При сварке под флюсом дуга горит в закрытой полости 2, защищенной от воздействия воздуха оболочкой расплавленного шлака. Флюс 1 защищает зону сварки от воздуха и предотвращает возможность разбрызгивания металла. Защита дуги и зоны сварки от воздуха, резкое уменьшение вылета электрода позволили существенно повысить величину тока и производительность сварки.
Горелка полуавтомата для сварки под флюсом содержит мундштук 16 с наконечником 4, воронку 5, снабженную заслонкой 7, перекрывающей подачу флюса в насадку 18. Насадка изолирована от токоведущего мундштука втулкой 17, вследствие чего горелка при сварке может опираться на изделие (рис. 1, 6). При сварке швов сравнительно большой протяженности целесообразно пользоваться костылем 19, имеющимся на горелке. Воронка может поворачиваться вокруг оси мундштука, что удобно для сварки угловых швов (рис. 2, в, г, д).
Рис. 2 - Горелка ДШ - 54 для сварки под флюсом и различные ее настройки а, б - сварка стыкового шва с опорой на костыль, в - сварка стыкового шва с опорой на насадку, г - сварка углового шва наклонным электродом, д - сварка углового шва, "в лодочку"; 1 - слой флюса, 2 - дуга, 3 - электрод, 4 - наконечник, 5 - воронка, 6 - обратный конус с сеткой, 7 - заслонка, 8 - рукоятка, 9 - спираль направляющего шланга, 10 - токоведущая жила, 11 - оболочка, 12 - удлинитель, 13 - зажим, 14 - штуцер, 15 - конический сухарь, 16 - мундштук, 17 - втулка изоляционная, 18 - насадка, 19 – костыль
На рисунке приведена кинематическая схема механизма подачи, снабженного асинхронным трехфазным двигателем, используемым в полуавтомате ПШ - 54. Скорость подачи проволоки настраивается при помощи выдвижных шпонок в пределах 81 - 568 м/ч.
Полуавтомат ПШ - 54 комплектуется универсальной горелкой, показанной на рис. 1. Флюс поступает в зону сварки под действием собственного веса из воронки 5 емкостью около 1,5 кг. Размеры воронки выбраны такими, чтобы горелка была достаточно маневренной. Обратный конус 6 препятствует высыпанию флюса при наклоне горелки. К горелке, мундштук 16 которой является съемным, при помощи конического разрезного сухаря 15 прикрепляется шланг марки КШПЭ - 70. Входной штуцер 14 шланга укреплен зажимом 13 и снабжен резиновым удлинителем 12, препятствующим резкому перегибу проволоки в шланге.
Принципиальная электрическая схема полуавтомата ПШ – 54
Принципиальная электрическая схема полуавтомата ПШ - 54 при сварке на постоянном токе приведена на рисунке. При включении кнопки «Пуск», смонтированной на рукоятке горелки, срабатывает промежуточное реле РП, включается двигатель ДПэ механизма подачи электродной проволоки и начинается сварка, так как электрод соединен с обмотками генератора и находится под напряжением. Для безопасности работы в стесненных местах металлоконструкций двигатель и кнопка «Пуск» питаются от трансформаторов ТП1 и ТП2, понижающих напряжение сети до 36 В.
В тех случаях, когда полуавтомат питается переменным током, реле РП при помощи дополнительной пары нормально разомкнутых контактов включает контактор в цепи сварочного трансформатора.
Техника полуавтоматической сварки под флюсом
Сварка стыковых швов
Рис. 3 - Основные параметры шва стыкового соединения: H – Высота шва; H – Глубина проплавления; b – Ширина шва; a – Высота усиления
Стыковое соединение обеспечивает возможность передачи усилия непосредственно от одной детали к другой без использования промежуточных элементов. Оно является оптимальным по количеству затрачиваемого металла и условиям работы соединения под нагрузкой. Стыковой шов должен гарантировать провар металла по всей его толщине. Наиболее рационален стыковой шов, образованный за счет расплавления только основного металла. На практике такие швы применяют в небольшом объеме из-за ограничения предельной глубины проплавления при используемых источниках сварочного нагрева, невозможности сборки соединяемых деталей без зазора, а при наличии зазора - из-за "потребности дополнительного металла для его заполнения. Стыковые однослойные швы. Наиболее целесообразно выполнять стыковые швы в один слой. Конфигурация однослойного стыкового шва характеризуется следующими параметрами общая толщина шва Я; глубина провара h ширина провара Ь; максимальная высота усиления а. Кроме этих основных параметров конфигурация стыкового шва характеризуется углом перехода от металла шва к основному металлу; сечением шва, образованным за счет расплавленного основного металла и вводимого в сварочную ванну дополнительного металла; суммарной площадью шва, коэффициентом формы шва (отношение ширины шва к глубине проплавления) и коэффициентом формы усиления (отношение ширины шва к высоте усиления).
Сварку однослойных швов можно вести без зазора, в этом случае максимальная величина зазора определяется точностью подготовки кромок и колеблется в пределах 0-3 мм с обязательным зазором или со скосом кромок
Как видно из таблицы, предельная толщина металла, при которой возможна сварка в один слой с одной или двух сторон, может быть увеличена за счет применения обязательного зазора между свариваемыми кромками или скоса кромок. Это достигается за счет увеличения глубины проплавления на величину, равную усилению. Конфигурация разделки может быть любой, но она не должна выходить за пределы проплавления, типичные для данного режима Глубина провара определяется условиями равновесия между давлением дуги и гидростатическим давлением, оказываемым жидкими металлом и шлаком.
Недостатком сварки с разделкой кромок, по сравнению со сваркой с обязательным зазором, является большая затрата времени и стоимость работ по подготовке деталей к сварке. Ее преимущество заключается в улучшении условий формирования шва за счет равномерного отвода теплоты от его корня при сварке первого слоя двусторонних швов, что снижает вероятность образования кристаллизационных трещин и шлаковых каналов, наблюдаемых при сварке с обязательным зазором.
Режимы сварки
При полуавтоматической сварке однослойных швов форму разделки определяют по нижеприведенной схеме. Исходя из принятого режима сварки, при котором обеспечивается необходимая глубина проплавления основного металла, рассчитывают сечение вводимого в шов электродного металла (при односторонней или двусторонней сварке) по формуле:
где F3n - сечение электродной проволоки, мм2; Uэл-скорость подачи электродной проволоки, м/ч; Uсв - скорость сварки, м/ч. Сечение разделки определяют по формуле:
где Кy- коэффициент, учитывающий усиление шва, обычно равный 1,4-1,6.
По площади сечения разделки, задаваясь углом раскрытия кромок 50-70° (в зависимости от ширины шва), определяем ее глубину. Глубина разделки должна быть меньше глубины провара. Ширину зазора а при сварке с обязательным зазором определяют по формуле
При односторонней сварке п равно толщине свариваемого металла; при двусторонней сварке равно 0,7 этой толщины. Однослойная сварка под флюсом наиболее целесообразна для соединения металла толщиной 5-42 мм. Дальнейшее увеличение толщины металла, свариваемого в один слой, ограничивается сложностью обеспечения нормального формирования шва большого сечения, а не отсутствием источников нагрева необходимой мощности. Плохое формирование шва проявляется в неравномерном бугристом очертании его поверхности, узком и глубоком проваре, способствующем снижению стойкости металла шва против образования кристаллизационных трещин.
Первый слой двусторонних швов можно сваривать любым способом, обеспечивающим удержание сварочной ванны в зазоре между кромками, применяя ручную подварку, временную подкладку, флюсовую подушку, заделку зазора асбестом, ременную или медную подкладку и др. Шов со второй стороны сваривают на весу. Выполнение первого слоя на весу возможно для ручной и полуавтоматической сварки при зазоре не более 2 мм, а для автоматической сварки под флюсом - при зазоре не более 1 мм. Ручную подварку не удаляют, а переваривают в процессе наложения последующего шва.
Сварка односторонних швов с полным проваром металла и качественным формированием обратного валика представляет сложную, до сих пор не решенную до конца задачу. При сварке односторонних швов для обеспечения полного провара кромок металл необходимо доводить до расплавления на всю толщину свариваемых деталей. Если не принять специальных мер, то ничем не удерживаемая сварочная ванна вытечет из стыка и вместо шва образуются прожоги. Для предотвращения вытекания сварочной ванны под стык устанавливают специальные приспособления, получившие название подкладок и подушек. В зависимости от материала различают медные, флюсомедные, флюсо-керамические и стальные подкладки и подушки. Находят также применение подкладки из стекловолокна и других материалов.
Сварка с полным проваром без принятия специальных мер для удержания сварочной ванны, т.е. на весу, возможна для тонкого металла с подачей аргона со стороны корня шва. Аргон резко увеличивает поверхностное натяжение жидкого металла, способствуя удержанию сварочной ванны. Возможна сварка покрытыми электродами на малой погонной энергии, когда сварочная ванна удерживается силами поверхностного натяжения.
Флюсо-медная подкладка представляет собой медную полосу, поджимаемую к основанию стыка, на поверхность которой в специальную канавку обычно треугольной формы насыпают слой флюса. Подкладку устанавливают стационарно или передвигают по мере сварки шва (скользящая подкладка). Флюс улучшает формирование обратного валика и предохраняет подкладку от непосредственного воздействия дуги.
Стальные подкладки приваривают к свариваемым деталям (остающиеся подкладки) или удаляют после сварки (временные или технологические подкладки). Толщина стальной подкладки должна составлять 30-40% толщины свариваемого металла (а при многослойной сварке - толщины слоя). Непременным условием для качественной сварки является точная подгонка подкладок. Зазор между стыком и подкладкой любого типа не должен превышать 1 мм. Медная и флюсо-медная подкладки, остающиеся и временные стальные подкладки служат не только для механического удержания жидкой сварочной ванны, но и изменяют характер теплоотвода от основания сварочной ванны, как бы увеличивая толщину свариваемого металла.
Флюсовая подушка не изменяет характера теплоотвода от основания сварочной ванны и служит только для механического удержания жидкого металла путем принудительного поджатия флюса к основанию стыка. Поэтому при сварке на флюсовой подушке полное проплавление основного металла достигается при меньшей силе тока, чем при сварке на подкладках. Это связано с тем, что при ограниченном теплоотводе от основания сварочной ванны глубина провара скачкообразно увеличивается до полного проплавления кромок. Флюсовые подушки бывают однородными и комбинированными.
При сварке на стальной привариваемой подкладке изменяется характер кристаллизации металла шва в его корне по сравнению с характером кристаллизации этого участка при сварке на флюсовой подушке или флюсо-медной подкладке. Это, как указывалось выше, благоприятно отражается на стойкости металла против возникающих по оси шва кристаллизационных трещин. При сварке на остающейся подкладке иногда наблюдаются трещины, берущие начало от щели между сопрягаемыми элементами.
Рис. 4 - Сварка стыковых швов: а - на остающейся подкладке; б - на флюсовой подушке; в - при соединении в "замок"
Сварка стыковых швов при соединении в замок не обеспечивает полного провара основного металла. Соединение в замок применяется в круговых швах толстостенных труб и сосудов. Характер кристаллизации тот же, что и при сварке на остающейся подкладке, но возможно образование трещины от щели. Применение подкладок и подушек позволяет получать односторонние швы. Однако, несмотря на большое количество используемых для этой цели технологических приемов и приспособлений, не всегда удается обеспечить надлежащее и стабильное формирование обратного валика. Бывают случаи, когда форма обратного валика даже в пределах одного стыка изменяется в широких пределах. Поэтому стыковые швы ответственных конструкций, как правило, сваривают с двух сторон. При этом качество сварки значительно более стабильное и возможно получение однослойных (двусторонних) швов на металле большей толщины.