Электродуговая сварка плавлением

Ручная дуговая сварка металлическим электродом с покрытием. Сварочная дуга является одним из самых распространенных и универсальных источников теплоты. Ручная сварка покрытым электродом широко распространена в промышленности — несмотря на достаточно невысокую производительность, она обладает рядом несомненных преимуществ (универсальность, возможность выполнения швов в труднодоступных местах, различных пространственных положениях и т. д.).

Источник сварочного (постоянного или переменного) тока подключен к электроду и свариваемому изделию. После зажигания дуги за счет теплоты, выделяемой ею, происходит расплавление металла соединяемых деталей и электродного стержня. При перемещении электрода образуется сварной шов, металл которого кристаллизуется, но мере удаления дуги и падения температуры металла. Одновременно (пли с небольшим запозданием) с металлическим стержнем плавится и покрытие. При плавлении покрытия образуется газовая фаза (СО) и расплавленный шлак. Угарный газ оттесняет воздух из реакционной зоны, а шлак окутывает расплавленные капли и покрывает слоем расплавленный металл сварочной ванны и кристаллизующийся металл. В этом заключается одна из важнейших задач покрытия — создание шлако-газовой защиты жидкого и остывающего металла.

В случае применения в качестве электрода голой проволоки происходит насыщение жидкого металла сварочной ванны кислородом и азотом из воздуха. В результате взаимодействия металла с кислородом образуется закись — окись железа (Fe.,0,,); она располагается по границам зерен закристаллизовавшегося металла шва, ослабляет связь между ними и приводит к падению прочности и пластичности металла шва.

Азот из воздуха, растворяясь в жидком металле, образует хрупкие нитриды, что увеличивает прочность и уменьшает пластичность металла.

Основными параметрами режима являются: диаметр электрода, сила тока, напряжение на дуге и скорость сварки. Глубина и форма проплавления металла зависят от параметров режима сварки. Так, глубина проплавления прямо связана с диаметром электрода и силой тока, пространственным положением, скоростью сварки и траекторией ведения торца электрода. Длина дуги сказывается на ширине шва (чем она длиннее, тем больше ширина шва). Эти же параметры режима в конечном итоге отвечают за все параметры проплавления. Для ручной сварки характерны следующие размеры сварочной ванны: глубина проплавления до 8,0 мм, ширина 8,0… 15,0 мм, длина 10…30 мм. Металл шва в своем составе может содержать 15…35% основного металла.

Оптимальный выбор параметров режима очень важен, так как он определяет получение сварных швов высокого качества. Основным параметром режима ручной сварки является сила тока, которая выбирается в зависимости от диаметра электрода. Именно эти два параметра наряду с маркой электрода указываются в технологическом процессе. Информацию о других параметрах можно получить из паспорта электродов данной марки. Ручная сварка позволяет производить работы во всех пространственных положениях: нижнем, вертикальном и потолочном.

Техника сварки в каждом из положений имеет свои особенности. В нижнем положении создаются наиболее благоприятные условия для формирования шва высокого качества. Стыковые соединения выполняются без разделки кромок с одной или обеих сторон с толщиной до 6,0 мм. С увеличением свариваемой толщины применяется разделка кромок, которая может выполняться с одной или с двух сторон (рис. 2.14). Стыковые сварные соединения могут выполняться на весу, в различного рода подкладках и с подвалкой корня шва. Последнее время широко распространена сварка монтажных соединений на керамических удаляемых подкладках, которые можно использовать многократно. При многослойной сварке они могут применяться при выполнении первого (корневого) прохода. В этом случае может использоваться под-варка корня шва или удаление непровара в корне шва с помощью газоэлектрической строжки с последующей подваркой.

Техника сварки в вертикальном и потолочном положении имеет свою специфику. Она требует:

· повышенной квалификации сварщика

· уменьшения силы тока по сравнению с нижним положением на 10…20% для уменьшения объема ванны расплавленного металла с целью предотвращения его стекания

· применения электродов уменьшенного диаметра (вертикальные швы <5,0 мм, для потолочных — <4,0 мм)

· ведения процесса на возможно короткой дуге с небольшими поперечными колебаниями.

Наиболее сложна сварка в потолочном положении; ее выполняют периодическими короткими замыканиями конца электрода на сварочную ванну. При этом положении ухудшаются условия вывода из ванны шлака и газа, что отрицательно сказывается на качестве сварного шва.

В корпусе судна угловые швы весьма многочисленны. Они могут выполняться двумя приемами. Первый: сварка вертикальным электродом в лодочку. Здесь благоприятны условия для провара корня шва и формирования его усиления. Однако он требует тщательной сборки с соблюдением минимальных зазоров во избежание вытекания расплавленного металла. При втором приеме стенка тавра расположена вертикально, и сварка ведется наклонным электродом. Здесь трудно обеспечить провар шва по нижней плоскости (из-за натекания на нее расплавленного металла) и предупредить образование подрезов на вертикальной плоскости (из-за стекания с нее расплавленного металла). Это приводит к ограничению катета шва до 6,0…8,0 мм. При наклонном электроде трудно обеспечить глубокий провар корня шва, поэтому при увеличении толщин элементов соединения больше 4,0 мм делают односторонний, а при толщине свыше 12,0 мм — двухсторонний скос кромок (для полного провара сечения).

Наиболее сложна сварка вертикальных, горизонтальных и потолочных швов из-за трудностей удержания ванны от стекания. Вертикальные швы выполняются на подъем, на спуск (первый способ предпочтительнее). При сварке в горизонтальном положении из-за стекания металла возможно образование подрезов по верхней кромке. Поэтому при сварке металла большой толщины делают скос лишь верхней кромки. Наиболее затруднена сварка угловых швов в потолочном положении. Выполнение швов в этом положении требует специальной подготовки сварщика. Поэтому сварку в потолочном положении желательно по возможности избегать.

Одним из недостатков ручной сварки покрытым электродом является относительно низкая производительность. Это связано с тем, что применяемые электроды имеют предел по диаметру. Применение электродов диаметром более 8,0 мм настолько увеличивает массу электрода и держателя, что делает работу сварщика неэффективной из-за его быстрой утомляемости.

В свое время был предложен ряд способов, увеличивающих производительность ручной сварки. Одним из них является сварка лежачим электродом. Для него изготавливается специальный электрод (он имеет большую длину и толщину покрытия, чем обычный). Электрод укладывается на свариваемый стык и прижимается к нему одним или несколькими медными брусками. После подключения к сварочной цепи зажигается сварочная дуга, которая, но мере плавления электрода продвигается по стыку. Возможен вариант, когда из нескольких электродов, соединенных последовательно, собирается секция (по длине всего свариваемого стыка). Но мере окончания плавления одного электрода специальная электрическая схема переключает ток на следующий электрод, обеспечивая непрерывное горение дуги по всей длине стыка. Рассмотренный способ в определенной мере механизирует сварочный процесс. К нему же относится и сварка наклонным электродом.

Иногда для увеличения производительности процесса применяют электроды, содержащие в покрытии железный порошок (из-за большого объема сварочной ванны сварка возможна только в нижнем положении). При оценке технологии ручной сварки той или ИРГОЙ конструкции важными становятся количественные характеристики процесса плавления электрода. С учетом малой плотности тока (10… 12. А/мм2) на производительность расплавления электрода, как это установил В. П. Вологдин, из всех параметров сварки решающее влияние имеет сила тока. Процесс плавления электрода определяется коэффициентом расплавления.

Возможность увеличения силы тока при ручной сварке ограничена. Во время сварки весь стержень электрода (450 мм) находится под током, что вызывает его нагрев джоулевым теплом. Если величина этого нагрева будет чрезмерна, то отдельные компоненты покрытия могут выгорать, покрытие может трескаться, электрод плавиться неравномерно. Поэтому ограничивается температура нагрева стержня для органических покрытий величиной 400 °С, а неорганических −700. °С, что автоматически ограничивает плотность тока. Это и приводит к тому, что коэффициент расплавления при ручной сварке изменяется мало.