Вопрос №4 Ручная электродуговая сварка и наплавка стальных, чугунных деталей, деталей из алюминиевых сплавов

Оборудование и электроды для ручной сварки и наплавки

В качестве источников питания электроэнергией при электродуговой сварке и наплавке применяют сварочные трансформаторы типа ТДМ-30У2, ТДЭ-30У2. Первое число в обозначении трансформатора указывает величину рабочего сварочного тока в десятках Ампер. Последующие за цифрой буквы означают климатические условия применения трансформатора: У – умеренный климат; УХЛ – умеренно холодный. Последняя цифра конкретизирует условия эксплуатации трансформатора: 1 – эксплуатация на открытом воздухе; 2 – под навесом; 3 – в закрытом помещении; 4 – в отапливаемом помещении; 5 – в помещениях с повышенной влажностью.

Кроме сварочных трансформаторов используют сварочные агрегаты и выпрямители. Сварочный агрегат состоит из сварочного генератора и двигателя (в том числе внутреннего сгорания), вращающего генератор. Наибольшее распространение имеют сварочные агрегаты типа АДБ-30У1, АДД-30У1.

Выпрямители, по существу, также являются агрегатами, куда объединены трехфазный понижающий трансформатор и блок выпрямителей (селеновых, кремниевых, германиевых). Для ручной электродуговой сварки (наплавки) применяются выпрямители типа ВД-30У3.

При сварке трещин, поломок обычно применяют сварочные электроды, которые подразделяются на ряд типов от Э-34 до Э-145. Например, электроды типа Э-42 дают соединение, имеющее временное сопротивлению разрыву, равное 420 кПа (42 кГС/мм²).

К каждому типу может относиться несколько марок электродов. К типу Э-42 относятся электроды ЦМ-8; УОНИ-13/45П, ОЗС-3. К типу Э-46 – электроды ОЗС-4, ОЗС-6; АНО-3; АНО-4. К типу Э-50 – электрод УОНИ-13/55 и т. д.

Перечисленные типы электродов применяют для сварки конструкционных мало- и среднеуглеродистых и малолегированных сталей. Стержни всех электродов изготовлены из проволоки (Св-08) диаметром от 1,6 до 12 м. Типы и марки электродов отличаются друг от друга покрытием. Электроды с тонким (0,15–0,30мм на сторону) меловым покрытием, состоящим из 70…80% молотого мела и 20…30% жидкого стекла, относятся к типу Э-34. Остальные типы и марки электродов имеют качественное толстое покрытие (0,25–0,35)d, которое кроме стабилизирующих содержит защитные шлако- и газообразующие, раскисляющие, а иногда и легирующие элементы.

Условные обозначения типов составов толстых покрытий: А – кислые; Б – основные; Р – рутиловые; Ц – целлюлозные; П – прочие.

Полное обозначение электрода содержит последовательно марку и тип электрода, его диаметр, вид состава покрытия и номер ГОСТа.

Например, электрод (ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75) имеет следующие обозначения: Э-46А – тип электрода по ГОСТ 9467-75; УОНИ – марка электрода; 3,0 – диаметр стержня; У – предназанчены для сварки углеродистых и низколегированных сталей по ГОСТ 9466-75; Д – с толстым покрытием; 2 – вторая группа точности.

В знаменателе обозначения электрода указана группа индексов: Е-43 2(5) по ГОСТ 9467-75, конкретизирующих следующие характристики: временное сопротивление разрыву металла шва не менее 430 ; относительное удлинение не менее 22%; ударная вязкосмть 3,5 при минимальной температуре – 40⁰С; Б – с основным покрытием; 1 – для сварки во всех пространственных положениях; 0 – на постоянном токе обратной полярности.

По свариваемости стали делят на четыре группы: хорошо свариваемые – стали с малым содержанием углерода; удовлетворительно свариваемые – углеродистые и низколегированные стали с содержанием углерода 0,3…0,4%; ограниченносвариваемые углеродистые и низколегированные стали с содержанием углерода 0,45….0,50%; плохо свариваемые с содержанием углерода более 0,55%.

При сварке деталей из удовлетворительно, ограниченно и плохо свариваемых сталей их предварительно нагревают соответственно до температуры в ⁰С: 100…150; 150…250; 250…400. При сварке таких сталей возможен отпуск при температуре 600…650 ⁰С в течение 2 ч. Существует ряд типов наплавочных электродов, обозначаемых буквами ЭН, например ЭН-14Г2Х-30, что означает: электрод наплавочный, содержащий 0,14% углерода, 2% марганца, 1% хрома, твердость наплавляемого слоя 30 HRC. Сварку тонкостенных деталей ведут на токе обратной полярности («–» на деталь), т. к. температура на «+» на 500…600 ⁰С выше, чем на «–». Массивные детали сваривают переменным током.

Сварка и наплавка чугунных деталей связана со значительными трудностями. Из-за быстрого охлаждения шва происходит отбел чугуна, т. е. значительная часть углерода не успевает выделиться в виде графита и чугун кристаллизуется в виде белого чугуна-цементита, представляющего собой химическое соединение углерода с железом (Fe₃C). Это придает шву высокую твердость и хрупкость и способствует образованию трещин.

Горячий способ сварки чугуна обеспечивает наилучшее качество сварного шва, применяется для ответственных деталей. Сварку деталей с предварительным подогревом до 500–700 ⁰С условно называют горячей; при подогреве до 250–450 ⁰С – полугорячей, а без подогрева – холодной; при этом детали нагревают в горнах или печах (муфельных, электрических). При горячем способе соблюдают условие равномерного нагрева всей детали; при полугорячем осуществляют местный нагрев. После сварки деталь снова нагревают до 870–920 ⁰С и медленно охлаждают вместе с печью.

При электросварке с подогревом применяют специальные электроды, например марки ОМЧ-1, а также чугунные прутки с флюсами ФСЧ-1 или ФСЧ-2.

Холодная сварка чугунных деталей может производиться постоянным и переменным током. Во время сварки постоянным током дуга горит более устойчиво, причем на положительном полюсе выделяется больше тепла, чем на отрицательном. Если необходимо увеличить глубину плавления и количество расплавленного металла, то процесс ведут на прямой полярности. Деталь небольшой толщины сваривают при обратной полярности.

При переменном токе на электродах выделяется примерно одинаковое количество тепла.

Холодная сварка чугуна может производиться электродами из малоуглеродистой стали с меловой обмазкой.

Применяют биметаллические электроды, состоящие из медного сердечника, обернутого жестью толщиной 0,25–0,30 мм, покрытого меловой обмазкой.

Холодную сварку чугуна рекомендуется вести на постоянном токе при обратной полярности, применяя электроды малого диаметра ( мм). Величину тока устанавливают пониженную, принимая .

Холодную сварку чугуна следует вести короткими швами длиной 40…50 мм с промежуточным охлаждением швов до 50…60 ⁰С.

Холодную электросварку чугунных деталей можно вести следующими присадочными материалами и электродами: а) чугунными прутками и электродами марок Б, НЧ-1, НЧ-2, ОМЧ-1, МСТ и др.; б) стальными электродами из проволоки Св-08 с меловым покрытием или УОНИ-13/55 и др.; в) комбинированными и пучковыми электродами – ОЗЧ-1 (медный стержень с покрытием УОНИ-13/55, в которое добавлен железный порошок), АНЧ-1 (проволока из хромо-никелевой стали 04Х18Н9 с медной оболочкой и защитным покрытием); г) монелевыми прутками или электродами; монель-металл – это медно-никелевый сплав: медь 30%, никель 65%, марганец 1,5…2,0% и железо 3,0…3,5%; электроды МНЧ-1 имеют монелевый стержень с покрытием УОНИ-13/55.

Сварка деталей из алюминия и его сплавов

Затруднена тем, что алюминий плохо сплавляется с присадочным металлом из-за наличия на поверхности тугоплавкой пленки Al₂O₃, которая плавится при температуре 2050 ⁰С, в то время как температура плавления алюминия 658 ⁰С. Кроме того, сварка алюминия и его сплавов затруднена из-за большой жидкотекучести расплавленного металла, трудности определения начала плавления, а также склонности к образованию трещин.

Разрушение окисной пленки при сварке алюминия достигается применением флюсов либо механическим путем. Самый распространенный из применяемых флюсов является флюс АФ-4А, который содержит 28% хлористого натрия, 50% хлористого калия, 14% хлористого лития и 8% фтористого натрия. Флюс разрыхляет окисную пленку и переводит в шлак. Флюс в виде покрытия толщиной 0,5…1,0 мм наносится на электродные прутки.

Для сварки чистого алюминия применяются электроды ОЗА-1, а для сварки его сплавов – ОЗА-2. Электросварку алюминия следует проводить на постоянном токе обратной полярности короткой дугой без перерыва. Силу тока выбирают в зависимости от диаметра электрода (для диаметров 4, 5, 6 мм – соответственно 110…140; 140…170; 180…240 А).

Сваривать алюминий и его сплавы можно также угольным или графитовым электродом с присадочным материалом.

В качестве присадочного материала применяют проволоки СВ-АВ00, Св-1А, Св-АК5, СВ-АМЦ, Св-АМг5 и др.

Деталь после очистки нагревают до 200…300 ⁰С (чтобы избежать коробление) и на кромки трещин насыпают слой флюса. Присадочный материал рекомендуется также подогреть. После сварки детали из алюминия и его сплавов следует медленно охлаждать в термосе, а потом тщательно очистить от остатков флюса, шлака горячей или подкисленной водой.

Чтобы избежать проплавления («проваливания») металла при заварке трещин в пустотелых деталях, их набивают песком.

Существуют методы сварки в среде защитного газа – например, аргоне, т. е. без использования флюсов. При этом могут использоваться неплавящиеся вольфрамовые электроды, может использоваться как постоянный ток обратной полярности, так и переменный ток.