Электрошлаковая сварка

 

При электрошлаковой сварке источником теплоты для рас- илавления основного и электродного металла является расплав­ленный флюс, нагреваемый до высокой температуры (2000 °С) за счет прохождения электрического тока.

Процесс электрошлаковой сварки (рис. 19.20) начинается с. образования шлаковой ванны 4 в пространстве между кромка­ми основного металла 1 и формирующими водоохлаждаемыми
устройствами (ползунами) 3 путем расплавления флюса элек­трической дугой, возбуждаемой между электродом 2 и вводной планкой 7. После накопления определенного количества жид­кого шлака дуга шунтируется шлаком и гаснет, а подача электро­да и подвод тока продолжаются. В результате действия теплоты шлаковой ванны происходит расплавление основного и элек­тродного металла и образуется сварочная ванна 5. По мере за­полнения зазора между свариваемыми заготовками сварочная и шлаковая ванны поднимаются вверх, так как обычно электро­шлаковую сварку выполняют снизу вверх. При этом автомати­чески с той же скоростью поднимаются устройство для подачи проволоки (мундштук) и ползуны. В нижней части происходит затвердевание сварочной ванны и образование сварного шва 6.

В зависимости от типа применяемого электрода различают электрошлаковую сварку электродной проволокой, электродной пластиной или пларящимся мундштуком.

В зависимости от толщины свариваемых элементов процесс ведут одним или несколькими электродами. Наибольшее распро­странение для соединения металла толщиной до 500 мм получила сварка тремя электродами диаметром 2,5...3,5 мм. Сварку одним электродом используют для соединения заготовок толщиной до 150 мм, при этом электроды совершают поперечные колебания для обеспечения равномерного разогрева шлаковой ванны по всей толщине.

Устойчивость электрошлаковой сварки определяется ее режи­мом. Основными параметрами режима сварки являются свароч­ный ток, напряжение на электродах и скорость сварки. К допол­нительным параметрам относятся зазор между свариваемыми заготовками, скорость подачи электрода, число электродов и пло­щадь их поперечного сечения, глубина Шлаковой ванны, состав флюса, вылет электрода, частота поперечных колебаний элек­трода.

Для электрошлаковой сварки применяются специальные флю­сы, состав которых зависит от химического состава свариваемых металлов.

В качестве источников питания для. электрошлаковой сварки рекомендуется применять трансформаторы с жесткой характе­ристикой и напряжением, регулируемым в пределах 35...55 В. Электрошлаковая сварка производится на специальных автома­тических установках.

Электрошлаковую сварку широко применяют в тяжелом ма­шиностроении при изготовлении крупногабаритных конструкций (валов, корпусных деталей и других ковано-сварных и лито-свар- ных конструкций) с толщиной свариваемых заготовок от 50 до 2000 мм.

Газовая сварка

При газовой сварке нагрев кромок соединяемых частей про­изводится пламенем, образующимся при сжигании газов в смеси с технически чистым кислородом на выходе из сварочной го­релки.

Основным горючим газом является ацетилен, также приме­няются природный газ, пропан-бутановая смесь, МАФ (метилаце- тилен-алленовая фракция), водород и другие горючие газы.

Ацетилен С₂Н₂ представляет собой химическое соединение углерода с водородом. Получают его из карбида кальция СаС₂ путем разложения его водой в ацетиленовых генераторах:

СаС₂ + 2Н₂0 = С₂Н₂ + Са(ОН)₂.

При этом из одного килограмма СаС₂ выделяется 230...280 дм³ газообразного С₂Н₂.

Пропан-бутановые смеси состоят из технического пропана (С₃Н₈) с примесью 5...30 % технического бутана (С₄Н₁₀), кото­рые образуются при переработке нефти и нефтепродуктов.

В последнее время вместо ацетилена и пропан-бутановой сме­си начали применять МАФ. Температура горения ацетилена и МАФ близки между собой (соответственно 3200 °С и 2927 °С). Количество кислорода, подаваемого в газовую горелку, для аце­тилена и МАФ примерно одинаково, а для пропан-бутановой смеси оно в 1,5 раза выше.

19.8.

Для заполнения зазора между кромками свариваемого металла и образования сварного шва в сварочную ванну вводят присадоч­ный металл в виде проволоки, прутков или полосок, нарезаемых из металла такого же состава, что и свариваемый, или близкого к нему. Если формирование шва возможно за счет расплавления кромок основного металла, то присадочный металл можно не при­менять.

Газовой сваркой можно сваривать почти все металлы, исполь­зуемые в технике, причем такие металлы и сплавы, как чугун, медь, свинец, латунь, легче поддаются газовой сварке, чем дуговой.

К преимуществам газовой сварки относится и то, что она не требует сложного оборудования и источника электрической энер­гии. В настоящее время газовая сварка широко применяется при монтаже металлоконструкций и трубопроводов из тонкостенных труб, сантехнических работах, сварке сплавов на основе меди, ремонтной сварке изделий из чугуна.

В сварочном пламени (рис. 19.21) различают три зоны: ядро 1, среднюю восстановительную зону 2 и факел 3 (окислительную зону). Все три зоны ярко выражены в нормальном пламени. Ядро имеет резко очерченную форму, плавно закругляющуюся в кон­це, с ярко светящейся оболочкой. Восстановительная зона рас­полагается за ядром и состоит из продуктов неполного сгорания ацетилена — СО и Н₂. Этой зоной производят сварку, так как оксид углерода и водород раскисляют расплавленный металл. Она имеет наибольшую температуру 3200 °С) на расстоянии 3...6 мм от ядра. Факел располагается за восстановительной зо­ной, состоит из С0₂ и паров воды.

Рис, 19.21. Схема сварочного пламени

 

В зависимости от соотношения между кислородом и ацетиле­ном различают три основных вида сварочного пламени. Нормаль­ное пламя (рис. 19.22, а) теоретически получается тогда, когда в сварочную горелку на один объем кислорода поступает один объем ацетилена, на практике же кислорода подают 1,1... 1,3 от объема ацетилена. Окислительное пламя (рис. 19.22, б) полу­чается при избытке кислорода, когда на один объем ацетилена поступает более 1*3 объема кислорода. Науглероживающее пла­мя (рис. 19.22, в) образуется при избытке ацетилена, когда

а

б

в

Рис. 19.22. Виды ацетилено-кислородного пламени: а — нормальное; б — окислительное; в — науглероживающее

1 3

в горелку на один объем ацетилена подается 0,95 и менее объе­ма кислорода.

В большинстве случаев при сварке применяют нормальное пламя, которое способствует раскислению металла сварочной ванны и получению качественного сварного шва.

Значительное влияние на производительность и качество сварки оказывает направление движения горелки по отношению к свариваемому шву. Различают два способа газовой сварки — правый и левый (рис. 19.23).

а

d

а

 

V,

ся

с

V.

Рис. 19.23. Способы газовой сварки: а — правый; б— левый

 

При правом способе сварка производится слева направо, сва­рочное пламя направляется на сваренный участок шва, а приса­дочная проволока перемещается вслед за пламенем. При левом способе сварка производится справа налево, сварочное пламя направляется на еще несваренные кромки металла, а присадоч­ная проволока перемещается впереди пламени.

Правый способ экономичнее левого, его производительность на 20...25 % выше, а расход газов на 15...20 % меньше, чем лево­го. Правый способ целесообразнее применять при сварке деталей толщиной более 3 мм и при сварке металлов с большой теплопро- водимостью. При сварке металла толщиной до 3 мм более эффек­тивным является левый способ.

Пост для газовой сварки (рис. 19.24) состоит из переносного ацетиленового генератора с предохранительным затвором или бал­лона с горючим газом, баллона с кислородом, газовых редукторов, рукавов и сварочной горелки со сменными наконечниками. Также применяются стационарные ацетиленовые генераторы, от которых ацетилен подается по ацетиленопроводу к сварочному посту.

Рис. 19.24. Оборудование поста для газовой сварки: 1 — сварочная горелка; 2 — кислородный редуктор; 3 — баллон с кисло­родом; 4 — предохранительный затвор; 5 — рукава

 

Для производства ацетилена применяют различные конструк­ции генераторов. В основу их классификации положены следую­щие признаки: способ установки, производительность, давление вырабатываемого ацетилена, система регулирования взаимодей­ствия карбида кальция с водой.

По способу установки генераторы подразделяют на передвиж­ные и стационарные. Производительность передвижных генера­торов не превышает 5 м³/ч.

По давлению вырабатываемого ацетилена генераторы делятся на три группы: низкого (до 0,01 МПа включительно), среднего (0,01...0,15 МПа) и высокого (свыше 0,15 МПа) давления.

По системам регулирования взаимодействия карбида кальция с водой различают генераторы с количественным и повременным регулированием реагирующих веществ.

Количественное регулирование ацетилена осуществляют пе­риодической дозировкой либо карбида кальция при постоянном объеме воды в зоне реакции (система «карбид в воду»), либо воды при загрузке всего карбида кальция (система «вода на кар­бид»). Широко применяют и комбинированную систему генера­торов с дозировкой обоих реагирующих веществ.

Повременное регулирование количества ацетилена в газосбор­нике осуществляется дозировкой времени контактирования кар­бида кальция с водой. Такие системы генераторов называют контактными. Если подвижным компонентом служит карбид кальция, то такая система носит название «погружения», если подвижной системой является вода — «вытеснения».

Существуют также системы генераторов, в которых сочета­ется количественная и повременная системы регулирования.

Ацетиленовые генераторы (рис. 19.25) независимо от системы имеют следующие основные элементы: зарядник, газосборник, предохранительные устройства против повышения давления в газосборнике и защиты генератора от обратных ударов пламени. Указанные узлы могут быть сосредоточены в одной конструк­ции или разобщены и связаны между собой трубопроводами. Ста­ционарные генераторы в ряде случаев снабжают химическими очистителями.

В ацетиленовых генераторах применяют два типа предохра­нительных устройств: для выпуска ацетилена в атмосферу при повышении давления сверх допустимого и защиты генератора от проникновения в газосборник пламени при обратном ударе.

Обратным ударом называют проникание фронта пламени внутрь канала сопла горелки и распространение его навстречу потоку горючей смеси. Возможность обратного удара определя­ется соотношением скорости истечения смеси и скорости ее вос­пламенения. Обратные удары возникают при чрезмерном нагреве

Рис. 19.25. Схема ацетиленового генератора комбинированного типа: 1 — отбор газа; 2 — бак с водой; 3 — газосборник; 4 —зарядник

 

горелки-, малом расстоянии мундштука от поверхности нагрева, закупоривании мундштука и других условиях.

Предохранительные устройства для защиты генератора от об­ратных ударов пламени представляют собой водяные затворы (рис. 19.26). Корпус 3 затвора заполняют водой до уровня кон­трольного крана КК. Ацетилен подводится по трубке 5 и проходит

Рис. 19.26. Схема водяного затвора закрытого типа: a — нормальная работа затвора; б — обратный удар

 

через обратный клапан 4, расположенный в нижней части кор­пуса. В верхнюю часть корпуса газ проходит через отражатель 2. Ацетилен отводится к месту потребления через расходный кран РК. В верхней части корпуса имеется трубка, закрытая мембра­ной 1 из алюминиевой фольги. При обратном ударе пламени мем­брана разрывается, и взрывчатая смесь выходит наружу. Давление взрыва через воду передается на клапан 4, который закрывает подвод газа от генератора.

Кислород поставляется к месту сварки в стальных баллонах емкостью 40 дм³ под давлением 15 МПа.

Редукторы предназначены для понижения давления газа, отбираемого из баллона, до рабочего давления и автоматическо­го поддержания его постоянным независимо от изменения дав­ления газа в баллоне.

Газовую сварку используют для получения сварных соедине­ний различных металлов и сплавов.

Сварочная горелка является основным инструментом при га­зовой сварке. Она предназначена для регулируемого смешения кислорода и горючего газа и создания сварочного пламени тре­буемого состава. По способу подачи горючего газа и кислорода в смесительную камеру горелки подразделяются на горелки низ­кого давления — й&жекторные (рис. 19.27) и высокого давления — безынжекторные. В горелках низкого давления для подсоса горю­чего газа используется встроенный инжектор, при этом давле­ние кислорода составляет 0,15...0,5 МПа, а давление горючего газа — 0,001...0,12 МПа. В горелке высокого давления горючий газ и кислород подаются под примерно одинаковым давлением — 0,05...0,1 МПа. Наиболее распространены горелки низкого дав­ления. Горелки снабжаются комплектом сменных наконечни­ков, которые определяют их мощность.

Рис. 19.27. Инжекторная горелка для газовой сварки

 

Низкоуглеродистые и низколегированные стали сваривают­ся без особых затруднений. Сварку ведут нормальным пламенем и, как правило, без флюсов. Расход горючего газа устанавлива­ется по выражениям:

□ для левого способа V = (100...130)5 дм³/ч;

□ для правого способа F=(120...150)S дм³/ч, где S — толщи­на металла, мм.

Диаметр присадочной проволоки выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла:

□ для левого способа d, - (S/2 + 1) мм;

□ для правого способаd = S/2мм.

Для неответственных конструкций в качестве присадочного материала применяют сварочную проволоку Св-08 и Св-08А, при сварке ответственных конструкций — Св-08Г, Св-08ГА, Св-10ГА и Св-14ГС.

При сварке меди возникает ряд трудностей, обусловленных ее физико-механическими свойствами. Медь склонна к окислению с образованием тугоплавких оксидов, поглощению газов расплав­ленным металлом, обладает высокой теплопроводностью, большим коэффициентом линейного расширения при нагревании.

Склонность к окислению вызывает необходимость применения при сварке специальных флюсов, защищающих расплавленный металл от окисления и растворяющих образующиеся оксиды, переводя их в шлаки. Высокая теплопроводность требует при­менения более мощного пламени, чем при сварке стали. Мощ­ность пламени при сварке меди толщиной до 4 мм выбирают из расчета расхода 150...175 дм³/ч ацетилена на 1 мм толщины, при толщине до 8...10 мм — 175...225 дм³/ч.

Сварка проводится восстановительной зоной, расстояние от конца ядра до свариваемого металла — 3...6 мм. Применяется левый и правый способы сварки, но предпочтительнее правый способ с наклоном мундштука горелки к свариваемому изделию 40...50°, а присадочной проволоки — 30...40°. Свариваемые изде­лия рекомендуется устанавливать под углом 10° к горизонтальной плоскости, сварка при этом ведется на подъем.

В качестве присадочного материала при сварке меди толщи­ной до 5 мм применяют прутки из меди диаметром 1,5...3 мм, свыше 5 мм — медную проволоу диаметром более 5 мм, содер­жащую 0,2...0,7 % фосфора или 0,2 % фосфора и 0,15...0,30 % кремния.