Общие сведенья о сварке

Сварку плавлением в зависимости от различных способов, характера источников нагрева и расплавления свариваемых кромок деталей можно условно разделить на следующие основные виды:
— электрическая дуговая, где источником тепла является электрическая дуга;
— электрошлаковая сварка, где основным источником теплоты является расплавленный шлак, через который протекает электрический ток;
— электронно-лучевая, при которой нагрев и расплавление металла производится потоком электронов;
— лазерная, при которой нагрев и расплавление металла происходит сфокусированным мощным лучом микрочастиц — фотонов;
— газовая, при которой нагрев и расплавление металла происходит за счет тепла пламени газовой горелки.
Более подробную классификацию можно провести и по другим характеристикам, выделив сварку плавящимся и неплавящимся электродом, дугой прямого и косвенного действия; открытой дугой, под флюсом, в среде защитного газа, дуговой плазмой.
При ручной сварке указанные операции выполняются рабочим-сварщиком вручную без применения механизмов
При сварке на полуавтомате плавящимся электродом механизируются операции по подаче электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки осуществляются сварщиком вручную.
При автоматической сварке механизируются операции по возбуждению дуги и перемещению ее по линии наложения шва с одновременным поддержанием определенной длины дуги Автоматическая сварка плавящимся электродом производится, как правило, сварочной проволокой диаметром 1-6 мм; при этом режимы сварки (сварочный ток, напряжение дуги, скорость перемещения дуги и др. ) более стабильны. Этим обеспечивается качество сварного шва по его длине, однако требуется более тщательная подготовка к сборке деталей под сварку.
Схема автоматической дуговой сварки
под слоем флюса:
1 —дуга; 2 —газовый пузырь (полость);
3 — сварочная головка; 4 — тележка (сварочный
трактор); 5 — пульт управления; 6 — кассета со
сварочной проволокой; 7 — свариваемая деталь;
8 — сварочная ванна; 9 — сварной шов;
10 — шлаковая корка; 11 — расплавленный флюс;
12 — нерасплавленный флюс
Сущность основных способов сварки плавлением При электрической дуговой сварке энергия, необходимая для образования и поддержания дуги, поступает от источников питания постоянного или переменного тока. В процессе электрической дуговой сварки основная часть теплоты, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счет дугового разряда (дуги), возникающего между свариваемым металлом и электродом. При сварке плавящимся электродом под воздействием теплоты дуги кромки свариваемых деталей и торец (конец) плавящегося электрода расплавляются и образуется сварочная ванна. При затвердевании расплавленного металла образуется сварной шов. В этом случае сварной шов получается за счет основного металла и металла электрода. К плавящимся электродам относятся стальные, медные, алюминиевые; к неплавящимся — угольные, графитовые и вольфрамовые. При сварке неплавящимся электродом сварной шов получается только за счет расплавления основного металла и металла присадочного прутка. При горении дуги и плавлении свариваемого и электродного металлов необходима защита сварочной ванны от воздействия атмосферных газов — кислорода, азота и водорода, так как они могут проникать в жидкий металл и ухудшать качество металла шва. По способу защиты сварочной ванны, самой дуги и конца нагреваемого электрода от воздействия атмосферных газов дуговая сварка разделяется на следующие виды: сварка покрытыми электродами, в защитном газе, под флюсом, самозащитной порошковой проволокой и со смешанной защитой. Покрытый электрод представляет собой металлический стержень с нанесенной на его поверхность обмазкой. Сварка покрытыми электродами улучшает качество металла шва. Защита металла от воздействия атмосферных газов осуществляется за счет шлака и газов, образующихся при плавлении покрытия (обмазки). Покрытые электроды применяются для ручной дуговой сварки, в процессе которой необходимо подавать электрод в зону горения дуги по мере его расплавления и одновременно перемещать дугу по изделию с целью формирования шва (рис. 1.1. ). При сварке под флюсом сварочная проволока и флюс одновременно подаются в зону горения дуги, под воздействием теплоты которой плавятся кромки основного меташта, электродная проволока и часть флюса. Вокруг дуги образуется газовый пузырь, заполненный парами металла и материалов флюса. По мере перемещения дуги расплавленный флюс всплывает на поверхность сварочной ванны, образуя шлак. Расплавленный флюс защищает зону горения дуги от воздействия атмосферных газов и значительно улучшает качество металла шва. Сварка под слоем флюса применяется для соединения средних и больших толщин металла на полуавтоматах и автоматах
ТРАНСФОРМАТОРЫ ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ
Трансформаторы выпускаются по ГОСТ 95-77 на номинальные силы тока 160, 250, 315, 400 и 500 А.
Конструктивно трансформаторы серии ТДМ относятся к группе трансформаторов стержневого типа. Для них характерны малый расход активных материалов, простота конструкции, высокие сварочные и энергетические показатели, широкие пределы регулирования тока. Одним из распространенных трансформаторов является ТДМ-317. В нижней части сердечника трансформатора размещается первичная обмотка, состоящая из двух катушек, расположенных на двух стержнях. Катушки обмотки закреплены неподвижно. Вторичная обмотка расположена на значительном расстоянии от первичной. Катушки обмоток соединены параллельно. Вторичная обмотка перемещается по сердечнику с помощью винта и рукоятки. Сварочный ток регулируется изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Трансформаторы ТДМ-165 ТДМ-254 выпускаются в переносном исполнении с ПН = 25% и предназначены для ремонтных и монтажных работ; трансформаторы ТДМ-317, ТДМ-401 и ТДМ-401-1, ТДМ-503-1 снабжены устройством снижения напряжения холостого хода, которое Конструкции трансформаторов серии ТДМ весьма разнообразны. В зависимости от способа регулирования тока эти трансформаторы можно подразделить на две группы — с механическим и электрическим регулированием. В первую группу входят устройства, связанные с применением подвижных обмоток и секций магнитопроводов. Во вторую — устройства, связанные с подмагничиванием магнитопроводов постоянным током и тиристорным регулированием. Трансформаторы для автоматической сварки под флюсом выпускаются по ГОСТ 12-77 на номинальные токи 1000 и 2000 А. Они выпускаются в стационарном исполнении, рассчитаны на продолжительный режим работы; имеют два варианта климатического исполнения — УЗ и Т4. Трансформаторы имеют ЖВХ и предназначены для сварки на автоматах с постоянной скоростью подачи электродной проволоки. Они имеют тиристорное регулирование и работают в режиме прерывистого тока. В трансформаторах применена система импульсной стабилизации повторного возбуждения дуги. Трансформатор ТДФЖ-1002 имеет две ступени регулирования сварочного тока, а ТДФЖ-2002 — три ступени. В основе построения трансформаторов заложена стержневая конструкция с разнесенными и жестко закрепленными катушками.
СВАРКА АЛЮМИНИЯ
Немногим более чем за 100 лет алюминий из редчайшего и дорогого материала превратился в необходимую составляющую нашей жизни. Области его применения все более расширяются, соответственно растут объемы потребления.
Именно малый удельный вес алюминия является тем определяющим фактором, который позволяет создавать легкие и в то же время прочные конструкции
Для сваривания деталей из алюминия и его сплавов применяется как MIG— так и TIG (AC) —сварка. Скорость TIG-сварки в три раза ниже, чем скорость MIG-сварки, но в результате шов получается более качественным, поры отсутствуют.
Основные рекомендации по сварке и свойства материала
Прежде, чем впервые приступить к работе с алюминием, сварщик должен ознакомиться особенности материала и технологией его обработки.
Чистый алюминий проводит электрический ток в четыре раза лучше, чем сталь, поэтому процесс его сварки имеет свои технологические особенности. Способность проводить тепло у алюминия (около 2,2 Вт/см K) также значительно выше, чем у стали (около 0,6 Вт/см K). Например, у таких часто применяемых алюминиевых сплавов как AlMg4,5Mn или AlMg5 теплопроводность составляет от 1,2 до 1,3 Вт/см K, что также выше значения теплопроводности стали.
То, что алюминий лучше проводит тепло, делает весьма затруднительной быструю сварку — уменьшается глубина провара. Для застывания сварочной ванны требуется меньше времени, поэтому происходит неполное газовыделение, что может привести к образованию пор в сварочном шве и плохому соединению. Чтобы избежать этого, необходимо использовать более высокую силу сварочного тока, чем при сварке стали; предварительно нагреть заготовку, предназначенную для сварки, и использовать защитный газ, содержащий гелий. В самом начале сварки возможна некоторая непрочность сварного шва из-за недостаточного провара. Выходом из этого положения может быть использование 4-тактного сварочного аппарата. В первом такте сварки используется ток большей силы, что позволяет ускорить нагрев рабочей заготовки (см. также Специальные рекомендации по MIG-сварке)
СВАРКА АЛЮМИНИЯ
Материалы и сварочная проволока
Спектр алюминиевых сплавов сегодня весьма широк. Что касается алюминиевой проволоки, общим требованием является ее своевременное использование. Хранение при вскрытой упаковке должно быть сведено к минимуму, так как быстрое окисление поверхности ведет к ухудшению качества проволоки. Особенно сильно вредит проволоке высокая влажность воздуха.
Место будущего сварного шва, должно быть тщательно очищено от жирных, масляных и других загрязнений. Это должно быть сделано непосредственно перед сваркой. За очень короткое время алюминий покрывается слоем оксида алюминия (Al2O3). Этот оксидный слой удаляется посредством очищающего эффекта сварки (при положительной поляризации).
Защитные газы для сварки
Алюминиевые материалы должны свариваться в среде защитных инертных газов. В основном для этого применяется аргон. Но предпочтительнее использовать газовую смесь аргона и гелия. Более высокий показатель теплопроводности гелия определяет соответственно и более высокую температуру сварочной ванны, что оказывается преимуществом при сварке толстых металлических листов. Применение смеси защитных газов способствует более полному газовыделению — образование пор уменьшается.
Специальные рекомендации по MIG-сварке
Сварочные аппараты
Стандартные MIG/MAG-аппараты подходят для сварки алюминия весьма условно. Оптимального результата можно добиться, используя импульсно-дуговые аппараты, которые снабжены специальной программой для сварки алюминия. На рис.2 изображены импульсно-дуговые сварочные аппараты с током сварки от 250 до 520A, который можно устанавливать в зависимости от конкретного случая. В качестве контрольных можно рекомендовать следующие параметры: — при толщине металлического листа не менее 6 мм необходим аппарат с минимальным током сварки 300A.
Импульсно-дуговой сварочный аппарат
Импульсно-дуговая сварка
Импульсно-дуговые сварочные аппараты располагают готовыми программами для сваривания различных материалов. Эти программы имеют оптимальную настройку для различных сплавов. Ручной переключатель на панели управления дает возможность выбрать любую программу (рис.3). С помощью кнопочного управления на регуляторе энергии нужно выбрать только силу тока. Настройка всех остальных параметров производится автоматически микропроцессором.
Подача алюминивой проволоки
Подача проволоки
Алюминиевая проволока значительно мягче стальной. В связи с этим рекомендуется четырехроликовое подающее устройство для того, чтобы прижимное усилие распределялось на каждую пару роликов. Ролики для подачи алюминиевой проволоки должны иметь U-образную канавку, чтобы защитить поверхность проволоки от повреждения (рис.4). Необходимо правильно выбрать диаметр канавки, чтобы максимально уменьшить прижимное давление.
Сварочная горелка
Для сварочной горелки в основном применяется тефлоновая трубка для уменьшения трения проволоки. Общая длина горелки не должна превышать 3 м, а подвод шланга должен быть по возможности прямым. При толщине проволоки от 0,8 мм рекомендуется применение Push-Pull-горелки. В этой горелке установлен дополнительный мотор (рис.5), что позволяет использовать шланг длиной более 10 м.
Положение горелки
Алюминий варится горелкой, установленной под углом 10-20° к вертикали. Расстояние между контактной форсункой и свариваемым металлом должно быть 10-15 мм. При большем расстоянии защитный газ утрачивает свое защитное действие. В любом случае необходимо избегать дополнительного притока воздуха.
Расход защитного газа
Рекомендуется следующий расход:
Диаметр проволоки 1,0 мм-12-14 л/мин
Диаметр проволоки 1,2 мм-14-16 л/мин
Диаметр проволоки 1,6 мм-18-22 л/мин
Для установки необходимого расхода газа рекомендуется использовать регулятор давления с поплавком.
4-тактный режим работы
Современные импульсно-дуговые сварочные аппараты снабжены особой 4-тактной функцией. В первом такте сварки активируется более высокий ток сварки, который позволяет быстро нагревать свариваемые детали (рис.6). При этом можно избежать сварочных дефектов в начале сварки.
В результате усадки сварочной ванны при охлаждении возникают трещины концевого кратера. С помощью понижающей функции в третьем такте (наполнение концевого кратера) можно избежать появления этих трещин.
Интерпульс-метод
Одним из специфических методов импульсно-дуговой сварки является интерпульс-метод, который имеет преимущества перед другими методами при сварке алюминия. В этом случае добавляется второй импуль-процесс. На рис.7 изображена диаграмма тока. Сварочный шов выглядит так же, как и при TIG-сварке. Преимуществами интерпульс-метода являются:
-внешний вид и качество шва как при MIG-сварке;
-уменьшение нагрева шва; уменьшение коробления заготовки.
Специальные рекомендации по TIG (AC) —сварке
1) TIG-аппараты
Для сварки алюминия TIG-аппаратами производится переключение на переменный ток (AC). Имеется большой выбор сварочных аппаратов от 170A до 600A
2) Положение горелки
Горелка располагается по направлению сварки под углом 15-40° к вертикали. Присадочный материал вводится в сварочную ванну рукой под углом 10-30° по отношению к заготовке.
3) Количество защитного газа
Количество защитного газа составляет примерно 5-12 л/мин в зависимости от диаметра керамической форсунки горелки. После окончания сварки газ должен еще некоторое время выходить для защиты сварочного шва и горячих электродов.

CВАРКА В УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ
Технологические особенности процесса сварки в углекислом газе обычно выполняют на постоянном токе обратной полярности плавящимся электродом. Основными параметрами режима сварки в С02 и его смесях являются полярность и сила тока, напряжение дуги; диаметр, скорость подачи, вылет и наклон электрода; скорость сварки; расход и состав защитного газа. Сварочный ток и диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и расположения шва в пространстве. Стабильный процесс сварки с хорошими технологическими характеристиками можно получить только в определенном диапазоне силы сварочного тока, который зависит от диаметра и состава электродной проволоки и рода защитного газа. Величина сварочного тока определяет глубину проплавления и производительность процесса сварки. Величину сварочного тока регулируют изменением скорости подачи сварочной проволоки. Одним из важных параметров режима сварки в С02 является напряжение дуги. С повышением напряжения увеличивается ширина шва и улучшается его формирование. Однако увеличивается и угар полезных элементов кремния и марганца, повышается чувствительность дуги к «магнитному дутью», увеличивается разбрызгивание металла сварочной ванны. При пониженном напряжении дуги ухудшается формирование сварочного шва. Оптимальные значения напряжения дуги зависят от величины сварочного тока, диаметра и состава электродной проволоки, а также от рода защитного газа. Другие параметры режима сварки в С02 находятся в сложной зависимости от различных факторов, влияющих на сварочный процесс. Режим сварки в С02 подбирают на основании обобщенных опытных данных. Перед началом сварки необходимо отрегулировать расход газа и выждать 20-30 секунд до полного удаления воздуха из шлангов. Перед зажиганием дуги необходимо следить, чтобы вылет электрода из мундштука не | превышал 20 — 25 мм. Движение горелки должно осуществляться без задержки дуги на сварочной ванне, так как эта задержка вызывает усиленное разбрызгивание металла. Сварка в нижнем положении производится с наклоном горелки под углом 5 — 15° вперед или назад. Предпочтительнее вести сварку углом назад, т. к. при этом обеспечивается более надежная защита сварочной ванны. При механизированной сварке металла малой толщины 1-2 мм поперечных колебательных движений не производят. Сварку ведут на максимальной длине дуги, с максимальной скоростью. При достаточной газовой защите избегают прожогов и обеспечивают нормальное формирование шва. Горелку ведут углом назад, при этом угол наклона составляет 30-45°.
Стыковые соединения при толщине металла 1,5-3 мм сваривают на весу. Более тонкий металл сваривают в вертикальном положении на спуск (сверху вниз), провар достигается за один проход. Сварку соединений внахлестку при толщине металла 0,8-2,0 мм чаще производят на весу и реже — на медной подкладке. При качественной сборке нахлесточных соединений представляется возможным значительно увеличить скорость сварки. Колебательные движения горелкой при сварке больших толщин те же, что и при ручной сварке. При сварке с перекрытием для уменъшения пор применяются продольные колебания горелки вдоль оси шва, что обеспечивает более полное удаление водорода из сварочной ванны. Сварка в среде С02 является высокопроизводительным процессом. В массовом и крупносерийном производстве работают слесари-сборщики, которые освобождают сварщика от сборочных операций. Сварочный пост в этом случае оборудуется кроме сварочной аппаратуры специальными приспособлениями для обеспечения высокой производительности сварочных работ при гарантированном качестве сварных узлов. Требования к качеству сборки и подготовки деталей под сварку в С02 сварочной проволокой (0,8 — 2,5) мм должны соответствовать ГОСТ 14771-76.
ДУГОВАЯ СВАРКА
Технологические особенности сварки в среде защитных газов и их смесях.
Применение дуговой сварки в среде защитных газов благодаря ее технологическим и экономическим преимуществам все больше возрастает. Технологическими преимуществами являются относительная простота процесса сварки и возможность применения механизированной сварки в различных пространственных положениях. Незначительный объем шлаков позволяет получить высокое качество сварных швов.
Сварка в среде защитных газов применяется как для соединения различных сталей, так и цветных металлов.
Для сварки в защитных газах кроме источника питания дуги требуют ся специальные приборы и оснастка (приспособления). Сварочный пост для сварки в среде защитного газа представлен на рис…
Сварка в защитных газах — это общее название разновидностей дуговой сварки, при которых через сопло горелки в зону горения дуги вдувается струя защитного газа. В качестве защитных газов применяют: аргон, гелий (инертные газы); углекислый газ, кислород, азот, водород (активные газы); смеси газов (Аг + С02 + 02; Аг + 02; Аг + С02 и др. ). Смеси защитных газов должны удовлетворять требованиям ТУ 14-1-2079-77.
Аргонокислородную смесь (Аг + l-j-5% 02) применяют при сварке малоуглеродистых и легированных сталей. В процессе сварки капельный перенос металла переходит в струйный, что позволяет увеличить производительность сварки и уменьшить разбрызгивание металла.
Смесь аргона с углекислым газом (Аг + 1 (Н20% С02) также применяют при сварке малоуглеродистых и низколегированных сталей. На практике используются либо баллоны с готовой смесью газов, либо баллоны с каждым газом отдельно. В последнем случае расход каждого газа регулируется отдельным редуктором и измеряется ротаметром типа РС-3.
При сварке в среде защитных газов различают следующие основные способы: сварка постоянной дугой, импульсной дугой; плавящимся электродом и неплавящимся электродом.
Наиболее широко применяется сварка в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся электродами.
Сварка неплавящимся электродом в защитных газах — это процесс, в котором в качестве источника теплоты применяется дуга, возбуждаемая между вольфрамовым или угольным (графитовым) электродом и изделием.
Сварка постоянным током прямой полярности позволяет получать максимальное проплавление свариваемого металла.
При сварке на постоянном токе применяются источники питания с крутопадающей вольтамперной характеристикой: ВДУ-305; ВДУ-504; ВДУ-505; ВДУ-601; ВСВУ-300.
В комплект сварочной аппаратуры при сварке на постоянном токе входят сварочные горелки, устройства для первоначального возбуждения сварочной дуги, аппаратура управления сварочным циклом и газовой защиты. Для того, чтобы улучшить процесс зажигания дуги в среде защитных газов используют специальные устройства первоначального возбуждения дуги. Это связано с тем, что защитные газы, попадая в зону горения дуги, охлаждают дуговой промежуток и дуга плохо возбуждается. Наиболее широко применяются устройства следующих марок: ОСППЗ-ЗООМ; УПД-1; ВИР-101; ОСПЗ-2М.
При сварке в среде защитных газов на переменном токе применяют устройство для стабилизации горения дуги, например, стабилизатор-возбудитель дуги ВСД-01. Сварку можно выполнять как с присадочной проволокой, так и без присадки.
При сварке плавящимся электродом в защитных газах дуга образуется между концом непрерывно расплавляемой проволоки и изделием. Сварочная проволока подается в зону горения дуги подающим механизмом со скоростью, равной средней скорости ее плавления. Расплавленный металл электродной проволоки переходит в сварочную ванну и таким образом формируется сварной шов.
При этом способе сварки имеются некоторые преимущества:
— обеспечивается высокая производительность сварки;
— представляется возможность производить сварку при повышенной плотности мощности, при этом обеспечивается более узкая зона термического влияния;
— представляется возможность механизировать процесс сварки.
При сварке плавящимся электродом в среде защитных газов различают следующие две основные разновидности процесса: сварка короткой дугой и сварка длинной дугой.
Сварка короткой дугой является естественным импульсным процессом и осуществляется с постоянной скоростью подачи сварочной проволоки. Особенностью этого процесса являются возникающие замыкания дугового промежутка с частотой 150 — 300 зам/с.
При сварке короткой дугой наблюдается мелкокапельный перенос электродного металла с частотой, равной частоте коротких замыканий. Это дает возможность производить сварку при меньших значениях сварочного тока, повысить стабилизацию процесса сварки и снизить потери металла на разбрызгивание.
Сварка длинной дугой — это процесс с редкими замыканиями дугового промежутка (3 — 10 зам/с). В зависимости от режима сварки, защитного газа и применяемых сварочных материалов наблюдаются различные способы переноса электродного металла в сварочную ванну: крупнокапельный, мелкокапельный, струйный и др.
Определенным недостатком сварки плавящимся электродом в аргоне и смеси аргона с гелием является сложность поддержания струйного процесса переноса электродного металла.
Для повышения стабильности сварки и улучшения формирования сварного шва к аргону добавляют до 5% О2 или до 20% С02.
ШВЫ
Основные типы сварных соединений
Сварным соединением называется неразъемное соединение деталей, выполненное сваркой. В металлических конструкциях встречаются следующие основные типы сварных соединений: стыковые, нахлесточные, тавровые, угловые и торцовые
Стыковое соединение — это сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями. Нахлесточное — сварное соединение, в котором сваренные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга.
Тавровое — сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента. Угловое — сварное соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев. Торцовое — сварное соединение, в котором боковые поверхности сваренных элементов примыкают друг к другу. 2. Классификация и обозначение сварных швов
Сварной шов — это участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением или сочетания кристаллизации и деформации. Сварные швы могут быть стыковыми и угловыми. Стыковой — это сварной шов стыкового соединения. Угловой — это сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединений (ГОСТ 2601-84). Сварные швы подразделяются также по положению в пространстве (ГОСТ 11969-79): нижнее — Нив лодочку — Л; полугоризонтальные — Пг, горизонтальные — Г, полувертикальные — Пв, вертикальные — В, полупотолочные — Пп, потолочные — П
По протяженности швы различают сплошные и прерывистые. Прерывистые швы могут быть цепными или шахматными. По отношению к направлению действующих усилий швы подразделяются на: продольные, по-перечные, комбинированные и косые. По форме наружной поверхности стыковые швы могут быть выполнены нормальными (плоскими), выпуклыми или вогнутыми. Соединения, образованные выпуклыми швами лучше работают при статических нагрузках. Однако чрезмерный наплыв приводит к лишнему расходу электродного металла и поэтому выпуклые швы неэкономичны. Плоские и вогнутые швы лучше работают при динамических и знакопеременных нагрузках, так как нет резкого перехода от основного металла к сварному шву. В против-
ном случае создается концентрация напряжений, от которых может начаться разрушение сварного соединения.
По условиям работы сварного узла в процессе эксплуатации изделия сварные швы подразделяются на рабочие, которые непосредственно воспринимают нагрузки, и соединительные (связующие), предназначенные только для скрепления частей или деталей изделия. Связующие швы чаще называют нерабочими швами. При изготовлении ответственных изделий выпуклость на рабочих швах снимают пневматическими бор-машинками, специальными фрезами или пламенем аргонодуговой горелки (вы-глаживание).
Основные типы, конструктивные элементы, размеры и условия обозначения швов сварных соединений, выполненных наиболее распространенными способами сварки, регламентированы следующими стандартами: для дуговой сварки в защитном газе ГОСТ 14771-76; для дуговой сварки алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах ГОСТ 14806-80; для соединений сварных стальных трубопроводов ГОСТ 16037-80, для ручной электродуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей ГОСТ 5264-80; для механизированной и автоматической под флюсом — ГОСТ 8713-70 и др.
Конструктивные элементы сварных соединений
Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют три основные конструктивные элемента: зазор — в, притупление кромок — с, и угол скоса кромки — р.
Формы разделки кромок и их конструктивные элементы приведены на.
Тип и угол разделки кромок определяют количество необходимого электродного металла для заполнения разделки, а значит, и производительность сварки. X— образная разделка кромок, по сравнению с V— образной, позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6 — 1,7
раза. Кроме того, такая разделка обеспечивает меньшую величину деформаций после сварки. При X— образной и V — образной разделке кромки притупляют для правильного формирования шва и предотвращения образования прожогов. Зазор при сборке под сварку определяется толщиной свариваемых металлов, маркой материала, способом сварки, формой подготовки кромок и др. Например, минимальную величину зазора назначают при сварке без присадочного металла небольших толщин (до 2 мм) или при дуговой сварке неплавящимся электродом алюминиевых сплавов. При сварке плавящимся электродом зазор обычно составляет О — 5 мм, увеличение зазора способствует более глубокому проплавлению металла.
Шов сварного соединения характеризуется основными конструктивными элементами в соответствии с ГОСТ 2601-84:
ширина — е, выпуклость — q, h — глубина проплавления (для стыкового шва) и к— катет для углового шва; s — толщина детали.
ПРОВОЛОКА И ФЛЮСЫ
Сварочная проволока и флюсы
Сварочную проволоку выпускают в мотках (бухтах). Ее выправляют и нарезают на части требуемой длины. В большинстве случаев при газовой сварке применяют присадочную проволоку, близкую по своему химическому составу к свариваемому металлу. Нельзя применять для сварки случайную проволоку неизвестной марки и неизвестного химического состава. Химический состав некоторых марок сварочной проволоки, применяемой для газовой сварки углеродистых сталей.
Поверхность проволоки должна быть гладкой и чистой, без следов окалины, ржавчины, масла, краски и прочих загрязнений. Температура плавления проволоки должна быть равна или несколько ниже температуры плавления свариваемого металла. Проволока должна плавиться спокойно и равномерно, без сильного разбрызгивания и вскипания, образуя при застывании плотный, однородный наплавленный металл без посторонних включений, пор, шлаков, пленок и других дефектов. Диаметр проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. Для газовой сварки цветных металлов, таких как медь, латунь, алюминий, свинец и др., а также нержавеющих сталей в тех случаях, когда нет подходящей проволоки, применяют в виде исключения полоски, нарезанные из листов той же марки, что и свариваемый металл. Однако сварка полосками ввиду того, что они обычно имеют неравномерную ширину, дает шов худшего качества, чем сварка проволокой. Для сварки бронзы применяют вместо проволоки отлитые прутки из той же бронзы, т. е. того же химического состава.
Флюсы при газовой сварке наносят на присадочную проволоку или пруток и кромки свариваемого металла, а также добавляют в сварочную ванну.
Составы флюсов выбирают в зависимости от вида и свойств свариваемого металла. Флюс должен быть подобран таким образом, чтобы он плавился раньше, чем металл, хорошо растекался по шву, не оказывал вредного воздействия на металл шва и полностью удалял образующиеся при сварке окислы.
В качестве флюсов применяют прокаленную буру, борную кислоту, кремниевую кислоту и другие специальные добавки.
Флюсы используются в виде порошков, паст, водных растворов. В некоторых случаях такие растворы приготавливают сами сварщики.
ВЫПРЯМИТЕЛИ
Сварочные выпрямители.
Отечественные сварочные выпрямители имеют, как правило, трехфазное питание, выполняются как на диодах, так и на тиристорах. В выпрямителях используются трехфазная мостовая, двойная трехфазная схема с уравнительным дросселем и кольцевая схема выпрямления. В выпрямителях большой мощности диодное выпрямление во вторичном контуре сочетается с тиристорным регулированием по первичной стороне. В зависимости от числа сварочных постов, которые могут быть одновременно
подключены к источнику, выпрямители подразделяются на однопостовые и многопостовые.
Выпрямители для ручной дуговой сварки выпускаются по ГОСТ 13821-77 на токи 200, 315, 400 А при ПН= 60% и имеют крутопадающие характеристики. Общий вид широко применяемого выпрямителя ВД-306 представлен на рис.
Выпрямители выполнены по трехфазной мостовой схеме на кремниевых диодах. Основу выпрямителя составляет трансформатор с подвижны ми обмотками. Одновременное переключение первичных и вторичных обмоток трансформатора с «треугольника» на «звезду» позволяет получить две ступени регулирования тока.
Выпрямители для механизированной сварки выпус каются на токи 315 и 630 А, ПВ= 60%
Выпрямители выполнены по трехфазной мостовой схеме на кремниевых диодах. Регулирование напряжения в выпрямителях ВДГ и ВСЖ плавно-ступенчатое. Плавное регулирование внутри ступени в ВДГ осуществляется дросселем насыщения, а в выпрямителе ВСЖ — трансформатором с магнитной коммутацией. В выпрямителях ВС регулирование ступенчатое — переключением числа витков обмоток.
Универсальные сварочные выпрямители типа ВДУ выпускаются на токи 500, 630 и 1250 А. Выпрямители имеют два вида внешних характеристик: пологопадающие и крутопадающие. Технические данные приведены в табл. 2.4.
Выпрямители ВДУ-505, ВДУ-506, ВДУ-601 выполнены на тиристорах по двойной трехфазной схеме выпрямления с уравнительным дросселем, а выпрямители ВДУ-1202 — по шестифазной схеме выпрямления с тири-сторным регулированием по первичной стороне трансформатора. Выпрямители обеспечивают высокий уровень стабилизации напряжения и тока, имеют дистанционное регулирование, простой переход с одного вида внешних характеристик на другой.
Выпрямитель для импульсно-дуговой сварки (ВДГИ) обеспечивает питание сварочной дуги пульсирующим однополярным током, т. е. постоянным базовым током, на который периодически с частотой 50 или 100 Гц накладываются кратковременные импульсы тока. Выпрямитель входит в комплект полуавтомата ПДИ-304 для механизированной импульсно-дуговой сварки алюминия и нержавеющих сталей в среде аргона. Выпрямитель ВДГИ-302 имеет следующие технические характеристики: номинальный сварочный ток — 315 А; номинальное рабочее напряжение — 35 В; пределы регулирования тока 40 — 325 А; пределы регулирования напряжения — 10 — 35 В; длительность импульса тока — 1,5 — 5,0 мс; К. П. Д. = 74%; первичная мощность — 17,3 к ВА; габариты — 720×593×938 мм; масса — 300 кг.
Регулирование напряжения и тока — тиристорное. Внешние характеристики по импульсному току жесткие, а по базовому току изменяются от крутопадающих до жестких по мере увеличения сварочного тока.
В случае, когда целесообразно по условиям работы использовать один источник питания для нескольких потребителей, применяются многопостовые сварочные системы. В этих системах один многопостовый выпрямитель снабжает энергией несколько сварочных постов.
Выпрямители серии ВДМ с реостатным регулированием выполняются на кремниевых диодах и имеют жесткую внешнюю характеристику, что обеспечивает независимую работу отдельных сварочных постов. Для получения падающих характеристик и регулирования тока на каждом сварочном посту используют ступенчатый балластный реостат.
Преимущества многопостовых систем связаны с относительно небольшой стоимостью сварочного оборудования, простотой обслуживания, высокой загрузкой и высокой экономичностью многопостовых выпрямителей. Однако К. П. Д. сварочных постов снижается из-за значительных потерь электроэнергии в балластных реостатах.
Многопостовые выпрямители ВДМ-4х301 с тиристорным регулированием имеют единый трансформатор и самостоятельные тиристорные блоки с устройством фазового управления для каждого поста. Тиристорные блоки выполнены по двойной трехфазной схеме с уравнительным дросселем в катодных цепях тиристорного блока. Автономное тиристорное регулирование позволяет обеспечить стабилизацию режима поста при колебаниях напряжения в сети, местное и дистанционное включение поста и плавное регулирование тока.
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Электродные материалы
При электрической сварке плавлением применяют следующие сварочные материалы: сварочная проволока, неплавящиеся и плавящиеся электродные стержни, покрытые электроды.
Стальная сварочная проволока, предназначенная для с<