваре корня шва, сварке тонких листов, сварке горизонтальных и потолочных швов (независимо от числа слоев). Чем медленнее сварщик перемещает электрод вдоль шва, тем шире получается валик. В узком, но высоком валике объем наплавленного металла невелик, такой валик застывает быстрее, и растворенные в металле невыделившиеся газы могут вызвать пористость шва. Поэтому чаще применяют уширенные валики, которые также менее склонны к образованию кристаллизационных трещин. При выполнении их сварщик сообщает электроду колебательные движения поперек шва, причем конец электрода должен совершать три движения (рис. 65, а): поступательное I вдоль оси электрода сверху вниз, поступательное 2 вдоль линии шва и колебательное 3 поперек шва, перпендикулярно его оси. Колебательные движения электрода способствуют прогреву кромок и замедляют остывание сварочной ванны.
Сварка угловых швов
При сварке угловых швов жидкий металл стремится стекать на нижнюю плоскость. Поэтому сварку таких швов в нижнем положении лучше производить «в лодочку», а изделие располагать так, чтобы шлак не затекал на металл перед дугой (рис. 68, а). Однако не всегда возможно установить деталь в нужное положение.
При сварке углового шва, нижняя плоскость которого расположена горизонтально, возможен непровар вершины угла или одной из кромок. Непровар может образоваться на нижнем листе, если начинать сварку с вертикального листа, так как в этом случае расплавленный металл стечет на недостаточно нагретую поверхность нижнего листа. Поэтому сварку таких швов следует начинать, зажигая дугу на нижней плоскости в точке А, и вести электрод так, как показано на рис. 68, б.
Электрод следует держать под углом 45° к поверхности листов, слегка наклоняя его в процессе сварки то к одной, то к другой плоскости (рис. 68, в).
Угловые швы при соединении не в лодочку выполняют однослойными при катете шва до 8 мм; при катете шва свыше 8 мм — в два слоя и более.
При сварке многослойного углового шва сначала накладывают узкий валик электродом диаметром 3—4 мм, чем обеспечивается провар корня. Определяя число проходов,исходят из площади поперечного сечения шва. Для каждого слоя эта величина должна составлять 30—40 мм2. На рис. 68, г показаны однослойный и многослойный угловые швы с разделкой кромок и полным проваром.
Сварка вертикальных швов
При сварке вертикальных швов капли расплавленного металла стремятся стекать вниз (рис. 69, а). Поэтому такие швы выполняют более короткой дугой, при которой капли, вследствие действия сил поверхностного натяжения, легче переходят с электрода в кратер шва (рис. 69, б). Конец электрода отводят вверх или в сторону от капли, давая ей возможность затвердеть. Вертикальные швы лучше сваривать снизу вверх, тогда нижележащий кратер будет удерживать капли металла (рис. 69, в). Электрод может иметь наклон вверх или вниз. При наклоне электрода вниз сварщику удобнее наблюдать за распределением капель электродного металла в разделке шва. Если необходимо вести вертикальную сварку сверху вниз, электрод ставится в положение I (рис. 69,г), а после образования, капли опускается ниже, в положение II, при котором капля удерживается короткой дугой от стекания. Вертикальные швы лучше сваривать электродом диаметром не более 4 мм, на пониженном токе (порядка 160 а). При этом уменьшается объем жидкого металла в кратере шва, что облегчает сварку.
Для уменьшения стекания металла при выполнении горизонтальных швов (рис. 70, а) скос кромок делают только у верхнего листа. Дугу возбуждают на нижней кромке (положение I), а затем переводят ее на кромку верхнего листа (положение II), поднимая вверх стекающую каплю металла. Схема движений конца электрода при сварке однослойного горизонтального шва показана на рис. 70, а, справа. Горизонтальные швы сваривают также продольными валиками, причем первый валик (корень шва) выполняют электродом диаметра 4 мм, а последующие — электродом 5 мм.
Сварка тонколистового металла
Основным затруднением при сварке тонколистовой стали (менее 3 мм) электрической дугой является возможность сквозного проплавления металла в отдельных местах шва. Образуемые при этом отверстия трудно поддаются заварке.
В тех случаях, когда не предъявляются особые требования в отношении внешнего вида и формы шва (например, при сварке из стали малонапорных неответственных трубопроводов, бочек и других изделий), листовую сталь толщиной 1,5—2,5 мм можно сваривать постоянным током прямой полярности от обычных источников питания, например, сварочных преобразователей ПСО-300-3, сварочных выпрямителей ВД-301 и др., используя электроды диаметром 3—4 мм и максимальный ток 140—180 а.
Для сварки более тонкой стали, а также изделий, к которым предъявляют повышенные требования в отношении внешнего вида и формы сечения шва (стыки труб, узлы трубчатых конструкций, испытывающих ударные и вибрационные нагрузки и другие изделия), применяют электроды меньшего диаметра и малые сварочные токи
При выполнении швов внахлестку ток увеличивают на 10—15%, а тавровых — на 15—20% по сравнению с указанными значениями.
Для сварки на малых токах применяют электроды со специальными покрытиями, обеспечивающие легкое возбуждение и устойчивое горение дуги; замедленное плавление электрода во избежание получения швов с большим утолщением; получение жидкотекучего расплавленного металла, дающего удовлетворительный внешний вид шва.
Этим требованиям удовлетворяет, например, электрод ОМА-2 с покрытием состава: 36,5% титанового концентрата, 3,5% марганцевой руды, 2% калиевой селитры, 6% ферромарганца, 5,2% ферросилиция, 46,8% муки и 15—18% жидкого стекла. Электроды ОМА-2 применяют только для сварки углеродистой стали (см. табл. 5). Для сварки тонкой углеродистой и низколегированной стали (типа хромансиль) предназначены электроды МТ-2, разработанные Киевским политехническим институтом и имеющие покрытие состава: 50% титановой руды (концентрат), 20% полевого шпата, 20% ферромарганца, 2% хромовокислого калия, 8% декстрина. Покрытие замешивают на водном растворе декстрина. Сварку электродами МТ-2 лучше вести на постоянном токе прямой полярности. При толщине металла более 1 мм можно применять переменный ток. Необходимо пользоваться амперметром для точного замера тока.
Сварку тонкой стали лучше вести на толстых теплоотводящих подкЛадках из меди, без зазора между кромками листов и без поперечных движений концом электрода. Можно применять остающиеся стальные подкладки или вместо них зажимать между кромками стальную полоску и вести по ней сварку, расплавляя кромки листов косвенным действием тепла дуги. Сталь толщиной 0,5— 1 мм также сваривают внахлестку с проплавлением верхнего листа металлическим или угольным электродом, что устраняет возможность сквозного прожога. При этом листы укладывают на стальную подкладку и зажимают в приспособлении вдоль линии шва с обеих сторон его. Хорошие результаты обеспечивает сварка тонкого металла способом «сверху вниз», так как при этом уменьшается глубина про-плавлёния основного металла и возможность сквозного прожога свариваемого металла. Данный способ нашел широкое применение в практике.
8.Виды электродов и их назначение
Сварочные электроды для дуговой сварки металлов начали применяться в XIX веке. Из года в год производство электродов совершенствуется, а качество улучшается. Современные электроды позволяют упростить процесс электрической дуговой сварки, обеспечить идеальное сварное соединение и минимальный расход электродов.
Сварочные электроды представляют собой металлические стержни или стержни из другого материала, способного проводить электричество, которые служат для проведения тока к изделию, подвергающемуся сварке. Сегодня существует несколько сотен разновидностей электродов.
Электроды для сварки стали, позволяют проводить электросварку в любых пространственных положениях сварки, добиваясь идеального сварного неразъемного соединения на отечественном и импортном сварочном оборудовании. Выпускаемые сварочные электроды универсальны и поддерживают электрическую дугу питаемую: постоянным током прямой полярности; постоянным током обратной полярности и переменным током.
Cварочные электроды, материалы и cварочное оборудование — необходимые составные части процесса сварки. Качество сварки прямо зависит от качества электродов и оборудования для сварки. Без высококачественных сварочных электродов, материалов и сварочных аппаратов невозможно получить качественный сварочный процесс.
Классификация электродов сварочных, цена которых большинством производителей устанавливается на выгодном для потребителей уровне, может осуществляться в зависимости от области их назначения. Электроды, которые относятся к группе У, предназначены для выполнения работ с углеродистыми и низколегированными сталями. К этой группе относятся 9 типов электродов, в частности, АНО-3, электроды сварочные МР- 3, ОЗС-6, электроды сварочные УОНИ 13/45, электроды сварочные УОНИ 13/55 и др.
Электроды группы Л предназначены для сварочных работ с использованием легированных конструкционных сталей. В эту группу включены 5 типов.
При сварке теплоустойчивых легированных сталей применяются электроды 9 типов, относящиеся к группе Т. А сварочные электроды группы В предназначены для сварки высоколегированных сталей, которые отличаются особыми характеристиками.
При работах, связанных с наплавкой поверхностных слоев, предполагающих использование материалов с особыми свойствами, применяются электроды группы Н.
Электроды различаются также в зависимости от того, используется ли при их работе переменный или постоянный ток. К примеру, электроды марок АНО, электроды сварочные МР-3, относятся к электродам переменного тока, а электроды сварочные УОНИ 13/55, электроды сварочные УОНИ 13/45 – к электродам постоянного тока.
Можно выделить две основных категории электродов: плавящиеся и неплавящиеся. К последним относятся, во-первых, все неметаллические изделия (из графита или угля), а во-вторых, изделия из тугоплавких материалов (например, вольфрама). Плавящие электроды можно в свою очередь подразделить еще на два вида: непокрытые и покрытые (покрытие играет роль защиты сварочной дуги от атмосферного воздействия). Самыми распространенными являются покрытые плавящиеся электроды для дуговой сварки. Назначение плавящихся электродов:
– сварка углеродистых и низколегированных конструкционных сталей;
– сварка легированных теплоустойчивых сталей;
– сварка высоколегированных сталей с особыми свойствами;
– наплавка поверхностных слоёв с особыми свойствами.
Строение покрытых плавящихся электродов предельно простое: это стержень из сварочной проволоки 250–450 мм длиной, на который нанесено специальное покрытие. Один из концов стержня (20–30 мм) свободен от покрытия, чтобы закреплять его в электрододержателе. Изготавливают электроды со следующими видами покрытий:
– рутиловые покрытия;
– руднокислые покрытия;
– органические покрытия;
– фтористо-кальциевые покрытия.
Изготовление таких электродов осуществляется двумя основными способами: окунанием и опрессовкой.
Классификация электродов для сварки может быть проведена также в зависимости от характера покрытия. Оно может быть:
· Основным. Электроды с подобным видом покрытия используются для работы на ответственных конструкциях.
· Кислым – выполняется из оксидов марганца и железа. Подобное покрытие обладает определенными токсичными характеристиками.
· Целлюлозным. В состав таких покрытий входят ферросплавы, органическая смола, целлюлоза, и др. Электроды для сварки этого вида отличаются удобством в использовании, однако шов характеризуется невысокой пластичностью.
· Рутиловым. Такие электроды удобны в использовании, не обладают токсичностью.
9. Дефекты сварных соединений.
К дефектам сварных соединений относятся различные отклонения от установленных норм и технических требований, которые уменьшают прочность и эксплуатационную надежность сварных соединений и могут привести к разрушению всей конструкции.
Наиболее часто встречающиеся дефекты можно разделить на следующие основные группы: дефекты формы и размеров сварных; швов; дефекты макро- и микроструктуры; деформации и коробление; сварных конструкций.