double arrow

Термический класс сварки

4.2.1.1. Общие сведения о дуговой сварке (ДС). Впервые дугу для сварки применил Н.Н. Бенардос в 1881 г. (для сварки он использовал дугу между угольным электродом и металлом), а Н. Г.Славянов в 1888 г.предложил дуго­вую сварку металлическим пла­вящимся электродом, которая нашла наибольшее применение среди других способов сварки. При ручной дуговой сварке (РДС) плавящимся электродом (рис. 4.7) дуга 8 горит между стержнем электрода 7 и свариваемым металлом 1 способствует их плав­анию, капли 5 расплавляемого электрода переносятся в свароч­ную ванну 9 через дуговой про­межуток. Вместе со стержнем плавится электродное покрытие 6, создавая газовую защиту 4 во­круг дуги 8 и расплавленного металла, а также жидкую шлаковую ванну, которая вместе с расплавленным металлом образует сварочную ванну. При передвижении дуги металл сварочной ванны затвердевает и превраща­ется в сварной шов 3, на поверхности которого образуется шлаковая корка 2, удаляемая после остывания сварного шва.

Рис. 4.7. Схема сварки металлически покрытым электродом.
Сварочная дуга является устойчивым электрическим разрядом и ионизированной смеси газов и паров материалов, применяемых при сварке. Дуга может гореть при использовании источников питания (ИП) постоянного тока прямой (электрод подключен к отри­цательному полюсу ИП и называется катодом, а изделие — к по­ложительному и называется анодом) и обратной полярности (изделие — катод, а электрод — анод), а также переменного тока про­мышленной частоты.

Возбуждение дуги при ДС производится следующим образом:

1) подача от осциллятора, включенного в сварочную цепь, им­пульса тока высокого напряжения и высокой частоты (U= 2000-3000В; f=15∙104 Гц) с переходом искрового разряда в дуго­вой (используется при аргонодуговой сварке неплавящимся элек­тродом);

2) нагрев газов и паров металлов в дуговом промежутке за счет теплоты, выделяющейся при замыкании электрода и изделия (применяется при сварке плавящимся электродом).

Рис. 4.8. Статическая вольтамперная характеристика.
Электрические свойства дуги описываются статической вольтамперной характеристикой (СВАХ) – зависимость между напряжением и током дуги в состоянии устойчивого горения. Характеристика состоит из трех участков: I – падающая, II – жесткая, III – возрастающая (рис. 4.8).

Самое широкое применение нашла дуга с жесткой характеристикой, когда напряжение практически не зависит от тока: при ручной дуговой сварке, автоматической дуговой сварке под слоем флюса и газоэлектрической сварке. Дуга с падающей характеристикой малоустойчива и имеет ограниченное применение.

У дуги с жесткой характеристикой напряжение UД пропорционально ее длине LД: UД=А+В·LД, где А и В – опытные коэффициенты, зависящие от рода металла и вида газа в дуговом промежутке (для стальных электродов А=10В, В=2В/мм).

При сварке плавящимся (стальным) электродом температура катода составляет 2200-2400°С; анода – 2500-2700°С; в столбе дуги – 5000-6000°С.

4.2.1.2 Источники сварочного тока (ИСТ). Источники тока для питания сварочной дуги должны иметь специальную внешнюю характеристику. Внешней характеристи­кой источника называется зависимость напряжения на его выходных клеммах от тока в электрической цепи. Внешние характери­стики могут быть следующих основных видов: падающая 1, пологопадающая 2, жесткая 3 и возрастающая 4 (рис. 4.9, а). Источ­ник тока выбирают в зависимости от вольтамперной характе­ристики дуги, соответствующей принятому способу сварки.

Рис. 4.9. Внешние характеристики источников сварочного тока (а) и соотношение характеристик дуги и падающей характеристики источника тока при сварке (б).

Источники питания (ИП) для РДС и АДСФ должны иметь падающую или пологую внешнюю характеристику (рис. 4.9, б)– зависимость напряжения на выходных клеммах ИП от тока в сварочной цепи. Режим устойчивого горения дуги определяется точкой С пересечения с СВАХ 6 и источника тока 1. Точка A – режим холостого хода ИП (Uхх =60-80В); точка В – режим неустойчивого горения дуги; точка Д – режим короткого замыкания (UД =0). Источники питания с такими падающими или пологими характеристиками необходимы для обеспечения зажигания дуги и устойчивого ее горения; для сохра­нения практически постоянной ее мощности (колебания длины дуги и соответственно UД не приводят к значительному изменению Iсв) и для ограничения тока короткого замыкания (Iкз ≤1,5 Iсв). Для питания сварочной дуги применяют ИП переменного тока (свароч­ные трансформаторы) и постоянного (сварочные генераторы и вы­прямители постоянного тока).

Сварочные трансформаторы – это понижающие трансформаторы (вторичное напряжение U2 =60-80В), падающая характеристика которых создается за счет повышенного магнитного рассея­ния или включения в сварочную цепь индуктивного сопротивления (дросселя).

Наиболее простую схему имеют свароч­ные трансформаторы с отдельным дросселем (рис. 4.10, а), состоя­щие из двух отдельных частей: понижающего трансформатора 1 и дросселя 2 (переменного индуктивного сопротивления), вклю­ченного последовательно в сварочную цепь (тип СТЭ).

Рис. 4.10. Сварочные трансформаторы: а) типа СТЭ; б) внешняя характеристика трансформатора СТЭ; в) и г) типа ТС и ТД.

Трансформатор снижает напряжение сети до напряжения холостого хода (60—80 В), а дроссель, обладающий повышен­ным индуктивным сопротивлением, служит для получения падаю­щей внешней характеристики (рис. 4.10, б). При прохождении переменного тока через обмотку дросселя 4 (рис. 4.10, а)в ней возбуждаются электродвижущие силы самоиндукции, направлен­ных противоположно основному напряжению. В результате паде­ния напряжения на дросселе источник сварочного тока получает падающую внешнюю характеристику.

Дроссель также служит для плавного регулирования свароч­ного тока путем изменения воздушного зазора 3 в его сердечнике. Так, например, с увеличением зазора индуктивное сопротивле­ние дросселя уменьшается, а сварочный ток увеличивается (рис. 4.10, б, I-III).

Электрическая схема сварочного трансформатора с повышенным магнитным рассеянием представлена на (рис. 4.10, в). Катушкипервичной 6 и вто­ричной 5 обмоток раздвинуты относительно друг друга, что обус­ловливает их повышенное индуктивное сопротивление вследствие появления магнитных потоков рассеяния.

При работе трансформатора (рис. 4.10, в)основной магнитный поток Ф0, создаваемый первичной и вторичной обмотками, замы­кается через железный сердечник 7. Часть магнитного потока ответвляется и замыкается вокруг обмоток через воздушное пространство, образуя потоки рассеяния ФS1 и ФS2. Потоки рас­сеяния индуктируют в обмотках электродвижущую силу, противо­положную основному напряжению. С увеличением сварочного тока увеличиваются потоки рассеяния и, следовательно, возра­стает индуктивное сопротивление вторичной обмотки, что и соз­дает внешнюю падающую характеристику трансформатора.

Для плавного регулирования сварочного тока изменяют рас­стояния между обмотками трансформатора. При сближении обмоток (рис. 4.10, г)происходит частичное взаимное уничтоже­ние противоположно направленных потоков рассеяния ФS1 и ФS2, что уменьшает индуктивное сопротивление вторичной обмотки и увеличивает сварочный ток. Минимальный сварочный ток соот­ветствует наибольшему расстоянию между обмотками и макси­мальным потоком рассеяния (рис. 4.10, в).

Сварочные генераторы – это специальные генераторы, падающая характеристика которых получается изменением магнитного пото­ка генератора в зависимости от Iсв в электрической цепи. Падающая внешняя характеристика генерато­ров обеспечивается спе­циальной схемой включе­ния обмоток возбуждения либо особой конструкцией полюсов статора и якоря. На рис. 4.11 дана схема сварочного генератора с самовозбуждением с парал­лельной намагничивающей 2 и последовательной раз­магничивающей 7 обмот­ками возбуждения (рис. 4.11, а:1 — якорь; 3 — дополнительная и 4 и 5 — основные щетки).

Эти обмотки генератора включены таким образом, что создаваемые ими магнитные потоки направлены навстречу друг другу. При этом намагничивающий поток ФН не зависит от на­грузки, а размагничивающий поток Фрвозрастает по мере уве­личения сварочного тока. Резуль

Рис. 4.11. Сварочные генераторы: а) схема сварочного генератора; б) внешняя характеристика генератора.
тирующий поток ФрезНр и ЭДС с ростом Iсв будут падать, следовательно генератор будет иметь падающую внешнюю характери­стику. Сварочный ток изменяют следующими способами: сту­пенчатого регулирования (рис. 4.11, б – ступени I и II – путем секционирования 6 последовательной обмотки 7 либо смещением щеток по коллектору); плавного регулирования в пределах одной ступени (рис. 4.11, I1-I3) – за счет введения реостата в цепь параллельной намагничивающей обмотки 2.

Сварочные генераторы приво­дятся в действие электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания.

Сварочные выпрямители (рис. 4.12) состоят из трехфазного понижающего трансформатора 1, блока селено­вых или кремниевых выпрямителей 2 и дросселя 3(типов ВСС, ВХС и ВД).

Рис.4.12. Схема сварочного выпрямителя.

Выпрямите­ли имеют трехфазную мо­стовую схему выпрямления, обеспечивающую практическое постоянство выпрямленного напряже­ния. Дроссель служит для получения падающей внеш­ней характеристики. По сравнению с генераторами постоянного тока выпрямители имеют высокие динамические характеристи­ки из-за меньшей электромагнитной инерции. Они обеспечи­вают высокую стабильность горения дуги, особенно на малых токах. Выпрямители просты и надежны в эксплуатации вследствие отсутствия вращающихся частей. Для нормальной работы выпря­мителей требуется интенсивное охлаждение, так как полупроводники нагреваются при работе. Поэтому выпрямители снабжены вентиляторами. Нагрев полупроводников иногда ограничивает мощность выпрямителей.

Сварочные выпрямители с пологопадающей и жесткой внеш­ней характеристиками (типов ВС, ВСН и ИПП) применяют для сварки плавящимся электродом в среде защитных газов.

4.2.1.3. Ручная дуговая сварка (РДС). РДС используется для изготов­ления сварных соединений практически всех типов из металлов толщиной от 2 до 60 мм. При РДС используют сварочные электро­ды, которые подаются в дугу и перемещаются вдоль изделия свар­щиком вручную.

Процесс проведения ручной дуговой сварки описан в разделе дуговая сварка. Схема процесса сварки металлическим покрытым электродом показана на рис. 3.7. В перегретой сварочной ванне протекает ряд металлургиче­ских процессов: испарение или окисление (выгорание) некото­рых элементов, например углерода и легирующих: марганца, крем­ния, хрома и др., а также насыщение расплавленного металла кисло­родом, азотом и водородом из окружающего воздуха. В результате изменяется состав сварного шва по сравнению с электрод­ным и основным металлом, а также понижаются его механические свойства, особенно вследствие насыщения шва кислородом. Для обеспечения заданных состава и свойств шва в покрытие вводят легирующие элементы и элементы-раскислители.

4.2.1.4. Электроды для ручной сварки. Эти электроды пред­ставляют собой проволочные стержни с нанесенными на них покры­тиями. Стержень электрода изготовляют из специальной сварочной проволоки повышенного качества. ГОСТ2246-70 на стальную сва­рочную проволоку предусматривает 56 марок проволоки диаметром 0,3-12 мм. Все марки сварочной проволоки в зависимости от состава разделяют на три группы: углеродистую (Св-08; Св-10ГС и др.), легированную (Св-18ХМА; Св-10Х5М и др.) и высоко­легированную (Св-06Х19Н10М5Т; Св-07Х25Н13 и др.). В марках проволоки «Св» обозначает слово «сварочная».

Сварочную проволоку используют для изготовления стержней покрытых электродов, а также при автоматической дуговой сварке под флюсом, сварке плавящимся электродом в среде защитных газов и как присадочный материал при сварке неплавящимся электродом и газовой сварке.

Электроды классифицируют по следующим признакам: типу покрытия, химическому составу жидкого шлака, назначению.

По типу покрытия электроды подразделяют на элек­троды со стабилизирующим, защитным или легирующим покрытиями (качественными).

Стабилизирующие повышают стабильность горения дуги. В качестве стабилизирующих веществ применяют соеди­нения калия, натрия, кальция, бария (силикаты натрия и калия, поташ, мел, мрамор). Газообразующие составляющие образуют при нагреве защитные газы вокруг дуги. К газообразующим отно­сятся органические вещества и карбонаты (крахмал, оксицеллюлоза, мрамор, магнезит). Шлакообразующие составляющие при расплавлении образуют жидкий шлак на поверхности сва­рочной ванны. Шлак служит для защиты расплавленного металла от воздействия воздуха, а также является средой, через которую осуществляется раскисление и легирование наплавленного металла. Для получения шлака в покрытия вводят марганцевую руду, полевой шпат, плавиковый шпат, мрамор, рутил и др. Раскисляю­щие составляющие предназначены для восстановления окислов, находящихся в сварочной ванне. В качестве раскислителей в ряде случаев применяют ферросплавы: ферромарганец, ферросилиций и др. Из жидкого шлака раскислители переходят в расплавлен­ный металл, восстанавливают окислы и в виде нерастворимых окислов самого раскислителя снова возвращаются в шлак.

Легирующие составляющие служат для получения наплав­ленного металла требуемых химического состава и механических свойств.

Легирующими составляющими в покрытии являются ферро­хром, ферромолибден, ферротитан и др.

В качестве связующего в основном применяют жидкое натрие­вое стекло связы­вает порошкообразные составляющие покрытия в обмазочную массу, а после просушивания и прокалки придает покрытию электродов необходимую прочность.

По химическому составу жидких шлаков элек­тродные покрытия можно подразделить на кислые и основные. В состав кислых покрытий входят: SiO2 (оксид кремния), марганцевая руда, полевой шпат, рутил (природный минерал, состоящий в основном из двуокиси титана) и т. п. Электроды с кислыми покрытиями применяют для сварки углеродистых и низколегированных сталей. В шлаках основных покрытий преобладает окись кальция (СаО). Основные шлаки обеспечивают достаточно хорошее раскисление и позволяют вво­дить в металл шва значительные количества легирующих элемен­тов. В состав основных покрытий входят мрамор, плавиковый шпат (CaF2) и ферросплавы. Электроды с основным покрытием (фтористокальциевым) используют для сварки легированных и высоколегированных сталей.

По назначению стальные электроды в соответствии с ГОСТ9486-75 подразделяют на следующие четыре класса: для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей; для сварки теплоустойчивых сталей; для сварки высо­колегированных сталей; для наплавки поверхностных слоев с осо­быми свойствами.

Согласно ГОСТ 9467-75 электроды для сварки конструкцион­ных сталей (Ст3, 45, З0ХГСА и др.) подразделяют на типы Э34, Э42,..., Э145 в зависимости от механических свойств наплавлен­ного металла. Цифры в обозначении типа электрода означают прочность наплавленного металла в кгс/мм2. Электроды для сварки теплоустойчивых сталей (12ХМ, 15ХМ, 20ХМФ и др.) подразделяют на типы Э-ХМ, Э-ХМФБ и др. в зависимости от хи­мического состава наплавленного металла. Буквы М, X, Ф и Б означают легирование соответственно молибденом, хромом, вана­дием и ниобием, повышающими теплоустойчивость сварного шва.

Электроды для сварки высоколегированных сталей (0Х18Н9Т, Х25Н20С2, Х17 и др.) согласно ГОСТ 10052—75 классифицируют по структуре и составу металла сварного шва. Так, например, электроды ЭА-ЗМ6, ЭА-2Б и др. являются электродами аустенитного типа (А – аустенитный) с добавками молибдена, ниобия и других элементов.

Обозначение наплавочных электродов согласно ГОСТ10051-75 соответствует химическому составу наплавки и ее твердости по Роквеллу. Буква У означает содержание углерода в десятых долях процента. Например, ЭН-У30Х28С4Н4-50 – электроды на­плавочные (ЭН), дающие наплавку, содержащую 3%С и другие легирующие элементы в соответствии с маркой, и обладающие твердостью 50HRC. Такие электроды применяют для наплавки на поверхность деталей, испытывающих при работе сильный абразивный износ при нормальной и повышенной температурах (до 500°С; скребки скреперов, лопасти смесительных машин и т. д.).

Помимо типа электрода, важной характеристикой является его марка, которая определяет состав покрытия (УОНИ-13/45, ЦЛ-18, ЦЛ-11, ЦЛ-10 и т. д.). Марка электрода характеризует также его технологические свойства: род и полярность тока, воз­можность сварки в различных пространственных положениях и др.

Режим ручной дуговой сварки. Основным параметром режима ручной дуговой сварки является сила свароч­ного тока. Ток (в А)выбирают в зависимости от диаметра и типа металла электрода:

,

где k – опытный коэффициент, равный 40-60 для электродов со стержнем из низкоуглеродистой стали и 35-40 для электро­дов со стержнем из высоколегированной стали, А/мм; dэ – диа­метр электрода, мм.

Диаметр электродов выбирают исходя из толщины стали δ:

δ, мм 1-2 3-5 4-10 12-24 и более
dэ, мм 2-3 3-4 4-5 5-6

При толщине стали до 6 мм сваривают по зазору без разделки кромок заготовок. При больших толщинах делают односторон­нюю или двустороннюю разделки кромок под углом 60°. Разделка необходима для обеспечения полного провара по толщине. При толщине свыше 10 мм сваривают многослойным швом.

Ручную дуговую сварку довольно широко применяют в про­изводстве металлоконструкций для самых различных металлов и сплавов малых и средних толщин (2—30 мм). Она все еще остается незаменимой при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы. Ручная сварка обеспечивает хорошее качество сварных швов, но обладает более низкой производительностью по сравнению с автоматической дуговой сваркой под флюсом из-за ограничения величины сварочного тока. Поэтому ее постепенно заменяют полуавтоматической в атмосфере защитных газов.

4.2.1.5. Автоматическая дуговая сварка под флюсом (АДСФ). При этом спо­собе используют процесс, отличающийся от ручной сварки покры­тыми электродами следующим: сварку ведут непокрытой элек­тродной проволокой, дугу и сварочную ванну защищают флю­сом, подача и перемещение электродной проволоки механизиро­ваны.

Схема процесса авто­матической сварки под флюсом показана на рис. 4.13.

Рис. 4.13. Автоматическая дуговая сварка под слоем флюса (АДСФ).
Дуга 10 горит между электродной проволокой 3 и основным металлом 8. Столб дуги и металличе­ская ванна жидкого ме­тала 9 со всех сторон плотно закрыты слоем флюса 5 толщиной 30-50 мм. Часть флюса, ок­ружающего дугу, расплав­ляется, образуя на поверхности расплавленного металла ванну жидкого шлака 4. Для сварки под флюсом характерно глубокое проплавление основного металла. Действие мощной дуги и весьма быстрое движение электрода вдоль заготовки обусловливают оттеснение расплавленного металла в сторону, противоположную направлению сварки. По мере поступательного движения элек­трода происходит затвердевание металлической и шлаковой ванн с образованием сварного шва 7, покрытого твердой шлаковой коркой 6. Электродную проволоку подают в дугу и перемещают ее вдоль шва механизированным способом с помощью механиз­мов подачи 2и перемещения. Ток к электроду поступает через токопродвод 1 (вылет электрода, находящегося под током, равен 40-50мм, что позволяет использовать большие сварочные токи и сваривать металл толщиной до 20мм за один проход без разделки кромок).

АДСФ применяют в заводских и монтажных условиях для сварки швов большой протяженности в нижнем положении и кольцевых поворотных швов. Сваривают стали, алюминий, ти­тан, медь и их сплавы толщиной от 2 до 300мм.

Преимуществами АДСФ являются: высокая производитель­ность (в 5-10 раз выше, чем при РДС) благодаря применению больших токов, большей глубины проплавления, отсутствию потерь металла на угар и разбрызгивание, а также механизации процесса; высокое качество сварных швов за счет хорошей за­щиты металла в процессе сварки и равномерного их формирова­ния; улучшение условий труда сварщиков и др. Недостатки АДСФ заключаются в трудности сварки коротких швов, а так­же швов, расположенных в сложных пространственных положе­ниях и труднодоступных местах.

Флюсы для автоматической сварки клас­сифицируют по способу изготовления, химическому составу и назначению. Но способу изготовления флюсы разделяют на плавленые и неплавленые. Неплавленые флюсы подразделяют на керамические и спеченые. Плавленые флюсы приготовляют путем сплавления исходных компонентов в электропечах. После полу­чения стекловидной массы производят ее грануляцию на частицы диаметром 1-3мм. Керамические флюсы приготовляют из по­рошкообразных компонентов путем замеса их на жидком стекле, гранулирования и последующего прокаливания, спеченные – путем спекания компонентов без их расплавления.

Исходными материалами плавленых флюсов для сварки ста­лей (ГОСТ9087-69) являются марганцевая руда, кремнезем, полевой и плавиковый пшаты и другие компоненты. Большинство плавленых флюсов (марганцевые, высококремнистые) дают жидкие шлаки, содержащие большое количество окислов марганца и крем­ния (МnО и SiО2). Эти шлаки имеют кислый характер. При сварке в их присутствии происходят процессы окисления углерода, железа и легирующих элементов. Образующаяся FeO связыва­ется в кислом шлаке в нерастворимый силикат и, следовательно, удаляется из металлической ванны. В свою очередь, ванна обога­щается кремнием и марганцем.

Марганцевые высококремнистые флюсы применяют для сварки углеродистых и низколегированных сталей соответствующими сварочными проволоками; низкокремнистые флюсы с повышенным содержанием CaO, MgO и CaF2, шлаки которых имеют слабокислый характер, — для сварки легированных сталей. Для сварки высоколегированных сталей с большим содержанием таких легкоокисляющихся легирующих элементов, как хром, молибден, титан, алюминий и др., применяют безкремнистые флюсы на основе соеди­нений CaO, GaF2 и А12О3 и бескислородные фторидные флюсы, состоящие из 60-80% CaF2. Шлаки этих флю­сов имеют основной или нейтральный характер. Состав флюсов сказывается на их технологических свойствах. Флюсы с высоким содержанием SiО2 обеспечивают хорошее формирование шва, легкую удаляемость шлака, высокую плотность сварного шва и т. п. При отсутствии или малом количестве SiО2 в шлаке воз­можны образование пор в шве и плохая отделяемость шлака от его поверхности.

Основу керамических флюсов составляет мрамор, плавиковый шпат или фториды и хлориды щелочноземельных металлов. В них также входят ферросплавы сильных раскислителей (кремния, титана, алюминия) и легирующих элементов и чистые металлы. Шлаки керамических флюсов имеют основной или пассивный характер и обеспечивают получение в металле шва заданное со­держание легирующих элементов. Керамические флюсы приме­няют при сварке легированных сталей, цветных металлов и их сплавов.

Дуговую сварку под флюсом выполняют сварочными авто­матами: сварочными головками или самоходными тракторами, перемещающимися непосредственно по изделию. Основным назна­чением сварочных автоматов является подача электродной про­волоки в дугу и поддержание постоянного режима сварки в тече­ние всего процесса. Последнее необходимо для обеспечения оди­наковых размеров и неизменного качества всего сварного шва.

4.2.1.6. Дуговая сварка в защитных газах. В этом случае дуга горит в струе газа, подаваемого через сварочную горелку и защищаю­щего расплавленный и остывающий металл от вредного воздей­ствия газов воздуха.

Аргонодуговая сварка (ДАС) неплавящимся вольфрамовым элек­тродом в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах используется для сварки активных металлов (Al, Mg) и легирован­ных сталей толщиной от 0,5 до 3мм без присадочного металла, а при толщине от 3 до 60мм – с присадочным металлом (рис.4.14, а, б).

Рис. 4.14. Разновидности сварки в защитных газах: 1 – присадочный пруток или проволока; 2 – сопло; 3 – токопроводящий мундштук; 4 – корпус горелки; 5 – направляющийся вольфрамовый электрод; 6 – рукоять горелки; 7 – атмосфера защитного газа; 8 – сварочная дуга; 9 – ванна расплавленного металла; 10 – кассета с проволокой; 11 – механизм подачи; 12 – плавящийся металлический электрод (сварочная проволока).
Сварку в среде защитных газов плавящимся электродом проводят с использованием больших сварочных токов в автоматическом и полуавтоматическом режимах. Для Al, Mg, Ti, Сu и их сплавов, а также для легированных сталей в качестве защитной среды приме­няется аргон (рис. 4.14, в), а для низкоуглеродистых и низколегированных сталей — углекислый газ (рис. 4.14, в, г). При сварке в углекислом газе необходимо исполь­зовать сварочную проволоку, содержащую раскислители Мn и Si (Св-10Г2СА и др.). Сварку, как правило, осуществляют на постоянном токе обратной полярности (плюс на электрод, а минус на заготовку).

4.2.1.7. Сварка и обработка материалов плазменной струей. Плазменная струя представляет собой направленный поток ионизированных частиц газа, получаемого при продувании через столб электрической дуги. Плазменная струя имеет температуру 10000-20000°К. Плазменную струю, как высокотемпературный и концентрированный источник теплоты широко применяют для сварки и других видов обработки материалов.

Различают два типа плазменной струи: выделенную из дуги и совпадающую со столбом дуги (рис. 4.15).

В плазматронах первого типа (рис. 4.15, а) дуга 1 горит между неплавящимся вольфрамовым электродом 2 и соплом 5, к которому подключен поло-жительный полюс источника тока. По каналу 4 через столб дуги пропускается плазмообра

Рис. 4.15. Схемы получения плазменной струи, выделенной из дуги (а) и совмещенной с дугой (б).
зующий газ, который ионизируется и из сопла выходит ярко светящаяся плазменная струя 6. Электрод 2 изолирован от корпуса горелки керамической втулкой 3.

Плазменная струя представляет собой независимый источник теплоты от природы обрабатываемого материала, поэтому его можно использовать для обработки электропроводных и неэлектропроводных материалов.

В плазматронах второго типа (рис. 4.15, б) устройство такое же как и первого типа. Они так же имеют изолированный от электрода совмещенный канал корпуса 4 и сопла 5, но плазменная дуга горит между электродом 2 и электропроводной заготовкой 7. Плазменную дугу зажигают с помощью осциллятора. Для этого к соплу подведен токопровод через сопротивление от положительного полюса источника. В качестве плазмообразующего газа, как правило, используют аргон, который обеспечивает устойчивость процесса образования плазмы, предохраняет электрод, канал и сопло от быстрого износа, а также служит защитной средой для обрабатываемого материала. Для получения мощной плазменной струи последнего типа используемого для резки, применяют двухатомные газы (водород или азот).

Плазменная струя обладает большими технологическими возможностями: эффективную тепловую мощность можно регулировать в широких пределах путем повышения или понижения сварочного тока и расходом плазмообразующего газа, возможность обрабатывать неэлектропроводные материалы.

4.2.1.8. Электрошлаковая сварка (ЭШС). ЭШС – способ сварки плавле­нием, при котором для плавления металла используется теплота, выделяющаяся при прохождении электрического тока через элек­тропроводный шлак (расплавленный флюс). В начале процесса воз­буждают дугу, с помощью которой расплавляют флюс, засыпаемый в полость, образованную кромками свариваемых деталей 6, ползунов 7и вводной технологической планкой 9(рис. 4.16).

После образования шлаковой ванны 3дуга гаснет и процесс дуговой переходит в электрошлаковый. В нагретом до 2000°С шлаке плавится электрод 4, подаваемы с помощью мундштука и оплавляются кромки свариваемых деталей, уста­навливаемых с зазором 20-50мм. Для формирования сварного шва 8 и удержания шлаковой и металлической ванн 2 от вытекания используют – медные ползуны, охлаждаемые водой 1и перемещающиеся вместе со сварочным аппаратом по боковым поверхностям деталей. Кристаллизующийся в нижней части метал­лической ванны металл образует сварной шов.

Сварку заканчивают на выходной планке 10. Вводную и выходную планки применяют для устранения дефектов. В начале шва – непровар кромок, в конце шва – усадочная раковина и неметаллические включения.

Рис. 4.16. Схемы электрошлаковой сварки.
Главное преимущество ЭШС – возможность сварки за один проход металла (сталей, алюминиевых и титановых сплавов) практически любой толщины (от 20 до 2000-3000мм), поэтому производи­тельность ЭШС в 5-15 раз выше, чем у АДСФ. ЭШС позволяет вы­полнять вертикальные швы, а также кольцевые (при этом сваривае­мые детали – обечайки – вращаются на специальном роликовом стенде относительно неподвижных сварочного аппарата и ползунов).

4.2.1.9. Газовая сварка (ГС). ГС – способ сварки плавлением, при кото­ром металл в сварочной ванне нагревается пламе­нем газа (ацетилена, метана), сжигаемого для этой цели в смеси с кислородом в свароч­ных горелках (рис.4.17, а, б).

а) б)

Рис. 4.17. а) схема газовой сварки: 1 – свариваемые заготовки; 2 – присадочный пруток; 3 – горелка; 4 – сварочное пламя; б) схема газосварочной горелки: 1 – мундштук; 2 – наконечник; 3 – камера смешения; 4 – камера разряжения; 5 - инжектор; 6 – вентиль подачи кислорода; 7 – вентиль подачи ацетилена.

Преиму­щество ГС – это ее универсальность. С по­мощью ГС можно сваривать металлы различной толщины с различными свойствами (стали, чугуны, цветные металлы). Недостатками ГС являются трудность автоматизации процесса и длительное тепловое воздействие на металл, что приводит к изменению структуры и формы сварного соединения.

4.2.1.10. Резка металлов. Резка металлов – отделение частей (заготовок) от сортового или листового металла способами кислородной с помощью газокислородного резака (рис. 4.18), дуго­вой и воздушно-дуговой резки.

Рис. 4.18. Схема газокислородного резака: 1 – подогревающее пламя; 2 – режущая струя; 3 – мундштук резака; 4 – трубка для подачи режущего кислорода.

Кислородная резка – процесс сгорания металла в струе кисло­рода. Процесс резки начинается с нагрева металла в начальной точке реза до температуры, достаточной для воспламенения в кис­лороде с помощью подогревающего пламени, затем на нагретое место направляют струю чистого кислорода, который принято на­зывать «режущим». «Режущий» кислород вызывает интенсивное окисление верхних слоев металла, которые, сгорая, выделяют до­полнительное количество теплоты и нагревают лежащие ниже слои металла, в результате чего процесс горения металла в кислороде распространяется по всей толщине металла. Образующиеся при сгорании металла оксиды увлекаются струей «режущего» кислорода и выдуваются ею из зоны реза. Кислородная резка применима лишь для тех металлов, у которых: температура воспламенения ниже температуры плавления; температура плавления оксидов ме­талла ниже температуры плавления самого металла; оксиды жидкотекучи; количества теплоты, выделяющейся при сгорании металла в кислороде, достаточно для поддержания непрерывного процесса резки; малая теплопроводность. Этим условиям удовлетворяют же­лезо и малоуглеродистые стали. Для резки легированных сталей применяют кислородно-флюсовую резку. Флюс (порошок железа) сгорает в струе кислорода и повышает температуру в зоне реза на­столько, что образующиеся тугоплавкие оксиды остаются в жидком состоянии и, будучи разбавлены продуктами сгорания железа, да­ют жидкотекучие, легко удаляемые шлаки.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: