Принципы процесса, характеристики дуги

Среди различных существующих способов механизированной сварки с применением флюса наибольшее распространение получила электродуговая сварка под флюсом. Сва рочная дуга горит между изделием и торцом сварочной проволоки. По мере расплавления проволока автоматически подается в зону сварки. Дуга закрыта слоем флюса. Сварочная проволока перемещается в направлении сварки с помощью специального механизма (авто матическая сварка) или вручную (полуавтоматическая сварка). Под влиянием тепла дуги основной металл и флюс плавятся, причем флюс образует вокруг зоны сварки эластичную пленку, изолирующую эту зону от доступа воздуха. Капли расплавляемого дугой металла сварочной проволоки переносятся через дуговой промежуток в сварочную ванну, где смешиваются с расплавленным основным металлом. По мере перемещения дуги вперед металл сварочной ванны начинает охлаждаться, так как поступление тепла к нему уменьшается. Затем он затвердевает, образуя шов. Расплавляясь, флюс превращается в жидкий шлак, который покрывает поверхность металла и остается жидким еще некоторое время после того, как металл уже затвердел. Затем шлак затвердевает, образуя на поверхности шва шлаковую корку.
При сварке под флюсом (Рис.2) дуга горит между сварочной проволокой и свариваемым изделием под слоем гранулированного флюса. Ролики специального механизма падают в электродную проволоку в зону дуги. Сварочный ток (переменный или постоянный прямой или обратной полярности) подводится к проволоке с помощью скользящего контакта, а к изделию – постоянным контактом. Сварочная дуга горит в газовом пузыре, который образуется в результате плавления флюса и металла. Кроме того, расплавленный металл защищен от внешней среды слоем расплавленного флюса. По мере удаления дуги от зоны сварки расплавленный флюс застывает и образует шлаковую корку, которая впоследствии легко отделяется от поверхности шва.

рис.2 Схема автоматической сварки под флюсом

4. Сварка в углекислом газе

Восстановление деталей сваркой и наплавкой в среде углекислого газа используется в основном для ремонта тонкостенных деталей кабин, кузовов и оперения.Углекислый газ, подаваемый в зону сварки, оттесняет воздух и тем самым защищает сварной шов от азота и кислорода. Однако углекислый газ при высокой температуре электрической дуги (до 6000^оС) разлагается на окись углерода и кислород, поэтому выгорают углерод и легирующие элементы в наплавляемом металле. Негативные последствия этого устраняются применением специальной сварочной проволоки Св-08ГС, Св-10ГС и др. диаметром 0, 8-1, 2 мм., содержащие легирующие добавки кремния, титана и марганца.Достоинствами наплавки в среде углекислого газа являются: 1-плотный, ровный и красивый сварной шов, нет шлаковой корки и не требуется последующая механическая обработка, металл шва менее чувствителен к коррозии; 2-высокая производительность труда (в 1, 5-2, 5 раза выше, чем при ручной электродуговой сварке); 3-хорошие условия для визуального наблюдения сварщиком за процессом сварки; 4-небольшое коробление детали из-за хорошего охлаждения ее газом.В качестве недостатков можно назвать относительно большое разбрызгивание металла и сравнительно низкие механические свойства сварного шва.

Рисунок 1. Схема наплавки в среде углекислого газа.

Для сварки (см рисунок ) пользуются углекислотой, поставляемой в баллонах объемом 40 литров. Этого количества газа достаточно на 15-20 часов работы. Чтобы влага, содержащаяся в углекислоте, не вызывала разбрызгивание металла при сварке предусмотрен осушитель газа (медный купорос). В качестве редуктора используется обыкновенный кислородный редуктор. Сварка в углекислой среде производится током обратной полярности. Расход углекислого газа 400-500 л/мин. получается узкий и глубокий шов и малая зона термического влияния.

 

Рисунок 2. Схема установки для сварки в среде углекислого газа

В настоящее время для защиты сварочной дуги от вредного воздействия воздуха все шире начинают использовать защитные газовые смеси, состоящие из углекислого газа и аргона. Из-за снижения потерь металла до 70-80% на разбрызгивание по сравнению с традиционной ( в защитной среде СО₂) производительность сварки (рис.3 ) существенно (до 2 раз) возрастает и на 10-15% уменьшаются расходы электроэнергии и материалов.

Рисунок 3. Влияние защитной среды на производительность сварки

5.Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка (ЭШС) — вид электрошлакового процесса, сварочная технология, использующая для нагрева зоны плавления теплом шлаковой ванны, нагреваемой электрическим током. Шлак защищает зону кристаллизации от окисления и насыщения водородом.

В холодном металле растворимость водорода на два порядка ниже, чем в жидком, а в атмосфере водорода всегда хватает. Поэтому, если металл без специальной защиты расплавить, а потом быстро охладить, то выходящий водород может спровоцировать образование трещин.

Процесс сварки является бездуговым. В отличие от дуговой сварки для расплавления основного и присадочного металлов используют теплоту, выделяющуюся при прохождении сварочного тока через расплавленный электропроводный шлак (флюс). Затем электрод погружают в шлаковую ванну, горение дуги прекращается и ток начинает проходить через расплавленный шлак. Сварку выполняют снизу вверх чаще всего при вертикальном положении свариваемых деталей с зазором между ними. Для формирования шва по обе стороны зазора устанавливают медные ползуны-кристаллизаторы, охлаждаемые водой. По мере формирования шва ползуны перемещаются в направлении сварки.

По виду электрода различают электрошлаковую сварку проволочным, пластинчатым электродом и плавящимся мундштуком; по наличию колебаний электрода — без колебаний и с колебаниями электрода; по числу электродов — одно-, двух- и многоэлектродную.

Обычно электорошлаковую сварку применяют для соединения деталей толщиной от 15 мм до 600 мм

Электрошлаковый процесс используют также для переплава стали из отходов и получения отливок.

Технология электрошлаковой сварки При электрошлаковой сварке тепло, необходимое для плавления свариваемого металла, образуется за счет прохождения электрического тока через расплавленный шлак, состоящий из оксидов галоидов или их смесей. Рисунок. Электрошлаковая сварка Две свариваемые детали устанавливаются вертикально с зазором между кромками. Зазор с двух сторон закрывают медные водоохлаждаемые ползуны. Снизу зазор также закрывается специальным карманом. В зазор засыпается сварочный флюс и опускается сварочная проволока. В процессе сварки проволока подается вниз роликами, токоподвод осуществляется мундштуком. За счет прохождения тока между проволокой и изделием флюс нагревается и расплавляется. Расплавленный флюс образует шлак, который, будучи электропроводным, является источником тепла, приводящим к расплавлению проволоки и кромок и образованию сварочной ванны. Электрическая дуга отсутствует, так как она шунтируется расплавленным шлаком. Процесс сварки идет снизу вверх. Ползуны, охлаждаемые водой через трубки, перемещаются вверх вместе со сварочным автоматом и формируют сварной шов. Расплавленный флюс обеспечивает одновременно защиту сварочной ванны и участвует в металлургических процессах, обеспечивающих требуемое качество сварного шва. Расход флюса при этом способе сварки невелик и не превышает 5%-ной массы наплавленного металла. Флюс используется такой же, как и для дуговой сварки, или специальный.

6.Виды сварных соединений

Сварным соединением называют участок конструкции, в котором отдельные ее элементы соединены с помощью сварки. В сварное соединение входят сварной шов, прилегающая к нему зона основного металла со структурными и другими изменениями в результате термического действия сварки (зона термического влияния) и примыкающие к ней участки основного металла.

Сварной шов представляет собой закристаллизовавшийся металл, который в процессе сварки находился в расплавленном состоянии.

Свойство сварного соединения опредиляются свойствами металла самого шва и зоны основного металла, прилегающего к шву, — зоны термического влияния. Необходимо учитывать и некоторую часть основного металла, прилегающую к зоне термического влияния и определяющую концентрацию напряжений в месте перехода от металла шва к основному металлу и пластических деформаций в зоне термического влияния, что отражается на характере и распределении усилий, действующих в сварном соединении.

По форме сопряжения свариваемых элементов можно выделить следующие основные типы сварных соединений:

Вид соединения	Определение	Рисунок
1. Стыковое	Составляющие элементы расположены в одной плоскости или на одной поверхности
2. Нахлесточное	Представляет собой сварное соединение, в котором свариваемые элементы расположены параллельно и перекрывают друг друга
3. Тавровое	Сварное соединение, в котором к боко­вой поверхности одного элемента примы­кает под углом и приварен торцом другой элемент
4. Угловое	Сварное соединение двух элементов, расположенных под прямым углом и сваренных в месте примыкания их краев

Сварные швы подразделяют по форме поперечного сечения на стыковые и угловые. Разновидностью этих типов являются швы пробочные и прорезные, выполняемые в нахлесточных соединениях. По форме в продольном направлении различают швы непрерывные и прерывистые.

С помощью стыковых швов образуют в основном стыковые соединения, с помощью угловых швов — тавровые, крестовые, угловые и нахлесточные соединения, с помощью пробочных и прорезных швов могут быть образованы нахлесточные и иногда тавровые соединения.

Стыковые швы, как правило, выполняют непрерывными; отличительным признаком для них обычно служит форма разделки кромок соединяемых деталей в поперечном сечении. По этому признаку различают следующие основные типы стыковых швов: с отбортовкой кромок (см. рис. 1, а); без разделки кромок — односторонние и двусторонние (см. рис. 1, б); с разделкой одной кромки — односторонней, двусторонней; с прямолинейной или криволинейной формой разделки (см. рис. в); с односторонней разделкой двух кромок; с V-образной разделкой (см. рис. 1, г); с двусторонней разделкой двух кромок; Х-образной разделкой (см. рис. 1, д). Разделка может быть образована прямыми линиями (скос кромок) либо иметь криволинейную форму (U-образная разделка, см. рис. 1, е).

 

Рис. 1. Подготовка кромок стыковых швов: а — с отбортовкой кромок; б — без разделки кромок: в — с разделкой одной кромки: г — с односторонней разделкой двух кромок; д — с Х-образной разделкой двух кромок: е — с U-образной разделкой

Угловые швы различают по форме подготовки свариваемых кромок в поперечном сечении и сплошности шва по длине.

По форме поперечного сечения швы могут быть без разделки кромок (см. рис. 2, а), с односторонней разделкой кромки (см. рис. 2, 6). с двусторонней разделкой кромок (см. рис. 2, в). По протяженности угловые швы могут быть непрерывными и прерывистыми вистыми, с шахматным и цепным расположением отрезков шва. Тавровые, нахлесточные и угловые соединения могут быть выполнены отрезками швов небольшой протяженности — точечными швами.

Рис. 2. Подготовка кромок угловых швов тавровых соединений: а — без разделки; б — с односторонней разделкой; в — с двусторонней
разделкой

Пробочные швы по своей форме в плане (вид сверху) обычно имеют круглую форму и получаются в результате полного проплавления верхнего и частичного проплавления нижнего листов — их часто называют электрозаклепками, либо путем проплавления верхнего листа через предварительно проделанное в верхнем листе отверстие.

Прорезные швы, обычно удлиненной формы, получают путем приварки верхнего (накрывающего) листа к нижнему угловым швом по периметру прорези. В отдельных случаях прорезь может заполняться и полностью.

 

7. Виды сварных швов

Отрезок соединения, сформированный в результате процесса кристаллизации расплавленного металла, принято называть сварным швом. Одной из главных характеристик сварочных соединений является катет сварного шва. Существует два вида сварных швов (не путать со сварочным соединением):

Основные типы сварных соединений.

Стыковые сварные: применяются для соединения встык, т.е. детали соединяются торцовыми краями. Соединение встык проводится без разделки кромок, с разделкой и с отбортовкой края детали. Кромки могут иметь криволинейную форму, V-образную и Х-образную. Листы до 8 мм можно сваривать без разделки кромок, но нужно листы укладывать с зазором до 2 мм. В практике стыковые варианты чаще применяются для соединения трубопроводов и при изготовлении конструкций из листовых металлов. Такие соединения наиболее экономичны и менее энергозатратны. Угловые: бывают собственно угловые, тавровые и нахлесточные. Разделка кромок может быть одно- и двухсторонняя, в зависимости от толщины металла. Угол разделки выбирается от 20° до 60°. Однако нужно учитывать, что больший угол разделки требует больше металла для заполнения, значит, снижается производительность и качество. Электрозаклепочная сварка применяется для обшивки крупных конструкций тонколистовым металлом. Применяют, например, при изготовлении пассажирских вагонов, когда применение сплошных швов затруднено и нерентабельно. Электрозаклепочные соединения получаются достаточно прочными, но не плотными. Обычно сварка производится за один раз, но если толщина свариваемого металла не позволяет проварить материал, проводят в несколько заходов. Такой метод называется многослойным. В этом случае каждый предыдущий слой отжигается последующим, в результате такого термического воздействия значительно улучшаются свойства и структура шва. Выбирать вид соединения нужно в зависимости от конфигурации выполняемого элемента конструкции. Конечное изделие должно быть работоспособным, переносить расчетные нагрузки и не поддаваться усталостным разрушениям. Во всех конструкциях есть рабочие швы, которые воспринимают основные нагрузки. Прочностные расчеты рабочих швов проводятся на полную нагрузку плюс 25%. Для соединения отдельных элементов используются связующие швы – требования к ним не такие жесткие, т.к. в случае их разрушения работа конструкции не будет нарушена. На качество сварочных соединений влияют многие факторы: способность материала создавать монолитный шов, присадки и флюсы, окисляемость металла, положение шва: горизонтальное, вертикальное, наклонное или потолочное. Свойства сварного шва определяются в основном его геометрическими размерами. Общие геометрические параметры:

Классификация и обозначение сварочных швов.

Ширина – расстояние между границами сплавления.

Вогнутость (выпуклость) – расстояние между линией и основным металлом, и поверхностью, визуально проходящей по линии максимальной вогнутости (выпуклости).

Корень – самая нижняя часть.

Для угловых соединений характерны еще такие величины: наличие катета сварного шва, толщина, выпуклость и расчетная высота. Катет углового шва – это катет наибольшего равнобедренного треугольника, вписанного в поперечное сечение. При сварке заготовок одинаковой толщины катет может задаваться по кромке, при разной – его задают по толщине более тонкого материала. Размер катета должен обеспечивать прочность соединения, но чрезмерное увеличение его может вызвать деформацию изделия.

 

8.Работа и расчет соединений стыковых швов

В стыковом шве распределение напряжений по длине шва принимается равномерным; рабочая толщина шва принимается равной толщине стыкуемых частей (и наименьшей, ежели толщины различны). Потому напряжение в шве, расположенном перпендикулярно оси элемента (рис. 77, а):

(47)

где N—расчетное усилие (с коэффициентом перегрузки);

d_ш—рабочая толщина шва;

l_ш — расчетная длина шва, равная фактической длине, ежели места зажигания и тушения дуги выведены за границы сечения элемента (что традиционно имеет место, рис. 69); в неприятном случае l_ш = l — 10 мм, где l— ширина элемента;

R^св—надлежащие расчетные сопротивления стыкового шва сжатию либо растяжению.

Ежели расчетное сопротивление сварки R^св меньше расчетного сопротивления основного сплава R и в стыкуемом элементе нет запасов в напряжениях, рабочее сечение шва может оказаться недостающим; тогда для роста длины шва его приходится делать косым (рис. 77, б). Косые швы с наклоном реза 2: 1, обычно, равнопрочные с главным сплавом и поэтому не требуют проверки; но в отдельных вариантах, когда нужно понижение напряжений, к примеру при вибрационной перегрузке, приходится рассчитывать и косые швы. В данном случае, разложив действующие усилия на направления перпендикулярно оси шва и вдоль шва, находим напряжения:

перпендикулярно шву

(48)

вдоль шва

(49)

Тут l_ш — расчетная длина косого шва.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: