Стоянный ток, обратная полярность)

Свар­ка в по­толоч­ном по­ложе­нии. При вы­пол­не­нии сты­ково­го шва с раз­делкой кро­мок в по­толоч­ном по­ложе­нии не­об­хо­димо со­вер­шать зиг­за­го­об­разное пе­реме­щение сва­роч­ной го­рел­ки. По­переч­ный нак­лон го­рел­ки сос­тавля­ет 90° к по­вер­хнос­ти свар­ки. В крайних точ­ках пе­реме­щения не­об­хо­димо сде­лать не­большую за­дер­жку. Все ска­зан­ное ра­нее при­мени­мо при вы­пол­не­нии как кор­не­вого, так и за­пол­ня­юще­го и об­ли­цовоч­но­го швов.

Контрольные вопросы

1. Ка­ковы дос­то­инс­тва ду­говой свар­ки в за­щит­ных га­зах пла­вящим­ся элек­тро­дом?

2. Ка­кие двойные и тройные сме­си за­щит­ных га­зов на ос­но­ве ар­го­на при­меня­ют­ся при свар­ке?

3. Чем от­ли­ча­ет­ся про­цесс свар­ки длин­ной ду­гой от свар­ки ко­рот­кой ду­гой?

4. Ка­кие ти­пы пе­рено­са элек­трод­но­го ме­тал­ла су­щес­тву­ют при свар­ке пла­вящим­ся элек­тро­дом?

5. На­зови­те ос­новные па­рамет­ры ре­жима свар­ки в уг­ле­кис­лом га­зе.

6. Ка­кие фак­то­ры вли­яют на вы­бор ве­личи­ны сва­роч­но­го то­ка?

7. От че­го за­висит глу­бина проп­лавле­ния?

8. Как вли­яет на фор­ми­рова­ние шва уве­личе­ние и сни­жение нап­ря­жения ду­ги?

9. На­зови­те осо­бен­ности про­цес­са ду­говой свар­ки в за­щит­ных га­зах неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом.

10. Ка­кие вольфра­мовые элек­тро­ды при­меня­ют­ся для свар­ки?

11. Ка­ким об­ра­зом дос­ти­га­ет­ся сжа­тие сва­роч­ной ду­ги?

12. Ка­кие па­рамет­ры сва­роч­ной ду­ги из­ме­ня­ют­ся при ее сжа­тии?

13. В ка­ких слу­ча­ях ис­пользу­ет­ся мик­роплаз­менная свар­ка?

 

 

ГЛАВА5Технология ручной дуговой сварки конструкционных материалов

· 5.1. Сварка сталей

· 5.2. Сварка чугуна

· 5.3. Сварка алюминия и его сплавов

· 5.4. Сварка магниевых сплавов

· 5.5. Сварка титана и его сплавов

· 5.6. Сварка меди и ее сплавов

· 5.7. Сварка никеля и его сплавов

 

5.1Сварка сталей

Ста­лями на­зыва­ют спла­вы же­леза с уг­ле­родом, со­дер­жа­щие ме­нее 2% уг­ле­рода. По хи­мичес­ко­му сос­та­ву раз­ли­ча­ют уг­ле­родис­тые и ле­гиро­ван­ные ста­ли. Со­дер­жа­ние уг­ле­рода в конс­трук­ци­он­ных уг­ле­родис­тых ста­лях сос­тавля­ет 0,06…0,90%. Уг­ле­род яв­ля­ет­ся ос­новным ле­гиру­ющим эле­мен­том ста­лей этой груп­пы и оп­ре­деля­ет их ме­хани­чес­кие свойства и сва­рива­емость. В низ­ко­уг­ле­родис­тых конс­трук­ци­он­ных ста­лях со­дер­жа­ние эле­мен­тов сос­тавля­ет не бо­лее: 0,25% — С; 0,80% — Мn; 0,35% — Si; 0,04% — Р; 0,05% — S. Кро­ме то­го, в них име­ет­ся не­кото­рое ко­личес­тво ос­та­точ­но­го во­доро­да и азо­та.

Низ­ко­леги­рован­ные ста­ли вы­сокой проч­ности (16Г2АФ, 14Х2ГМР) име­ют пре­дел те­кучес­ти со­от­ветс­твен­но 450 и 600 МПа. Их вы­сокие ме­хани­чес­кие ха­рак­те­рис­ти­ки обус­ловле­ны ис­пользо­вани­ем в ка­чес­тве ле­гиру­ющих эле­мен­тов ва­надия и азо­та (сталь 16Г2АФ), а так­же бо­ра (сталь 14Х2ГМР). На­ибо­лее не­жела­тельный де­фект свар­ных со­еди­нений этих ста­лей — хо­лод­ные тре­щины, об­ра­зова­ние ко­торых свя­зано с мар­тенсит­ным прев­ра­щени­ем и на­личи­ем рас­тво­рен­но­го в ме­тал­ле во­доро­да. При свар­ке низ­ко­леги­рован­ных ста­лей для ог­ра­ниче­ния рос­та зер­на сле­ду­ет уменьшать ско­рость ох­лажде­ния ме­тал­ла шва в око­лошов­ной зо­не; ко­личес­тво во­доро­да, рас­тво­рен­но­го в ме­тал­ле; по­гон­ную энер­гию свар­ки.

К ле­гиро­ван­ным и уг­ле­родис­тым за­кали­ва­ющим­ся ста­лям от­но­сят­ся ста­ли с сум­марным со­дер­жа­ни­ем ле­гиру­ющих эле­мен­тов до 10%. Ле­гиро­вание этих ста­лей мно­гоком­по­нен­тное, ком­плексное; ос­новные ле­гиру­ющие до­бав­ки — хром, мар­га­нец, крем­ний, ни­кель, ти­тан и др.

Для от­ветс­твен­ных конс­трук­ций ис­пользу­ют ле­гиро­ван­ные ста­ли пер­литно­го клас­са сред­ней проч­ности с вре­мен­ным соп­ро­тив­ле­ни­ем раз­ры­ву s_в = 900…1300 МПа. Это ста­ли 25ХГСА, 30ХГСА и дру­гие с меньшим или большим со­дер­жа­ни­ем уг­ле­рода, а так­же слож­но­леги­рован­ные ста­ли с низ­ким со­дер­жа­ни­ем уг­ле­рода, нап­ри­мер 12Х2НВФА и 23Х2НВФА. Они от­ли­ча­ют­ся луч­шей сва­рива­емостью по срав­не­нию с вы­сокоп­рочны­ми ле­гиро­ван­ны­ми ста­лями ти­па 30ХГСН2А, 28ХЗСНВФА и 30Х2ГСНВМ.

Вы­соко­леги­рован­ны­ми ста­лями счи­та­ют­ся спла­вы с сум­марным со­дер­жа­ни­ем ле­гиру­ющих эле­мен­тов свы­ше 10% при со­дер­жа­нии в них же­леза бо­лее 45%. В со­от­ветс­твии с со­дер­жа­ни­ем ос­новных ле­гиру­ющих эле­мен­тов ста­ли под­разде­ля­ют­ся на хро­мис­тые, хро­мони­келе­вые и т. д.

Хро­мис­тые ста­ли име­ют раз­личную струк­ту­ру в за­виси­мос­ти от со­дер­жа­ния хро­ма и уг­ле­рода. При со­дер­жа­нии в них 12…13% хро­ма и бо­лее 0,08% уг­ле­рода сталь от­но­сят к мар­тенсит­но­му клас­су, при со­дер­жа­нии 13…16% хро­ма — к мар­тенсит­но-фер­ритно­му клас­су, а бо­лее 16% хро­ма — к фер­ритно­му клас­су.

Хро­мони­келе­вые ста­ли клас­си­фици­ру­ют­ся по ти­пу струк­ту­ры, сос­та­ву ле­гиру­ющих эле­мен­тов, свойствам и наз­на­чению. В за­виси­мос­ти от сос­та­ва вы­деля­ют хро­момар­ганце­вые, хро­мони­кельмо­либ­де­новые и хро­мони­кельмар­ганце­вые ста­ли. В со­от­ветс­твии со струк­ту­рой, по­луча­емой при ох­лажде­нии на воз­ду­хе, раз­ли­ча­ют сле­ду­ющие клас­сы ста­лей: а­ус­те­нит­но-мар­тенсит­ные, а­ус­те­нит­но-фер­ритные и а­ус­те­нит­ные.

Свар­ка уг­ле­родис­тых и низ­ко­уг­ле­родис­тых низ­ко­леги­рован­ных конс­трук­ци­он­ных ста­лей. Руч­ная ду­говая свар­ка пок­ры­тыми элек­тро­дами. В за­виси­мос­ти от наз­на­чения конс­трук­ций и ти­па ста­ли элек­тро­ды мож­но вы­бирать сог­ласно табл. 5.1. Ре­жим свар­ки вы­бира­ют, ру­ководс­тву­ясь тол­щи­ной ме­тал­ла, ти­пом свар­но­го со­еди­нения и прос­транс­твен­ным по­ложе­ни­ем свар­ки.

Таблица 5.1. Марки электродов, применяемые при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей
Наз­на­чение элек­тро­дов	Мар­ки элек­тро­дов	При­меча­ние
Свар­ка низ­ко­уг­ле­родис­тых ста­лей	ОММ-5, АНО-3, АНО-4, АНО-5, АНО-6, ЦМ-7, ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12, СМ-5	—
Свар­ка низ­ко­уг­ле­родис­тых и низ­ко­леги­рован­ных ста­лей. Свар­ка от­ветс­твен­ных конс­трук­ций из низ­ко­уг­ле­родис­тых ста­лей	АНО-1, ВСП-1, ВСЦ-2, У­ОНИ-13/45, ОЗС-2, ОМА-2, МР-3	Элек­трод — АНО-1 для низ­ко­уг­ле­родис­тых ста­лей и ста­ли 09Г2
Свар­ка от­ветс­твен­ных конс­трук­ций из низ­ко- и сред­не­уг­ле­родис­тых и низ­ко­леги­рован­ных ста­лей	ОМА-2, У­ОНИ-13/55, АН-7, ВСН-3, K-5А, ДСK-50, ОЗС-18, ОЗС-25,ОЗС-33	Элек­тро­ды: У­ОНИ-13/55 для низ­ко­уг­ле­родис­тых ста­лей и ста­ли 14ХГС; ВСН-3 для тру­боп­ро­водов из ста­ли 10Г2

При свар­ке кор­не­вых швов в раз­делке на ме­тал­ле тол­щи­ной 10 мм и бо­лее ис­пользу­ют элек­тро­ды ди­амет­ром 3…4 мм. Ре­комен­ду­емые для дан­ной мар­ки элек­тро­да зна­чения сва­роч­но­го то­ка, его род и по­ляр­ность вы­бира­ют сог­ласно пас­порту элек­тро­да, в ко­тором обыч­но при­веде­ны его сва­роч­но-тех­но­логи­чес­кие свойства, ти­пич­ный хи­мичес­кий сос­тав шва и ме­хани­чес­кие свойства. Ря­довые и от­ветс­твен­ные конс­трук­ции из низ­ко­уг­ле­родис­тых ста­лей сва­рива­ют элек­тро­дами ти­па Э42 и Э46 (табл. 5.1, 5.2).

Таблица 5.2. Соответствие марок электродов их типу
Тип элек­тро­да по ГОСТ 9467—75	Мар­ки элек­тро­дов
Э42	ОММ-5, СМ-5, ЦМ-7, АНО-1, АНО-5, АНО-6, ОМА-2, ОЗС-23
Э42А	У­ОНИ-13/45, СМ-11, ОЗС-2
Э46	АНО-3, АНО-4, МР-1, МР-3, ОЗС-3, ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12, ЭРС-1, ЭРС-2, РБУ-4, РБУ-5
Э46А	Э-138/45Н, У­ОНИ-13/55K
Э50	ВСН-3
Э50А	У­ОНИ-13/55, ДСK-50, K-5А, ОЗС-18, ОЗС-25, ОЗС-33

При свар­ке этих ста­лей обыч­но обес­пе­чива­ют­ся дос­та­точ­но вы­сокие ме­хани­чес­кие свойства свар­но­го со­еди­нения, по­это­му в большинс­тве слу­ча­ев не тре­бу­ют­ся спе­ци­альные ме­ры, нап­равлен­ные на пре­дот­вра­щение об­ра­зова­ния в нем за­калоч­ных струк­тур. Од­на­ко при свар­ке уг­ло­вых швов на тол­стом ме­тал­ле и пер­во­го слоя мно­гос­лойно­го шва для по­выше­ния стойкос­ти ме­тал­ла к крис­талли­заци­он­ным тре­щинам мо­жет пот­ре­боваться его пред­ва­рительный по­дог­рев до тем­пе­рату­ры 120…150°С.

Для свар­ки ря­довых конс­трук­ций из низ­ко­леги­рован­ных ста­лей обыч­но при­меня­ют элек­тро­ды ти­па Э42А и Э46А, а от­ветс­твен­ных конс­трук­ций — ти­па Э50А. Это обес­пе­чива­ет по­луче­ние ме­тал­ла шва с дос­та­точ­ной стойкостью к крис­талли­заци­он­ным тре­щинам и тре­бу­емы­ми проч­нос­тны­ми и плас­ти­чес­ки­ми свойства­ми. Ле­гиро­вание ме­тал­ла шва за счет про­вара ос­новно­го ме­тал­ла ле­гиру­ющи­ми эле­мен­та­ми, вхо­дящи­ми в ос­новной ме­талл, и по­вышен­ные ско­рос­ти ох­лажде­ния поз­во­ля­ют по­лучить ме­талл шва с бо­лее вы­соки­ми, чем при свар­ке низ­ко­уг­ле­родис­тых ста­лей, проч­нос­тны­ми по­каза­теля­ми.

Тех­ни­ка за­пол­не­ния шва и оп­ре­деля­емый ею тер­ми­чес­кий цикл свар­ки за­висят от пред­ва­рительной тер­мо­об­ра­бот­ки ста­ли. Свар­ка тол­сто­го ме­тал­ла спо­соба­ми «кас­кад» и «гор­ка» за­мед­ля­ют ско­рость ох­лажде­ния ме­тал­ла шва и око­лошов­ной зо­ны, пре­дуп­реждая об­ра­зова­ние в них за­калоч­ных струк­тур. Этот же эф­фект дос­ти­га­ет­ся при пред­ва­рительном по­дог­ре­ве де­тали до тем­пе­рату­ры 150…200°С. Эти спо­собы да­ют бла­гоп­ри­ят­ные ре­зульта­ты на не­тер­мо­уп­рочнен­ных ста­лях. При свар­ке тер­мо­уп­рочнен­ных ста­лей для уменьше­ния ра­зуп­рочне­ния ста­ли в око­лошов­ной зо­не ре­комен­ду­ет­ся свар­ка длин­ны­ми шва­ми по ох­лажден­ным пре­дыду­щим швам.

Сле­ду­ет вы­бирать ре­жимы свар­ки с ма­лой по­гон­ной энер­ги­ей; при этом дос­ти­га­ет­ся и уменьше­ние про­тяжен­ности зо­ны ра­зуп­рочнен­но­го ме­тал­ла в око­лошов­ной зо­не. При ис­прав­ле­нии де­фек­тов в свар­ных швах низ­ко­леги­рован­ных и низ­ко­уг­ле­родис­тых ста­лей по­вышен­ной тол­щи­ны шва­ми ма­лого се­чения вследс­твие зна­чительной ско­рос­ти ох­лажде­ния ме­талл под­ва­роч­но­го шва и его око­лошов­ной зо­ны об­ла­да­ет по­нижен­ны­ми плас­ти­чес­ки­ми свойства­ми, по­это­му де­фек­тные учас­тки сле­ду­ет под­ва­ривать шва­ми нор­мально­го се­чения дли­ной не ме­нее 100 мм или пред­ва­рительно по­дог­ре­вать до тем­пе­рату­ры 150…200°С.

Свар­ка в за­щит­ных га­зах. При свар­ке низ­ко­уг­ле­родис­тых и низ­ко­леги­рован­ных ста­лей для за­щиты рас­плав­ленно­го элек­трод­но­го ме­тал­ла и ме­тал­ла сва­роч­ной ван­ны ши­роко ис­пользу­ют уг­ле­кис­лый газ. Сос­тав за­щит­но­го га­за су­щес­твен­но вли­яет на тех­но­логи­чес­кие ха­рак­те­рис­ти­ки про­цес­са и сос­тав ме­тал­ла шва. По­мимо уг­ле­кис­ло­го га­за ис­пользу­ют сме­си га­зов: СO₂ + O₂, СO₂ + Аr, СO₂ + Аr + O₂. Ко­личес­тво до­бав­ленных га­зов мо­жет дос­ти­гать 50% объема га­зовой сме­си. До­бав­ки кис­ло­рода, уве­личи­вая окис­ля­ющее действие га­зовой сре­ды на рас­плав­ленный ме­талл, поз­во­ля­ют уменьшать кон­цен­тра­цию ле­гиру­ющих эле­мен­тов в ме­тал­ле шва. Это иног­да не­об­хо­димо при свар­ке низ­ко­леги­рован­ных ста­лей. Кро­ме то­го, нем­но­го уменьша­ет­ся раз­брыз­ги­вание рас­плав­ленно­го ме­тал­ла и по­выша­ет­ся его жид­ко­теку­честь. Свя­зывая во­дород, кис­ло­род уменьша­ет его вли­яние на об­ра­зова­ние пор.

До­бав­ки в уг­ле­кис­лый газ ар­го­на (иног­да в эту смесь вво­дят кис­ло­род) из­ме­ня­ют тех­но­логи­чес­кие свойства ду­ги (глу­бину проп­лавле­ния и фор­му шва, ста­бильность ду­ги и др.) и поз­во­ля­ют ре­гули­ровать кон­цен­тра­цию ле­гиру­ющих эле­мен­тов в ме­тал­ле шва.

Ар­гон и ге­лий в чис­том ви­де в ка­чес­тве за­щит­ных га­зов на­ходят ог­ра­ничен­ное при­мене­ние — только при свар­ке конс­трук­ций от­ветс­твен­но­го наз­на­чения.

Свар­ку в уг­ле­кис­лом га­зе и его сме­сях вы­пол­ня­ют пла­вящим­ся элек­тро­дом. В не­кото­рых слу­ча­ях для свар­ки в уг­ле­кис­лом га­зе ис­пользу­ют неп­ла­вящийся угольный или гра­фито­вый элек­трод, од­на­ко этот спо­соб при­меня­ет­ся ог­ра­ничен­но, нап­ри­мер при свар­ке бор­то­вых со­еди­нений низ­ко­уг­ле­родис­тых ста­лей тол­щи­ной 0,3…2,0 мм (ка­нистр, кор­пу­сов кон­денса­торов и т. д.). Так как свар­ка вы­пол­ня­ет­ся без при­сад­ки, со­дер­жа­ние крем­ния и мар­ганца в ме­тал­ле шва не­вели­ко. В ре­зульта­те проч­ность со­еди­нения обыч­но сос­тавля­ет 50…70% проч­ности ос­новно­го ме­тал­ла.

При по­лу­ав­то­мати­чес­кой свар­ке пла­вящим­ся элек­тро­дом швов, рас­по­ложен­ных в раз­личных прос­транс­твен­ных по­ложе­ни­ях, обыч­но ис­пользу­ют элек­трод­ную про­воло­ку ди­амет­ром до 1,2 мм; при свар­ке в ниж­нем по­ложе­нии — ди­амет­ром 1,2…3,0 мм. Для свар­ки низ­ко­уг­ле­родис­тых и низ­ко­леги­рован­ных ста­лей ис­поль­зу­ют ле­гиро­ван­ные элек­трод­ные про­воло­ки ма­рок Св-08ГС и Св-08Г2С. Про­воло­ку мар­ки 12ГС мож­но ис­пользо­вать для свар­ки низ­ко­леги­рован­ных ста­лей 14ХГС, 10СНД и 15ХСНД и спо­койных низ­ко­уг­ле­родис­тых ста­лей ма­рок ВСт1 и ВСт2. Од­на­ко в це­лях пре­дуп­режде­ния зна­чительно­го по­выше­ния со­дер­жа­ния уг­ле­рода в вер­хних сло­ях мно­гоп­ро­ход­ных швов эту про­воло­ку обыч­но при­меня­ют для свар­ки од­но- или трех­слойных швов.

По­выше­ние кор­ро­зи­он­ной стойкос­ти швов в мор­ской во­де дос­ти­га­ет­ся ис­пользо­вани­ем элек­трод­ной про­воло­ки мар­ки Св-08ХГ2С. Струк­ту­ра и свойства ме­тал­ла шва и око­лошов­ной зо­ны на низ­ко­уг­ле­родис­тых и низ­ко­леги­рован­ных ста­лях за­висят от мар­ки ис­пользо­ван­ной элек­трод­ной про­воло­ки, сос­та­ва и свойств ос­новно­го ме­тал­ла и ре­жима свар­ки (тер­ми­чес­ко­го цик­ла свар­ки, до­ли учас­тия ос­новно­го ме­тал­ла в фор­ми­рова­нии шва и фор­мы шва).

Свар­ка при по­вышен­ной си­ле то­ка при­водит к по­луче­нию ме­тал­ла швов с по­нижен­ны­ми по­каза­теля­ми плас­тичнос­ти и удар­ной вяз­кости, что, ве­ро­ят­но, объяс­ня­ет­ся по­вышен­ны­ми ско­рос­тя­ми ох­лажде­ния. Свойства ме­тал­ла шва, вы­пол­ненно­го на обыч­ных ре­жимах, со­от­ветс­тву­ют свойствам ме­тал­ла шва, вы­пол­ненно­го элек­тро­дами ти­па Э50А. В про­мыш­леннос­ти на­ходит при­мене­ние и свар­ка в уг­ле­кис­лом га­зе по­рош­ко­выми про­воло­ками. Тех­но­логии это­го спо­соба свар­ки и свойства свар­ных со­еди­нений при­мер­но та­кие же, как и при ис­пользо­вании их при свар­ке без до­пол­ни­тельной за­щиты.

Свар­ка вы­соко­леги­рован­ных а­ус­те­нит­ных ста­лей. Руч­ная ду­говая свар­ка. При свар­ке вы­соко­леги­рован­ных ста­лей сва­роч­ные про­воло­ки од­ной мар­ки име­ют дос­та­точ­но ши­рокий до­пуск по хи­мичес­ко­му сос­та­ву. Раз­ли­чие ти­пов свар­ных со­еди­нений, прос­транс­твен­но­го по­ложе­ния свар­ки и дру­гих фак­то­ров спо­собс­тву­ют из­ме­нению глу­бины проп­лавле­ния ос­новно­го ме­тал­ла, а так­же хи­мичес­ко­го сос­та­ва ме­тал­ла шва. Все это зас­тавля­ет кор­ректи­ровать сос­тав пок­ры­тия для обес­пе­чения не­об­хо­димо­го со­дер­жа­ния в шве фер­ри­та и пре­дуп­режде­ния об­ра­зова­ния в шве го­рячих тре­щин. Так же дос­ти­га­ют­ся не­об­хо­димая жа­роп­рочность и кор­ро­зи­он­ная стойкость швов.

При­мене­ни­ем элек­тро­дов с фто­рис­то­кальци­евым пок­ры­ти­ем, уменьша­ющим угар ле­гиру­ющих эле­мен­тов, дос­ти­га­ет­ся по­луче­ние ме­тал­ла шва с не­об­хо­димы­ми хи­мичес­ким сос­та­вом и струк­ту­рой. Уменьше­нию уга­ра ле­гиру­ющих эле­мен­тов спо­собс­тву­ет и под­держа­ние ко­рот­кой ду­ги без по­переч­ных ко­леба­ний элек­тро­да. Это сни­жа­ет ве­ро­ят­ность по­яв­ле­ния де­фек­тов на по­вер­хнос­ти ос­новно­го ме­тал­ла в ре­зульта­те по­пада­ния на не­го брызг.

Не­кото­рые дан­ные о ре­жимах и вы­боре элек­тро­дов для руч­ной ду­говой свар­ки при­веде­ны в табл. 5.3.

Таблица 5.3. Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки аустенитных сталей
Тол­щи­на ма­тери­ала, мм	Элек­трод		Си­ла сва­роч­но­го то­ка, А, при по­ложе­нии свар­ки
	Ди­аметр, мм	Дли­на, мм	ниж­нем	вер­ти­кальном	по­толоч­ном
До 2,3	2	150…200	30…50	—	—
2,5…3,0	3	225…250	70…100	50…80	45…75
3,0…8,0	3…4	250…300	85…140	75…130	65…120
8,0…12,0	4…5	300…400	85…160	75…150	65…130

Свар­ка вза­щит­ных га­зах. При­мене­ние инер­тных га­зов су­щес­твен­но по­выша­ет ста­бильность ду­ги. Зна­чительное раз­ли­чие теп­ло­физи­чес­ких свойств за­щит­ных га­зов и при­мене­ние их сме­сей, из­ме­няя теп­ло­вую эф­фектив­ность ду­ги и ус­ло­вия вво­да теп­ло­ты в сва­рива­емые кром­ки, су­щес­твен­но рас­ши­ря­ют тех­но­логи­чес­кие воз­можнос­ти ду­ги. При свар­ке в инер­тных га­зах наб­лю­да­ет­ся ми­нимальный угар ле­гиру­ющих эле­мен­тов, что важ­но при свар­ке вы­соко­леги­рован­ных ста­лей. При свар­ке в за­щит­ных га­зах воз­можнос­ти из­ме­нения хи­мичес­ко­го сос­та­ва ме­тал­ла шва бо­лее ог­ра­ниче­ны по срав­не­нию с дру­гими спо­соба­ми свар­ки и воз­можны за счет из­ме­нения сос­та­ва сва­роч­ной (при­садоч­ной) про­воло­ки или из­ме­нения до­ли учас­тия ос­новно­го ме­тал­ла в об­ра­зова­нии ме­тал­ла шва (ре­жим свар­ки), ког­да сос­та­вы ос­новно­го и элек­трод­но­го ме­тал­лов зна­чительно раз­ли­ча­ют­ся.

При свар­ке пла­вящим­ся элек­тро­дом по­яв­ля­ет­ся воз­можность из­ме­нения ха­рак­те­ра ме­тал­лурги­чес­ких вза­имо­действий за счет зна­чительно­го из­ме­нения сос­та­ва за­щит­ной ат­мосфе­ры, нап­ри­мер соз­да­ния окис­ли­тельных ус­ло­вий в ду­ге, пу­тем при­мене­ния сме­си га­зов, со­дер­жа­щих кис­ло­род, уг­ле­кис­лый газ и др. Этим спо­собом мож­но вы­пол­нять свар­ку в раз­личных прос­транс­твен­ных по­ложе­ни­ях, что де­ла­ет ее це­лесо­об­разной в мон­тажных ус­ло­ви­ях по срав­не­нию с руч­ной ду­говой свар­кой пок­ры­тыми элек­тро­дами. Свар­ку в за­щит­ных га­зах мож­но вы­пол­нять неп­ла­вящим­ся вольфра­мовым или пла­вящим­ся элек­тро­дом.

Вольфра­мовым элек­тро­дом сва­рива­ют в инер­тных га­зах или их сме­сях. Для свар­ки вы­соко­леги­рован­ных ста­лей ис­пользу­ют ар­гон выс­ше­го или 1-го сор­та (ГОСТ 10157—79). Обыч­но свар­ку вольфра­мовым элек­тро­дом тех­ни­чес­ки и эко­номи­чес­ки це­лесо­об­разно ис­пользо­вать, ес­ли тол­щи­на ме­тал­ла не пре­выша­ет 7 мм (при тол­щи­не ме­тал­ла ме­нее 1,5 мм при­мене­ние дру­гих спо­собов ду­говой свар­ки прак­ти­чес­ки не­воз­можно из-за об­ра­зова­ния про­жогов). Од­на­ко в не­кото­рых слу­ча­ях, нап­ри­мер при свар­ке не­пово­рот­ных сты­ков труб, свар­ку вольфра­мовым элек­тро­дом при­меня­ют на ста­лях бо́льших тол­щин (табл. 5.4).

Таблица 5.4. Ориентировочные режимы сварки вольфрамовым электродом высоколегированных сталей
Тол­щи­на ме­тал­ла, мм	Тип со­еди­нения	Ток ду­ги, А	Рас­ход ар­го­на, л/мин
1	С от­бортов­кой	35…60	3,5…4
2		75…120	5…6
3		100…140	6…7
1	Встык без раз­делки кро­мок с при­сад­кой	40…70	3,5…4
2		80…130	5…6
3		120…160	6…7

В за­виси­мос­ти от тол­щи­ны ста­ли и конс­трук­ции свар­но­го со­еди­нения свар­ку вы­пол­ня­ют с при­садоч­ным ма­тери­алом или без не­го, вруч­ную с ис­пользо­вани­ем спе­ци­альных го­релок или ав­то­мати­чес­ки. Свар­ку ве­дут на пос­то­ян­ном то­ке пря­мой по­ляр­ности. Ис­клю­чение сос­тавля­ют ста­ли и спла­вы с по­вышен­ным со­дер­жа­ни­ем алю­миния, ког­да для раз­ру­шения по­вер­хностной плен­ки окис­лов, бо­гатой алю­мини­ем, сле­ду­ет при­менять пе­ремен­ный ток.

Свар­ку мож­но вы­пол­нять неп­ре­рыв­но го­рящей или им­пульсной ду­гой. Им­пульсная ду­га бла­года­ря осо­бен­ностям ее теп­ло­вого воз­действия поз­во­ля­ет уменьшить про­тяжен­ность око­лошов­ной зо­ны и ко­роб­ле­ние сва­рива­емых кро­мок, а так­же сва­ривать ме­талл ма­лой тол­щи­ны при хо­рошем фор­ми­рова­нии шва. Осо­бен­ности крис­талли­зации ме­тал­ла сва­роч­ной ван­ны при этом спо­собе свар­ки спо­собс­тву­ют де­зори­ен­та­ции струк­ту­ры, уменьшая ве­ро­ят­ность об­ра­зова­ния го­рячих тре­щин. Од­на­ко эта же осо­бен­ность мо­жет спо­собс­тво­вать об­ра­зова­нию око­лошов­ных над­ры­вов при свар­ке вы­соко­леги­рован­ных ста­лей. Для улуч­ше­ния фор­ми­рова­ния кор­ня шва ис­пользу­ют под­дув га­за, а при свар­ке кор­не­вых швов на ме­тал­ле по­вышен­ных тол­щин — спе­ци­альные рас­плав­ля­ющи­еся встав­ки.

При свар­ке пог­ру­жен­ной ду­гой осо­бен­ности про­цес­са, оп­ре­деля­ющие уве­личе­ние до­ли теп­ло­ты, иду­щей на рас­плав­ле­ние ос­новно­го ме­тал­ла, поз­во­ля­ют без раз­делки кро­мок за один про­ход сва­ривать ме­талл по­вышен­ной тол­щи­ны. Од­на­ко уменьше­ние кон­цен­тра­ции наг­ре­ва при­водит к тер­ми­чес­ко­му цик­лу свар­ки, сход­но­му с тер­ми­чес­ким цик­лом при элек­трош­ла­ковой свар­ке. В ре­зульта­те рас­ши­ря­ет­ся зо­на тер­ми­чес­ко­го вли­яния и воз­ни­ка­ет опас­ность пе­рег­ре­ва в ней ос­новно­го ме­тал­ла, т. е. в ней воз­можно по­яв­ле­ние тех же де­фек­тов, что и при элек­трош­ла­ковой свар­ке.

Для вы­соко­леги­рован­ных ста­лей на­чина­ют при­менять и плаз­менную свар­ку, пре­иму­щес­тво ко­торой зак­лю­ча­ет­ся в ма­лом рас­хо­де за­щит­но­го га­за. По­луче­ние плаз­менных струй раз­лично­го се­чения (круг­ло­го, пря­мо­угольно­го и т. д.) и зна­чительное из­ме­нение рас­сто­яния от плаз­менной го­рел­ки до из­де­лия зна­чительно рас­ши­ря­ют тех­но­логи­чес­кие воз­можнос­ти это­го спо­соба. Плаз­менную свар­ку мож­но ис­пользо­вать для очень тон­ких ме­тал­лов и для ме­тал­ла тол­щи­ной до 12 мм. При­мене­ние ее для свар­ки ста­лей большой тол­щи­ны зат­рудня­ет­ся воз­можностью об­ра­зова­ния в швах под­ре­зов.

Свар­ку пла­вящим­ся элек­тро­дом вы­пол­ня­ют в инер­тных, ак­тивных га­зах или их сме­сях. При свар­ке вы­соко­леги­рован­ных ста­лей, со­дер­жа­щих лег­ко­окис­ля­ющи­еся эле­мен­ты (алю­миний, ти­тан и др.), сле­ду­ет ис­пользо­вать инер­тные га­зы, пре­иму­щес­твен­но ар­гон. При свар­ке в инер­тных га­зах воз­мо­жен ка­пельный и струйный пе­ренос элек­трод­но­го ме­тал­ла. При струйном пе­рено­се ду­га име­ет на­ибо­лее вы­сокую ста­бильность, зна­чительно улуч­ша­ет­ся пе­ренос элек­трод­но­го ме­тал­ла в сва­роч­ную ван­ну, ис­клю­ча­ет­ся раз­брыз­ги­вание ме­тал­ла, что осо­бен­но важ­но при свар­ке швов в вер­ти­кальном и по­толоч­ном по­ложе­ни­ях.

От­сутс­твие раз­брыз­ги­вания и свя­зан­ных с этим оча­гов кор­ро­зии бла­гоп­ри­ят­но при свар­ке кор­ро­зи­он­но-стойких и жа­рос­тойких ста­лей. Од­на­ко струйный пе­ренос воз­мо­жен при зна­чени­ях то­ка вы­ше кри­тичес­ко­го, при ко­торых воз­можно об­ра­зова­ние про­жогов при свар­ке тон­ко­лис­то­вого ме­тал­ла. До­бав­ка в ар­гон до 3…5% кис­ло­рода уменьша­ет зна­чение кри­тичес­ко­го то­ка. Кро­ме то­го, соз­да­ние при этом окис­ли­тельной ат­мосфе­ры в зо­не ду­ги уменьша­ет ве­ро­ят­ность об­ра­зова­ния пор, выз­ванных во­доро­дом. Пос­леднее дос­ти­га­ет­ся и при­мене­ни­ем сме­си ар­го­на с 15…20% уг­ле­кис­ло­го га­за, что поз­во­ля­ет уменьшить и рас­ход до­рого­го и де­фицит­но­го ар­го­на. Од­на­ко при ука­зан­ных до­бав­ках га­зов уве­личи­ва­ет­ся угар ле­гиру­ющих эле­мен­тов, а при до­бав­ке уг­ле­кис­ло­го га­за воз­можно и на­уг­ле­рожи­вание ме­тал­ла шва. До­бав­кой к ар­го­ну 5…10% азо­та мо­жет быть по­выше­но его со­дер­жа­ние в ме­тал­ле шва. Азот, яв­ля­ясь сильным а­ус­те­нити­зато­ром, поз­во­ля­ет из­ме­нять струк­ту­ру ме­тал­ла шва.

При свар­ке в уг­ле­кис­лом га­зе низ­ко­уг­ле­родис­тых вы­соко­леги­рован­ных ста­лей с ис­пользо­вани­ем низ­ко­уг­ле­родис­тых сва­роч­ных про­волок, ес­ли ис­ходная кон­цен­тра­ция уг­ле­рода в сва­роч­ной ван­не ме­нее 0,10%, про­ис­хо­дит на­уг­ле­рожи­вание ме­тал­ла на 0,02…0,04%. Это­го дос­та­точ­но для рез­ко­го сни­жения стойкос­ти ме­тал­ла шва к меж­крис­таллит­ной кор­ро­зии. Од­новре­мен­но окис­ли­тельная ат­мосфе­ра, соз­да­ва­емая в ду­ге за счет дис­со­ци­ации уг­ле­кис­ло­го га­за, спо­собс­тву­ет уга­ру до 50% ти­тана и алю­миния.

На­уг­ле­рожи­вание ме­тал­ла шва в не­кото­рых слу­ча­ях мо­жет ока­зать бла­гоп­ри­ят­ное действие при свар­ке жа­роп­рочных ста­лей. При на­личии в ме­тал­ле шва энер­гичных кар­би­до­об­ра­зова­телей (ти­тана и ни­обия) его на­уг­ле­рожи­вание при уве­личе­нии в струк­ту­ре ко­личес­тва кар­бидной фа­зы по­выша­ет жа­роп­рочность. Не­дос­татком свар­ки в уг­ле­кис­лом га­зе яв­ля­ет­ся большое раз­брыз­ги­вание ме­тал­ла (по­тери дос­ти­га­ют 10…12%) и об­ра­зова­ние на по­вер­хнос­ти шва плот­ных пле­нок ок­си­дов, проч­но сцеп­ленных с ме­тал­лом. Это мо­жет рез­ко сни­зить кор­ро­зи­он­ную стойкость и жа­рос­тойкость свар­но­го со­еди­нения.

Свар­ку пла­вящим­ся элек­тро­дом в за­щит­ных га­зах вы­пол­ня­ют на пос­то­ян­ном то­ке на об­ратной по­ляр­ности.

 

5.2Сварка чугуна

Про­цесс гра­фити­зации, или вы­деле­ния уг­ле­рода в ви­де вклю­чений сво­бод­но­го гра­фита, оп­ре­деля­ющий струк­ту­ру и свойства чу­гуна, за­висит от ско­рос­ти его ох­лажде­ния и хи­мичес­ко­го сос­та­ва.

Свойства чу­гуна во мно­гом за­висят от фор­мы гра­фито­вых вклю­чений. По это­му приз­на­ку, а так­же по струк­ту­ре мат­ри­цы раз­ли­ча­ют сле­ду­ющие ви­ды чу­гуна:

§ се­рый — с плас­тинча­тым гра­фитом в фер­ритной или пер­литной мат­ри­це (мар­ки от СЧ10 до СЧ45, где чис­ла со­от­ветс­тву­ют s_в, кгс/мм², для чу­гуна);

§ ков­кий — с хлопьевид­ным гра­фитом в фер­ритно-пер­литной мат­ри­це (от КЧ 30-6 до КЧ 63-2, где пер­вое чис­ло оз­на­ча­ет s_в, кгс/мм², вто­рое — уд­ли­нение, %);

§ вы­сокоп­рочный — с ша­ровид­ным гра­фитом в фер­ритной, пер­литной или бейнит­ной мат­ри­це (от ВЧ 38-7 до ВЧ 120-4);

§ ле­гиро­ван­ный — с плас­тинча­тым или ша­ровид­ным гра­фитом в фер­ритной, пер­литной или а­ус­те­нит­ной мат­ри­це: хро­мис­тый — до 36% Сr (ИЧХ13Г3Б); ни­келе­вый — до 20% Ni (ЧН15Д7Х2); крем­нистый — до 18% Si (ЧС15М4); мар­ганце­вый — до 12% Мn (ЧХ4Г7Д); алю­мини­евый — до 30% А1 (ЧЮ7Х2).

Низ­кая сва­рива­емость чу­гунов свя­зана с ох­рупчи­вани­ем свар­но­го шва и зо­ны тер­ми­чес­ко­го вли­яния в свя­зи с от­бе­лива­ни­ем при ох­лажде­нии пос­ле свар­ки, об­ра­зова­ни­ем го­рячих и хо­лод­ных тре­щин, по­рис­тостью, обус­ловлен­ной ин­тенсив­ным га­зовы­деле­ни­ем при свар­ке, и по­вышен­ной жид­ко­теку­честью чу­гунов, за­труд­ня­ющей удер­жа­ние сва­роч­ной ван­ны от вы­тека­ния.

Раз­ли­ча­ют свар­ку с по­дог­ре­вом (го­рячую) и без по­дог­ре­ва (хо­лод­ную). Го­рячая свар­ка мо­жет про­водиться со сла­бым по­дог­ре­вом (до 300…400°С) и с сильным по­дог­ре­вом (до 600…700°С). Тех­но­логия го­рячей ду­говой свар­ки чу­гуна вклю­ча­ет в се­бя сле­ду­ющие опе­рации: под­го­тов­ка под свар­ку, пред­ва­рительный по­дог­рев, свар­ка и пос­ле­ду­ющее мед­ленное ох­лажде­ние из­де­лий.

Го­рячая руч­ная ду­говая свар­ка вы­пол­ня­ет­ся пла­вящи­мися пок­ры­тыми элек­тро­дами. Пла­вящи­еся элек­тро­ды (ОМЧ-1, ВЧ-3, ЭП-4 и др.) сос­то­ят из чу­гун­но­го стер­жня ма­рок А и Б с со­дер­жа­ни­ем 3,0…3,5% уг­ле­рода, 3…4% крем­ния, 0,5…0,8% мар­ганца и ста­били­зиру­юще­го пок­ры­тия с до­бав­кой гра­фити­зато­ров. Свар­ку ве­дут при по­вышен­ных (по срав­не­нию со свар­кой ста­ли) то­ках (I _св = (60…100) d) с ис­пользо­вани­ем спе­ци­альных элек­тро­додер­жа­телей. Ди­аметр элек­тро­дов мо­жет дос­ти­гать 12 мм. Свар­ку осу­щест­вля­ют на пос­то­ян­ном то­ке об­ратной по­ляр­ности или на пе­ремен­ном то­ке. Ско­рость ох­лажде­ния при свар­ке не пре­выша­ет 50°С/ч.

Хо­лод­ная руч­ная ду­говая свар­ка чу­гуна осу­щест­вля­ет­ся с при­мене­ни­ем элек­тро­дов с по­вышен­ным со­дер­жа­ни­ем гра­фити­зато­ров (С, Si), ко­торые поз­во­ля­ют по­лучить в шве струк­ту­ру се­рого чу­гуна, или с при­мене­ни­ем элек­тро­дов на ос­но­ве ме­ди и ни­келя, ко­торые обес­пе­чива­ют плас­тичность ме­тал­ла шва, не об­ра­зу­ют со­еди­нений с уг­ле­родом и не рас­тво­ря­ют его, уменьша­ют от­бе­лива­ние и спо­собс­тву­ют гра­фити­зации. Свар­ку ве­дут с ми­нимальным теп­ловло­жени­ем для уменьше­ния зо­ны наг­ре­ва, в ко­торой воз­можно об­ра­зова­ние за­калоч­ных струк­тур и вы­соких ос­та­точ­ных нап­ря­жений. С этой целью де­ла­ют пе­реры­вы для ох­лажде­ния. При­меня­ют элек­тро­ды ма­лых ди­амет­ров (3…6 мм), не­большую си­лу то­ка (I _св = (20…30) d), свар­ку осу­щест­вля­ют ко­рот­ки­ми учас­тка­ми (15…25 мм), пос­ле свар­ки про­водят про­ков­ку шва (табл. 5.5).