Таблица 2.2. Режимы ручной дуговой сварки стыковых соединений (в нижнем положении) листовой стали

Нап­ря­жение ду­ги при руч­ной ду­говой свар­ке из­ме­ня­ет­ся от 20 до 36 В и при рас­че­тах ре­жима не рег­ла­мен­ти­ру­ет­ся. Руч­ную свар­ку мож­но про­водить во всех прос­транс­твен­ных по­ложе­ни­ях шва, од­на­ко пред­почти­тельнее свар­ка в ниж­нем по­ложе­нии.

2.9Способы выполнения швов

Тех­но­логия руч­ной ду­говой свар­ки пре­дус­матри­ва­ет вы­пол­не­ние сле­ду­ющих опе­раций: воз­бужде­ние ду­ги, пе­реме­щение элек­тро­да в про­цес­се свар­ки, по­рядок на­ложе­ния швов в за­виси­мос­ти от осо­бен­ностей свар­ных со­еди­нений.

В про­цес­се свар­ки не­об­хо­димо под­держи­вать пос­то­ян­ную дли­ну ду­ги. Длин­ная ду­га спо­собс­тву­ет бо­лее ин­тенсив­но­му окис­ле­нию и азо­тиро­ванию рас­плав­ля­емо­го ме­тал­ла, уве­личи­ва­ет раз­брыз­ги­вание, а при свар­ке пок­ры­тыми элек­тро­дами ос­новно­го ти­па при­водит к по­рис­тости ме­тал­ла.

Для об­ра­зова­ния свар­но­го шва элек­тро­ду при­да­ет­ся слож­ное дви­жение в трех нап­равле­ни­ях. Во-пер­вых, это пос­ту­пательное дви­жение элек­тро­да в нап­равле­нии его оси со ско­ростью его плав­ле­ния, что обес­пе­чива­ет под­держа­ние оп­ре­делен­ной дли­ны ду­ги. Во-вто­рых, это дви­жение элек­тро­да вдоль оси шва со ско­ростью свар­ки. В ре­зульта­те этих двух дви­жений об­ра­зу­ет­ся уз­кий, ши­риной не бо­лее 1,5 ди­амет­ра элек­тро­да, так на­зыва­емый ни­точ­ный шов. Та­кими шва­ми сва­рива­ют тон­кий ме­талл, а так­же ко­рень шва при мно­гос­лойной (мно­гоп­ро­ход­ной) свар­ке. В-третьих, это ко­леба­ние кон­ца элек­тро­да пер­пенди­куляр­но оси шва, ко­торое не­об­хо­димо для об­ра­зова­ния ва­лика оп­ре­делен­ной ши­рины, хо­роше­го про­вара кро­мок и за­мед­ле­ния ос­ты­вания сва­роч­ной ван­ны. Ко­леба­тельные дви­жения элек­тро­да пер­пенди­куляр­но оси шва (рис. 2.8) мо­гут быть раз­личны­ми (в за­виси­мос­ти от фор­мы, раз­ме­ров и по­ложе­ния шва в прос­транс­тве).

Рис. 2.8.Направление колебательных движений электрода перпендикулярно оси шва при ручной дуговой сварке:
а, б — обычный режим сварки; в, г — сварка с усиленным прогревом кромок

При об­ры­ве ду­ги в ме­тал­ле об­ра­зу­ет­ся кра­тер, яв­ля­ющийся мес­том скоп­ле­ния не­метал­ли­чес­ких вклю­чений и пре­иму­щес­твен­но­го за­рож­де­ния тре­щин. В свя­зи с этим при пов­торном за­жига­нии ду­ги, нап­ри­мер при сме­не элек­тро­да, сле­ду­ет пе­реп­ла­вить зас­тывший ме­талл кра­тера и только пос­ле это­го про­дол­жить про­цесс свар­ки. За­кан­чи­ва­ют свар­ку за­вар­кой кра­тера. Для это­го элек­трод дер­жат не­под­вижно до ес­тес­твен­но­го об­ры­ва ду­ги или быс­тро уко­рачи­ва­ют ду­гу вплоть до час­тых ко­рот­ких за­мыка­ний, пос­ле че­го ее рез­ко об­ры­ва­ют.

При свар­ке встык без ско­са кро­мок шов дол­жен иметь не­большое уши­рение с од­ной или с двух сто­рон сты­ка. Сты­ковые со­еди­нения со ско­сом од­ной или двух кро­мок сва­рива­ют од­но- или мно­гос­лойны­ми шва­ми. При свар­ке од­нослойным швом ду­гу воз­бужда­ют на краю ско­са кром­ки, а за­тем, пе­ремес­тив ее вниз, про­вари­ва­ют ко­рень шва. На ско­сах кро­мок дви­жение элек­тро­да за­мед­ля­ют, что­бы луч­ше их про­варить. При пе­рехо­де ду­ги с од­ной кром­ки на дру­гую ско­рость дви­жения элек­тро­да уве­личи­ва­ют во из­бе­жание про­жога в за­зоре меж­ду кром­ка­ми.

Свар­ку мно­гос­лойных швов на­чина­ют, тща­тельно про­вари­вая ко­рень шва элек­тро­дом ди­амет­ром не бо­лее 4 мм, а пос­ле­ду­ющие швы нап­лавля­ют уши­рен­ны­ми ва­лика­ми, ис­пользуя элек­тро­ды больше­го ди­амет­ра. Чис­ло сло­ев при свар­ке сты­ковых швов вы­бира­ет­ся по сле­ду­юще­му со­от­но­шению:

Тол­щи­на лис­та, мм	1—5	6	8	10	12	14	16	18
Чис­ло сло­ев	1	2	2—3	3—4	4	4—5	5—6	5—6

Свар­ку со­еди­нений от­ветс­твен­ных конс­трук­ций большой тол­щи­ны (бо­лее 25 мм) в слу­чае по­яв­ле­ния объем­ных нап­ря­жений и воз­раста­ния опас­ности об­ра­зова­ния тре­щин вы­пол­ня­ют с при­мене­ни­ем спе­ци­альных при­емов за­пол­не­ния швов бло­ками или кас­ка­дом (рис. 2.9). При свар­ке кас­ка­дом сна­чала в раз­делку кро­мок нап­лавля­ют пер­вый слой не­большой дли­ны 200…300 мм, за­тем вто­рой слой, пе­рек­ры­ва­ющий пер­вый и име­ющий при­мер­но в 2 ра­за бо́льшую дли­ну. Тре­тий слой пе­рек­ры­ва­ет вто­рой; он длин­нее его на 200…300 мм. Так нап­лавля­ют слои до тех пор, по­ка на не­большом учас­тке над пер­вым сло­ем раз­делка не бу­дет за­пол­не­на. За­тем от это­го учас­тка свар­ку ве­дут в раз­ные сто­роны ко­рот­ки­ми шва­ми тем же спо­собом. Та­ким об­ра­зом, зо­на свар­ки все вре­мя на­ходит­ся в го­рячем сос­то­янии, что пре­дуп­режда­ет по­яв­ле­ние тре­щин. При блоч­ном ме­тоде ис­пользу­ют об­ратнос­ту­пен­ча­тую свар­ку, при ко­торой мно­го­слойный шов вы­пол­ня­ют от­дельны­ми учас­тка­ми с пол­ным за­пол­не­ни­ем каж­до­го из них.

Рис. 2.9.Способы заполнения разделки кромок:
а, б — соответственно односторонним и двусторонним каскадами; в — блоками

Уг­ло­вые швы при­меня­ют при свар­ке уг­ло­вых, тав­ро­вых и нах­лесточ­ных со­еди­нений. Свар­ку уг­ло­вых швов про­водят «в ло­доч­ку» или нак­лонным элек­тро­дом.

При свар­ке уг­ло­вых швов «в ло­доч­ку» нап­лавлен­ный ме­талл рас­по­лага­ет­ся в же­лоб­ке, об­ра­зу­емом стен­кой и пол­кой. Это обес­пе­чива­ет пра­вильное фор­ми­рова­ние шва и хо­роший про­вар его кор­ня и стен­ки без опас­ности под­ре­зов, а так­же да­ет воз­можность нап­лавлять за один про­ход швы большо­го се­чения. Од­на­ко не всег­да мож­но ус­та­новить де­тали в по­ложе­ние «в ло­доч­ку» (рис. 2.10, а).

Рис. 2.10.Сварка угловых соединений тавровых балок:
а — однослойным швом «в лодочку»; б — однослойным швом с отклонением электрода (штриховой линией обозначены последовательные положения электрода при сварке); в — многослойным швом; г — двумя многослойными швами; 1 — стенка; 2 — электрод; 3 — корневой (первый) слой; 4 — полка; 5 и 6 — второй и третий слои шва; 7 — четвертый слой

В большинс­тве слу­ча­ев тав­ро­вые со­еди­нения сва­рива­ют в по­ложе­нии, ког­да од­на де­таль со­еди­нения рас­по­ложе­на го­ризон­тально, а вто­рая — вер­ти­кально. Свар­ку уг­ло­вых швов при та­ком по­ложе­нии про­водят нак­лонным элек­тро­дом (рис. 2.10, б). При этом воз­можно не­пол­ное проп­лавле­ние кор­ня шва или кром­ки го­ризон­тальной де­тали. Во из­бе­жание неп­ро­вара ду­гу воз­бужда­ют на го­ризон­тальной пол­ке, от­сту­пив от гра­ницы шва на 3…4 мм. За­тем ду­гу пе­реме­ща­ют к вер­ши­не шва, где ее нем­но­го за­дер­жи­ва­ют для луч­ше­го про­вара его кор­ня, и под­ни­ма­ют вверх, про­вари­вая вер­ти­кальную пол­ку. Этот же про­цесс пос­ле не­кото­рого пе­реме­щения элек­тро­да впе­ред пов­то­ря­ют и в об­ратном нап­равле­нии. Угол нак­ло­на элек­тро­да в про­цес­се свар­ки из­ме­ня­ют в за­виси­мос­ти от то­го, где в дан­ный мо­мент го­рит ду­га. На­чинать про­цесс свар­ки на вер­ти­кальной стен­ке нельзя, так как в этом слу­чае рас­плав­ленный ме­талл с элек­тро­да бу­дет на­текать на еще хо­лод­ный ос­новной ме­талл го­ризон­тальной пол­ки, в ре­зульта­те че­го об­ра­зу­ет­ся неп­ро­вар. На вер­ти­кальной стен­ке воз­можно об­ра­зова­ние под­ре­зов.

При мно­гос­лойной свар­ке для луч­ше­го про­вара кор­ня шва пер­вый слой вы­пол­ня­ют уз­ким или ни­точ­ным швом элек­тро­дом ди­амет­ром 3…4 мм без ко­леба­тельных дви­жений. При нап­лавке швов с ка­тета­ми бо­лее 8 мм свар­ку ве­дут в два слоя и бо­лее (рис. 2.10, в).

Ни­же при­веде­но чис­ло сло­ев при свар­ке уг­ло­вых швов в за­виси­мос­ти от тол­щи­ны сва­рива­емо­го ме­тал­ла:

Тол­щи­на сва­рива­емо­го ме­тал­ла, мм	1…5	6	8	10	12	14	16	18	20	22
Чис­ло сло­ев	1	1	1—2	2	2—3	3—4	5	5—6	5—6	6—7

Уг­ло­вые швы при од­носто­рон­нем или двух­сто­рон­нем ско­се кро­мок вер­ти­кально­го эле­мен­та (рис. 2.10, г) сва­рива­ют в один или нес­колько сло­ев в за­виси­мос­ти от тол­щи­ны сва­рива­емо­го ме­тал­ла.

При свар­ке лис­тов тол­щи­ной 0,5…3,0 мм воз­можно сквоз­ное проп­лавле­ние ме­тал­ла элек­три­чес­кой ду­гой (про­жог) с об­ра­зова­ни­ем от­вер­стий, пло­хо под­да­ющих­ся пос­ле­ду­ющей за­вар­ке. Вмес­те с тем из-за труд­ности ре­гули­рова­ния наг­ре­ва кро­мок по­мимо про­жогов в та­ких швах об­ра­зу­ют­ся неп­ро­вары, сви­щи и др. Для обес­пе­чения не­об­хо­димо­го ка­чес­тва свар­ки тон­ко­лис­то­вого ме­тал­ла при­меня­ют от­бортов­ку кро­мок, вре­мен­ные теп­ло­от­во­дящие под­клад­ки, ос­та­ющи­еся под­клад­ки или рас­плав­ля­емые эле­мен­ты, элек­тро­ды со спе­ци­альным пок­ры­ти­ем и спе­ци­альное сва­роч­ное обо­рудо­вание.

Свар­ку с от­бортов­кой кро­мок вы­пол­ня­ют глав­ным об­ра­зом на пос­то­ян­ном то­ке. Хо­роших ре­зульта­тов дос­ти­га­ют при ус­та­нов­ке де­талей в по­лувер­ти­кальное по­ложе­ние при свар­ке на спуск. Для под­бо­ра ди­амет­ра элек­тро­да и си­лы то­ка при свар­ке тон­ко­лис­то­вой ста­ли мож­но пользо­ваться дан­ны­ми, при­веден­ны­ми в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Диаметр электрода и сила тока при сварке стыковых соединений тонколистовой стали
Тол­щи­на ме­тал­ла, мм	Ди­аметр элек­тро­да, мм	Си­ла сва­роч­но­го то­ка, А
0,5	1	10…20
1	1,6…2	30…35
1,5	2	35…45
2	2,5	50…65
2,5	2,5…3	65…100

В ка­чес­тве вре­мен­ных теп­ло­от­во­дящих под­кла­док ис­пользу­ют мас­сивные мед­ные и брон­зо­вые пли­ты (брус­ки). Сбор­ку встык осу­щест­вля­ют без за­зора, обес­пе­чивая плот­ное при­лега­ние сва­рива­емых лис­тов к под­клад­ке.

По про­тяжен­ности швы под­разде­ля­ют­ся на ко­рот­кие (300…350 мм), сред­ние (350…1000 мм) и длин­ные (бо­лее 1000 мм). Ко­рот­кие швы сва­рива­ют от од­но­го кон­ца шва к дру­гому (нап­ро­ход); швы сред­ней дли­ны — от се­реди­ны со­еди­нения к кон­цам; длин­ные швы — об­ратнос­ту­пен­ча­тым спо­собом, при ко­тором свар­ной шов вы­пол­ня­ют сле­ду­ющи­ми один за дру­гим учас­тка­ми в нап­равле­нии, об­ратном при­раще­нию шва (рис. 2.11). Дли­на сту­пени (учас­тка) — 100…350 мм (при свар­ке тон­ко­го ме­тал­ла ко­рот­кие и бо­лее длин­ные — при свар­ке тол­сто­го ме­тал­ла).

Рис. 2.11.Способы выполнения сварных швов:
а — сварка напроход; б — сварка от середины к концам; в — д — выполнение протяженных швов обратноступенчатым способом; 1 — 10, 1а — 4а — последовательность движений электрода в порядке и направлении ведения сварки (показано стрелками); А — общее направление сварки; I, II — слои шва

Об­ратнос­ту­пен­ча­тую свар­ку ве­дут в об­щем нап­равле­нии А от се­реди­ны к кон­цам. Свар­ка мо­жет вы­пол­няться од­ним или дву­мя свар­щи­ками (рис. 2.11, г, учас­тки 1, 1а, 2, 2а). При вы­пол­не­нии мно­гос­лойных швов так­же ис­пользу­ют об­ратнос­ту­пен­ча­тый спо­соб, при ко­тором смеж­ные учас­тки вы­шеле­жащих сло­ев сва­рива­ют в нап­равле­нии, об­ратном свар­ке ни­желе­жащих швов. Кон­цы швов смеж­ных учас­тков дол­жны быть сме­щены на 25…30 мм.

С уве­личе­ни­ем тол­щи­ны ме­тал­ла (бо­лее 15…20 мм) в свар­ных со­еди­нени­ях воз­раста­ют объем­ные сва­роч­ные нап­ря­жения, ко­торые соз­да­ют опас­ность воз­никно­вения и раз­ви­тия в швах тре­щин. Во из­бе­жание та­ких яв­ле­ний свар­ку тол­сто­лис­то­вой ста­ли вы­пол­ня­ют раз­личны­ми спо­соба­ми (рис. 2.12). Ме­талл тол­щи­ной 15…20 мм сва­рива­ют двойным сло­ем. На учас­тке I (рис. 2.12, а) дли­ной 250…300 мм нап­лавля­ют пер­вый слой шва, не­мед­ленно счи­ща­ют с не­го шлак и по го­ряче­му ме­тал­лу пер­во­го слоя (не ни­же тем­пе­рату­ры 150…200°С) нак­ла­дыва­ют вто­рой слой. В та­кой же пос­ле­дова­тельнос­ти сва­рива­ют шов на учас­тках II, III и пос­ле­ду­ющих.

Рис. 2.12.Сварка металлических частей большой толщины:
а — двойным слоем; б — блоками; в — каскадом; I—III — участки сварного шва; 1 — 8 — последовательность выполнения сварки разными методами

Ме­талл тол­щи­ной 20…25 мм и бо­лее сва­рива­ют бло­ками или кас­ка­дом (сек­ци­ями). При свар­ке бло­ками (рис. 2.12, б) мно­гос­лойный шов вы­пол­ня­ют от­дельны­ми учас­тка­ми, а про­межут­ки меж­ду ни­ми за­пол­ня­ют до то­го, как бу­дет за­вер­ше­на свар­ка все­го шва. При свар­ке кас­ка­дом (рис. 2.12, в) каж­дый пос­ле­ду­ющий учас­ток мно­гос­лойно­го шва пе­рек­ры­ва­ет весь или часть пре­дыду­щего учас­тка.

При U-об­разной под­го­тов­ке кро­мок дли­на сек­ции кас­кадной свар­ки сос­тавля­ет 300…400 мм, при Х-об­разной под­го­тов­ке — 500…800 мм; при этом каж­дый слой сек­ции де­лят на сту­пени дли­ной 150…200 мм и вы­пол­ня­ют свар­ку об­ратнос­ту­пен­ча­тым спо­собом. При уве­личе­нии тол­щи­ны ме­тал­ла дли­ну сек­ций уменьша­ют. Ме­талл тол­щи­ной 30 мм и бо­лее сва­рива­ют од­новре­мен­но два свар­щи­ка, на­ходя­щих­ся с про­тиво­полож­ных сто­рон со­еди­нения.

2.10. Особенности сварки в различных пространственных положениях

Раз­ли­ча­ют сле­ду­ющие ос­новные по­ложе­ния швов в прос­транс­тве: ниж­нее, вер­ти­кальное, го­ризон­тальное (на вер­ти­кальной плос­кости) и по­толоч­ное. В за­виси­мос­ти от по­ложе­ния в прос­транс­тве су­щес­твен­но ме­ня­ют­ся ус­ло­вия фор­ми­рова­ния ва­лика шва, его внеш­ний вид и ка­чес­тво, а так­же про­из­во­дительность свар­ки.

Ниж­нее по­ложе­ние на­ибо­лее удоб­но для свар­ки, так как кап­ли элек­трод­но­го ме­тал­ла лег­ко пе­рехо­дят в сва­роч­ную ван­ну под действи­ем собс­твен­ной си­лы тя­жес­ти и жид­кий ме­талл не вы­тека­ет из нее. Кро­ме то­го, лег­ко наб­лю­дать за про­цес­сом фор­ми­рова­ния шва. В про­цес­се свар­ки элек­трод дер­жат по нап­равле­нию свар­ки под уг­лом 10…20°.

При свар­ке в вер­ти­кальном по­ложе­нии рас­плав­ленный ме­талл стре­мит­ся стечь вниз, по­это­му вер­ти­кальные швы вы­пол­ня­ют очень ко­рот­кой ду­гой. Вер­ти­кальные швы вы­пол­ня­ют как сни­зу вверх, так и свер­ху вниз. В пер­вом слу­чае ду­га воз­бужда­ет­ся в са­мой ниж­ней точ­ке вер­ти­кально рас­по­ложен­ных плас­тин и пос­ле об­ра­зова­ния ван­ны жид­ко­го ме­тал­ла элек­трод, ус­та­нов­ленный сна­чала го­ризон­тально, от­во­дят нем­но­го вверх. При этом зас­тывший ме­талл шва об­ра­зу­ет по­добие по­лоч­ки, на ко­торой удер­жи­ва­ют­ся пос­ле­ду­ющие кап­ли ме­тал­ла. Для пре­дот­вра­щения вы­тека­ния жид­ко­го ме­тал­ла из ван­ны не­об­хо­димо со­вер­шать ко­леба­тельные дви­жения элек­тро­дом пер­пенди­куляр­но оси шва с от­во­дом его вверх и по­оче­ред­но в обе сто­роны. Это обес­пе­чива­ет быс­трое зат­верде­вание жид­ко­го ме­тал­ла.

Свар­ку свер­ху вниз вы­пол­ня­ют при ма­лой тол­щи­не ме­тал­ла или при на­ложе­нии пер­во­го слоя шва в про­цес­се мно­гос­лойной свар­ки. В этом слу­чае под­те­ка­ющий под ду­гу жид­кий ме­талл уменьша­ет воз­можность об­ра­зова­ния сквоз­ных про­жогов. В на­чале свар­ки ду­га воз­бужда­ет­ся в са­мой вер­хней точ­ке плас­тин при го­ризон­тальном рас­по­ложе­нии элек­тро­да. Пос­ле об­ра­зова­ния ван­ны жид­ко­го ме­тал­ла элек­трод нак­ло­ня­ют на 15…20° с та­ким рас­че­том, что­бы ду­га бы­ла нап­равле­на на ос­новной и нап­лавлен­ный ме­талл. Для улуч­ше­ния ус­ло­вий фор­ми­рова­ния шва ам­пли­туда ко­леба­ний элек­тро­да дол­жна быть не­большой, а ду­га — очень ко­рот­кой, что­бы кап­ли рас­плав­ленно­го ме­тал­ла удер­жи­вались от сте­кания вниз.

Вер­ти­кальные швы на ме­тал­ле большой тол­щи­ны с Х-об­разной под­го­тов­кой кро­мок сва­рива­ют на­чиная с вер­хней час­ти швов. Ког­да ра­бота­ют два свар­щи­ка, один вы­пол­ня­ет пер­вый слой в сва­рива­емой сек­ции и сра­зу пос­ле это­го с об­ратной сто­роны со­еди­нения вы­руба­ет ко­рень шва, а дру­гой свар­щик нак­ла­дыва­ет все слои на сво­ей сто­роне сек­ции. В это вре­мя пер­вый свар­щик нак­ла­дыва­ет все слои шва, на­ходя­щи­еся на его сто­роне сек­ции. В та­кой же пос­ле­дова­тельнос­ти сва­рива­ют все пос­ле­ду­ющие сек­ции. Свар­ку ве­дут без пе­реры­вов по го­ряче­му пре­дыду­щему слою.

При вы­пол­не­нии швов в го­ризон­тальном по­ложе­нии для пре­дуп­режде­ния сте­кания жид­ко­го ме­тал­ла скос кро­мок обыч­но де­ла­ют на од­ной вер­хней де­тали. Ду­га в этом слу­чае воз­бужда­ет­ся на ниж­ней го­ризон­тальной кром­ке, а за­тем пе­рено­сит­ся на при­туп­ле­ние де­талей и на вер­хнюю кром­ку, под­ни­мая вверх сте­ка­ющую кап­лю ме­тал­ла. Ко­леба­тельные дви­жения элек­тро­дом со­вер­ша­ют по спи­рали. Го­ризон­тальны­ми свар­ны­ми шва­ми лег­че вы­пол­нять нах­лесточ­ные со­еди­нения, чем сты­ковые, так как го­ризон­тальная кром­ка лис­та спо­собс­тву­ет удер­жа­нию рас­плав­ленно­го ме­тал­ла от сте­кания вниз. Го­ризон­тальные швы большой про­тяжен­ности при К-об­разной под­го­тов­ке кро­мок (два сим­метрич­ных ско­са од­ной кром­ки, обыч­но вер­хней) де­лят на учас­тки с та­ким рас­че­том, что­бы два свар­щи­ка мог­ли сва­ривать двух­сто­рон­ний шов на та­ком учас­тке в те­чение од­ной сме­ны.

Вы­пол­не­ние швов в по­толоч­ном по­ложе­нии — тру­до­ем­кая опе­рация, по­тому что си­ла тя­жес­ти пре­пятс­тву­ет пе­рено­су ме­тал­ла с элек­тро­да в сва­роч­ную ван­ну, а рас­плав­ленный ме­талл стре­мит­ся вы­течь из ван­ны вниз, по­это­му в про­цес­се свар­ки не­об­хо­димо до­биться, что­бы объем сва­роч­ной ван­ны был не­большим. Это­го дос­ти­га­ют, при­меняя элек­тро­ды ма­лого ди­амет­ра (не бо­лее 3…4 мм) и не­больших сва­роч­ных то­ков. Ос­новное ус­ло­вие по­луче­ния ка­чес­твен­но­го шва — под­держа­ние са­мой ко­рот­кой ду­ги пу­тем пе­ри­оди­чес­ких за­мыка­ний элек­тро­да с ван­ной жид­ко­го ме­тал­ла. В мо­мент за­мыка­ния кап­ля ме­тал­ла под действи­ем сил по­вер­хностно­го на­тяже­ния втя­гива­ет­ся в сва­роч­ную ван­ну. В мо­мент уда­ления элек­тро­да ду­га гас­нет и ме­талл шва зат­верде­ва­ет. Од­новре­мен­но элек­тро­ду со­об­ща­ют­ся ко­леба­тельные дви­жения по­перек шва. Нак­лон элек­тро­да к по­вер­хнос­ти де­тали дол­жен сос­тавлять 70…80° в нап­равле­нии свар­ки.

Контрольные вопросы

1. Что по­нима­ют под ре­жимом свар­ки пок­ры­тым элек­тро­дом?

2. Ка­ково вли­яние раз­личных па­рамет­ров ре­жима свар­ки на фор­ми­рова­ние шва?

3. Как раз­ли­ча­ют­ся свар­ные швы по дли­не?

4. Для че­го вы­пол­ня­ет­ся об­ратнос­ту­пен­ча­тая свар­ка?

5. Ка­кие су­щес­тву­ют ме­тоды на­ложе­ния швов при свар­ке ме­тал­ла большой тол­щи­ны?

6. Ка­кие элек­тро­ды при­меня­ют­ся при руч­ной ду­говой свар­ке ста­лей?

7. Ка­ковы осо­бен­ности вы­пол­не­ния вер­ти­кальных швов?

8. Как мар­ки­ру­ют­ся элек­тро­ды для руч­ной ду­говой свар­ки?

9. Как осу­щест­вля­ет­ся упа­ков­ка элек­тро­дов?

10. На­зови­те ос­новные пра­вила хра­нения пок­ры­тых элек­тро­дов.

 

ГЛАВА3Ручная дуговая сварка в защитных газах

· 3.1. Классификация процессов ручной сварки в защитных газах

· 3.2. Создание газовой защиты

· 3.3. Материалы, применяемые при дуговой сварке в защитных газах

· 3.4. Техника ручной дуговой сварки неплавящимся вольфрамовым электродом

· 3.5. Техника плазменной сварки

· 3.6. Техника сварки плавящимся электродом в защитных газах

 

3.1Классификация процессов ручной сварки в защитных газах

Для по­луче­ния ка­чес­твен­ных со­еди­нений при ду­говой свар­ке не­об­хо­димо за­щищать зо­ны ду­ги и рас­плав­ленно­го ме­тал­ла от вред­но­го воз­действия воз­ду­ха. При свар­ке в за­щит­ных га­зах для за­щиты зо­ны ду­ги и рас­плав­ленно­го ме­тал­ла ис­пользу­ют газ (рис. 3.1), по­дава­емый стру­ей при по­мощи го­рел­ки.

В ка­чес­тве за­щит­ных га­зов ис­пользу­ют инер­тные га­зы (ар­гон, ге­лий и их сме­си), не вза­имо­действу­ющие с ме­тал­лом при свар­ке, и ак­тивные га­зы (уг­ле­кис­лый газ, во­дород и др.), вза­имо­действу­ющие с ме­тал­лом, а так­же их сме­си.

Свар­ку в за­щит­ных га­зах мож­но вы­пол­нять неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом (рис. 3.1, а), при этом ду­га го­рит меж­ду неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом и из­де­ли­ем. Элек­трод в про­цес­се свар­ки не рас­плав­ля­ет­ся и не по­пада­ет в шов. Ду­га, пе­ред­ви­га­емая вдоль сва­рива­емых кро­мок, оп­лавля­ет их. По ме­ре уда­ления ду­ги рас­плав­ленный ме­талл зат­верде­ва­ет, об­ра­зуя шов, со­еди­ня­ющий кром­ки де­тали.

Рис. 3.1.Схемы процессов сварки в защитных газах:
а — неплавящимся электродом; б — плавящимся электродом; в — плавящимся электродом в двух потоках газа; 1 — деталь; 2 — сварочная дуга; 3 — защитный газ; 4 — сопло; 5 — неплавящийся электрод; 6 — сварочная ванна; 7 — электродная про-волока; 8 — внутренний поток газа

При свар­ке пла­вящим­ся элек­тро­дом (рис. 3.1, б) ду­га го­рит меж­ду элек­трод­ной про­воло­кой, неп­ре­рыв­но по­дава­емой в ду­гу, и из­де­ли­ем. Ду­га рас­плав­ля­ет про­воло­ку и кром­ки из­де­лия, и об­ра­зу­ет­ся об­щая сва­роч­ная ван­на. По ме­ре пе­реме­щения ду­ги сва­роч­ная ван­на зат­верде­ва­ет, об­ра­зуя шов, со­еди­ня­ющий кром­ки из­де­лия.

В це­лях эко­номии за­щит­но­го га­за и уп­равле­ния про­цес­сом свар­ку ве­дут в двух от­дельных по­токах га­зов, по­дава­емых кон­цен­трич­но вок­руг ду­ги (рис. 3.1, в). Во внут­реннем по­токе га­за го­рит ду­га и на­ходит­ся кап­ля элек­трод­но­го ме­тал­ла, а жид­кая ме­тал­ли­чес­кая ван­на за­щища­ет­ся смесью внут­ренне­го и на­руж­но­го по­токов.

Ос­новные раз­но­вид­ности руч­ной свар­ки в за­щит­ных га­зах пла­вящим­ся элек­тро­дом при­веде­ны на рис. 3.2.

Рис. 3.2.Классификация методов сварки в защитных газах

Ос­новны­ми па­рамет­ра­ми про­цес­са руч­ной ар­го­ноду­говой свар­ки яв­ля­ют­ся:

§ при свар­ке неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом — ток ду­ги и рас­ход за­щит­но­го га­за;

§ при свар­ке пла­вящим­ся элек­тро­дом — ток ду­ги, рас­ход за­щит­но­го га­за и ско­рость по­дачи элек­трод­ной про­воло­ки.

Осо­бен­ностя­ми ду­говой свар­ки в за­щит­ных га­зах яв­ля­ют­ся:

§ вы­сокая кон­цен­тра­ция энер­гии ду­ги, обес­пе­чива­ющая ми­нимальную зо­ну тер­ми­чес­ко­го вли­яния и не­большие де­фор­ма­ции свар­но­го уз­ла;

§ вы­сокая про­из­во­дительность про­цес­са; эф­фектив­ная за­щита рас­плав­ленно­го ме­тал­ла, осо­бен­но при ис­пользо­вании в ка­чес­тве за­щит­ной сре­ды инер­тных га­зов;

§ от­сутс­твие не­об­хо­димос­ти при­мене­ния флю­сов или об­ма­зок; воз­можность свар­ки в раз­личных прос­транс­твен­ных по­ложе­ни­ях.

 

3.2Создание газовой защиты

На­ибо­лее рас­простра­нена струйная мес­тная за­щита по­током га­за, ис­те­ка­юще­го из соп­ла сва­роч­ной го­рел­ки. Ка­чес­тво струйной за­щиты за­висит от конс­трук­ции и ди­амет­ра соп­ла 1 (рис. 3.3), рас­сто­яния от сре­за соп­ла до по­вер­хнос­ти (L + H) сва­рива­емо­го ма­тери­ала и рас­хо­да за­щит­но­го га­за. В стро­ении га­зово­го по­тока раз­ли­ча­ют две об­ласти: яд­ро струи 2 и пе­рифе­рийную об­ласть 4. При ис­те­чении в ок­ру­жа­ющую воз­душную сре­ду в яд­ре струи сох­ра­ня­ют­ся ско­рость и сос­тав га­за, име­ющи­еся в се­чении на сре­зе соп­ла.

Рис. 3.3.Схема истечения защитного газа из сопла горелки:
1 — сопло; 2 — потенциальное ядро струи; 3 — пограничный слой; 4 — периферийный участок струи; Н — вылет ядра за срез сопла; h — расстояние от среза сопла до уровня, на котором диаметр зоны эффективной защиты равен d _э; (L + H) — расстояние от среза сопла до поверхности изделия; d _с — выходной диаметр сопла

Пе­рифе­рийная об­ласть по­тока пред­став­ля­ет со­бой зо­ну, в ко­торой за­щит­ный газ сме­шива­ет­ся с ок­ру­жа­ющим воз­ду­хом, а ско­рость по дли­не по­тока из­ме­ня­ет­ся от пер­во­начальной (име­ющейся на сре­зе соп­ла) до ну­левой на внеш­ней гра­нице струи, по­это­му на­деж­ная за­щита ме­тал­ла мо­жет осу­щест­вляться только в пре­делах яд­ра по­тока. Чем больше дли­на Н это­го учас­тка, тем вы­ше его за­щит­ные свойства. Мак­си­мальная дли­на Н наб­лю­да­ет­ся при ла­минар­ном ис­те­чении га­за из соп­ла. При тур­бу­лен­тном ха­рак­те­ре ис­те­чения га­за та­кое стро­ение по­тока на­руша­ет­ся и его за­щит­ные свойства рез­ко ухуд­ша­ют­ся.

На прак­ти­ке при­меня­ют ко­ничес­кие, ци­лин­дри­чес­кие и про­фили­рован­ные соп­ла (рис. 3.4). Для улуч­ше­ния струйной за­щиты на вхо­де в соп­ло в го­рел­ке ус­та­нав­ли­ва­ют мел­кие сет­ки, по­рис­тые ма­тери­алы, поз­во­ля­ющие до­пол­ни­тельно вы­рав­ни­вать по­ток га­за на вы­ходе из соп­ла. Рас­ход за­щит­но­го га­за вы­бира­ют та­ким, что­бы обес­пе­чить ис­те­чение струи, близ­кое к ла­минар­но­му.

Рис. 3.4.Схемы сопл:
а — конического; б — цилиндрического; в — профилированного; d _с — диаметр сопла на срезе

В ка­чес­тве за­щит­ных га­зов ис­пользу­ют инер­тные га­зы (ар­гон, ге­лий и их сме­си), не вза­имо­действу­ющие с ме­тал­лом при свар­ке, и ак­тивные га­зы (нап­ри­мер, уг­ле­кис­лый газ), ко­торые вза­имо­действу­ют с ме­тал­лом, а так­же их сме­си.

Свар­ку в за­щит­ных га­зах мож­но вы­пол­нять неп­ла­вящим­ся (обыч­но вольфра­мовым) или пла­вящим­ся элек­тро­дом. В пер­вом слу­чае свар­ной шов по­луча­ет­ся за счет рас­плав­ле­ния кро­мок из­де­лия и, ес­ли не­об­хо­димо, по­дава­емой в зо­ну ду­ги при­садоч­ной про­воло­ки.

Пла­вящийся элек­трод в про­цес­се свар­ки рас­плав­ля­ет­ся и учас­тву­ет в об­ра­зова­нии ме­тал­ла шва.

В зо­ну свар­ки за­щит­ный газ мо­жет пос­ту­пать кон­цен­трич­но вок­руг ду­ги, а при по­вышен­ной ско­рос­ти свар­ки пла­вящим­ся элек­тро­дом — сбо­ку и дву­мя раз­дельны­ми по­тока­ми (рис. 3.5). При свар­ке ак­тивных ма­тери­алов в це­лях пре­дуп­режде­ния кон­такти­рова­ния воз­ду­ха не только с рас­плав­ленным, но и с наг­ре­тым твер­дым ме­тал­лом при­меня­ют соп­ла с уве­личен­ной зо­ной за­щиты.

Рис. 3.5.Схемы газовых потоков в зоне сварки:
а — центрального; б — бокового; в — двух концентрических; 1 — электрод; 2 — защитный газ; 3 и 4 — наружный и внутренний потоки защитного газа

В соп­лах с уве­личен­ной зо­ной га­зовой за­щиты для соз­да­ния ла­минар­но­го по­тока инер­тно­го га­за в кор­пу­се соп­ла ус­та­нав­ли­ва­ют рас­се­катель в ви­де мел­ко­яче­ис­той ме­тал­ли­чес­кой сет­ки.

 

3.3Материалы, применяемые при дуговой сварке в защитных газах

Инер­тные га­зы и их свойства. Ар­гон — бес­цвет­ный, не­ядо­витый газ, поч­ти в 1,5 ра­за тя­желее воз­ду­ха (табл. 3.1). С большинс­твом эле­мен­тов ар­гон не об­ра­зу­ет хи­мичес­ких со­еди­нений. В ме­тал­лах ар­гон не­рас­тво­рим как в жид­ком, так и в твер­дом сос­то­янии.