594704

а)	б)

в)

Рис. 14.12. Температурные поля: а) сварка с постоянной подачей сварочной проволоки в среде защитных газов СО2; б) сварка с импульсной подачей сварочной проволоки в среде защитных газов СО2; в) сварка с импульсной подачей сварочной проволоки в среде защитных газов 70 %Ar+30 %СО2

Также при сварке с импульсной подачей электродной проволоки с использованием инертных газов имеют место процессы окисления, азотирования, наводороживания, а также растворения газов и вредных примесей в сварочной ванне. Это связано с несовершенством газовой защитной зоны сварки и проникновением в нее атмосферного воздуха. Кроме того, неизбежное присутствие даже небольших концентраций вредных примесей в инертных газах, наличие окисленных поверхностных слоев на кромках металла и сварочной проволоки способствуют образованию оксидов, нитридов и других веществ, заметно ухудшающих физико-механические свойства сварных соединений. В свою очередь, кремний, растворяясь в феррите, повышает предел текучести и уменьшает склонность к хладноломкости. Марганец же образует твердый раствор с железом и немного повышает твердость и прочность.

201

		1,8		100 А
		1,6
		1,4
	%	1,2
	Содержание,	1
		0,8
		0,6
		0,4
		0,2
		0
		марганец	кремний		углерод	хром
				Химические элементы
		постоянная в СО2	постоянная 70-30	импульсная В СО2	импульсная 70-30	основной металл
				а
	1,8			120 А
	1,6
	1,4
%	1,2
Содержание,		1
	0,8
	0,6
	0,4
	0,2
		0
		марганец	кремний		углерод	хром
				Химические элементы

постоянная в СО2	постоянная 70-30	импульсная в СО2		импульсная 70-30	основной металл
			б
1,8			140 А
1,6
1,4
1,2
%
1
0,8
Содержание,
0,6
0,4
0,2
0
марганец	кремний		углерод		хром
		Химические элементы
постоянная в СО2	постоянная 70-30		импульсная в СО2	импульсная 70-30	основной металл
			в
Рисунок 14.13. Содержание химических элементов в сварном шве:
а) I=100 A; б) I=120 A; в )I=140 A

Как видно из гистограмм (рис. 14.13 а, б, в), содержание легирующих элементов (марганца и кремния) с повышением величины тока превышает содержание относительно основного металла на 40–60 % для всех способов сварки.

202

Это объясняется тем, что при сварке, элементы Mn и Si, участвующие в раскислении, при их достаточной концентрации в электродном металле также частично усваиваются, переходя в сварной шов. Однако стоит отметить, что только при использовании сварки с ИПЭП в смеси газов химический состав сварного шва одинаков на всем диапазоне токов.

Также при сварке с ИПЭП происходит меньшее выгорание Mn и Si относительно сварки с постоянной подачей на 10–20 %, что приводит к повышению механических свойств из-за меньшего тепловложения в каплю электродного металла. Это объясняется тем, что эффективная тепловая мощность сварочной дуги различна как из-за режимов сварки (силы тока и напряжения), так и из-за значения эффективного нагрева изделий.

При использовании сварки с ИПЭП в смеси газов позволяет предотвратить выгорание углерода, что позволяет сделать вывод о том, что металл шва и основной металл схожи по твердости и пластичности (равнопрочное сварное соединение).

Содержание хрома, в свою очередь, для всех способов сварки относительно основного металла снижается на 30–40 %.

ВОПРОСЫ

1.Каковы особенности и способы защиты металла с использованием защитных газов?

2.Расскажите о подготовке деталей и выборе технологических параметров режима, определяющих условия сварки в защитных газах.

3.Охарактеризуйте особенности технологии сварки вольфрамовым электродом в защитных газах.

4.Какие существуют разновидности сварки вольфрамовым электродом в защитном газе? Их особенности.

5.Расскажите об особенностях процесса и технологии сварки плавящимся электродом в среде аргона.

6.Расскажите об особенностях процесса и технологии сварки плавящимся электродом в углекислом газе.

7.Какую полярность лучше использовать при аргонодуговой сварке на постоянном токе плавящимся электродом для тонких деталей?

203

ГЛАВА 15. ТЕХНОЛОГИЯ ДУГОВОЙ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКИ

15.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИИ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ

При механизированной сварке подача электродной проволоки в зону горения дуги осуществляется механизированным способом, а перемещение дуги вдоль свариваемых кромок производится вручную.

Механизированная сварка плавящимся электродом может выполняться под слоем флюса, в защитных газах и самозащитной порошковой проволокой. В настоящее время использование механизированной сварки под флюсом весьма ограничено. Общие требования и технология выполнения в общем аналогичны, как и в случае автоматической дуговой сварки под слоем флюса. Более широкое применение нашли два последних варианта. Механизированной сваркой в защитных газах сваривают соединения, имеющие стыковые и угловые швы. Сварка выполняется шланговыми полуавтоматами с постоянной скоростью подачи электродной проволоки. Применяемые источники питания дуги имеют жесткую вольт-амперную характеристику.

Стыковые швы могут выполняться вертикальным электродом при движении горелки на себя, слева направо и справа налево. Изделие толщиной до 6–8 мм можно сваривать односторонним швом без разделки кромок, при больших толщинах – двусторонним швом с разделкой кромок и многослойном варианте. При выполнении стыковых соединений однослойными швами, а также при наложении первого слоя многослойного шва горелку перемещают обратно-поступательно по оси шва без поперечных колебаний электрода (рис. 15.1). При наложении последующих сварных слоев горелку перемещают по вытянутой спирали. Последние сварные слои выполняют при зигзагообразном движении горелки «змейкой» или же по вытянутой спирали, но с большей амплитудой колебания.

Во время сварки горелка не должна задерживаться на одном месте, так как в противном случае значительно увеличивается размер сварочной ванны, что вызывает перегрев металла. После заварки кратера и выключения сварочного тока для защиты металла ванны от окисления необходимо в течение 3–5 с подержать горелку над кратером, не прекращая поступления защитного газа до полного затвердевания жидкого металла. Заканчивать процесс сварки растягиванием дуги и отводом горелки не рекомендуется.

204

Рис. 15.1. Перемещение горелки при механизированной сварке многослойных стыковых швов в углекислом газе: а – первый слой;

б – заполняющий слой; в – замыкающий слой

Для выполнения стыковых соединений сварку можно вести также с наклоном электрода как углом вперед, так и назад. В первом случае при наклоне электрода до 10–30º глубина проплавления несколько меньше, шов шире, удобнее направлять дугу при разделке шва, можно добиться существенного уменьшения разбрызгивания, сварку можно выполнять с большими скоростями, чем вертикальным электродом. При сварке углом назад рекомендуется наклонять горелку на 5–15º. В этом случае можно несколько увеличить глубину провара, но ширина шва уменьшается. Для расширения шва сварку выполняют поперечными к оси шва колебаниями электрода.

Угловые швы могут выполняться как наклонным (рис. 15.2), так и вертикальным электродом «в лодочку». При сварке наклонным электродом горелка наклоняется поперек шва под углом 30–45º к вертикали, а вдоль шва – на 5–15º.

Рис. 15.2. Положение горелки при механизированной сварке угловых швов

Торец электрода направляют в угол соединения или смещают от него на расстояние до 1 мм от горизонтальной детали. В процессе сварки горелку перемещают возвратно-поступательно по оси шва без поперечных колебаний. Желательно вести сварку на спуск с наклоном изделия на 6–10º. Это улучшает формирование шва, позволяет повышать скорость сварки и уменьшать разбрызгивание металла. Основной трудностью при выполнении угловых швов наклонным электродом является растекание жидкого металла по горизонтальной плоскости, что может привести к подрезам и непроварам. Во избежание этого за один проход

205

обычно формируют угловые швы катетом не более 8 мм. При выполнении угловых швов «в лодочку» особых трудностей не возникает.

Основные типы, конструктивные элементы и размеры швов сварных соединений при механизированной сварке в защитных газах те же, что и при автоматической.

Механизированная сварка в защитных газах может производиться во всех пространственных положениях шва, из которых наиболее удобным является нижнее. Колебательные движения поперек оси шва сообщают электроду в зависимости от требуемой ширины шва, толщины свариваемого металла и формы подготовленных кромок.

Вертикальные стыковые и угловые швы могут выполняться снизу вверх и сверху вниз. Сварку сверху вниз применяют при соединении тонколистовых деталей, а также при наложении первого слоя многослойного шва. В начале процесса сварки, чтобы обеспечить хороший провар начала шва, электрод располагают перпендикулярно основному металлу. После образования сварочной ванны его наклоняют на 10–15º ниже горизонтали и направляют на переднюю часть ванны, предупреждая ее стекание, увеличивая проплавление корня шва и исключая несплавления и натеки по краям шва. При толщине металла более 6 мм сварку производят снизу вверх как углом вперед, так и назад. Второй способ применяют вслучае сварки металла большей толщины. Для улучшения формирования шва электроду сообщают колебательные движения. При сварке снизу вверх получается глубокий провар корня шва и отсутствуют несплавления по его краям.

В горизонтальном положении при толщине деталей до 3 мм сварку ведут без скоса кромок, с небольшим зазором при сборке, что обеспечивает полный провар швов и небольшую выпуклость шва. Сварку ведут с наклоном электрода снизу вверх и углом назад без поперечных колебаний электрода. При толщине металла более 3 мм делают скос на кромке верхнего листа, электрод также направляют снизу вверх, что предупреждает стекание металла на нижнюю кромку.

В потолочном положении сварку выполняют углом назад при минимальных напряжениях и силе тока. Дугу и поток защитного газа направляют на ванну жидкого металла, что уменьшает ее стекание. Для этой цели рекомендуется увеличивать расход защитного газа. Стыковые швы в потолочном положении выполняют с разделкой кромок и с поперечными колебаниями электрода.

Технология выполнения поворотных кольцевых стыковых швов во многом подобна технологии выполнения продольныхшвов. Электродпри этом располагается сверху с небольшим смещением от верхней точки окружности в сторону, противоположную направлению вращения изделия.

206

Сварку толщиной до 2,5 мм, а также наложение первого слоя на металл большой толщины рекомендуется вести в вертикальном положении сверху вниз или в полупотолочном положении (рис. 14.3). Дугу и поток защитного газа следует направлять на ванну жидкого металла. Это обеспечивает получение полного проплавления соединения с обратным формированием шва без прожогов, даже при значительных переменных зазорах.

а

б

Рис. 15.3. Расположение горелки при выполнении кольцевых швов:

а – сверху вниз; б – полупотолочное

Подготовка кромок и сборка под механизированную сварку, а также выбор электродной проволоки производятся в основном так же, как и при автоматической сварке в защитных газах. Во всех случаях, где это возможно, рекомендуется собирать и сваривать соединения в приспособлениях без прихваток. При сборке на прихватках последние следует устанавливать с обратной стороны соединения. Прихватку можно выполнять сваркой неплавящимся электродом, тонкой проволокой в защитном газе и др. Во избежание протекания жидкого металла в зазоры, стыковые соединения тонких деталей должны выполняться сваркой на медных или керамических подкладках.

Механизированная сварка в углекислом газе является наиболее распространенным способом механизированной сварки плавящимся электродом в защитных газах. В настоящее время этот способ, как более производительный, успешно конкурирует с ручной дуговой сваркой покрытыми электродами и по своей маневренности. Технологические условия и режимы механизированной сварки в углекислом газе примерно те же, что и при автоматической сварке. Во избежание появления прожогов механизированную сварку выполняют с меньшей силой тока, чем автоматическую, и, как следствие, с меньшей скоростью.

15.2. МЕХАНИЗИРОВАННАЯ СВАРКА ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ

Для устранения недостатков, присущих сварке покрытыми электродами, в последние годы получила развитие механизированная сварка

207

порошковой проволокой. Механизированная сварка порошковой проволокой позволяет выполнять стыковые, угловые, тавровые и нахлесточные соединения как с разделкой, так и без разделки кромок. Подготовка и сборка деталей под сварку производится так же, как и при сварке

взащитных газах.

Крежимам сварки порошковой проволокой относятся те же параметры, что и при сварке в углекислом газе. Диаметр порошковой проволоки и силу тока устанавливают в зависимости от толщины свариваемого металла, необходимого количества слоев шва и положения в пространстве. Скорость подачи проволоки зависит от силы тока, напряжения дуги, диаметра и марки порошковой проволоки. Вылет электрода находится в прямой зависимости от диаметра применяемой проволоки.

Технология механизированной сварки порошковой проволокой аналогична технологии механизированной сварки в углекислом газе сплошной электродной проволокой. Однако сварка порошковой проволокой различных марок требует определенного навыка. Сварка производится короткой дугой, так как при увеличении ее длины усиливается разбрызгивание жидкого металла, ухудшается его защита от воздуха, возрастает выгорание элементов, содержащихся в проволоке, что приводит к образованию пор в наплавленном металле. При слишком короткой дуге значительно падает ее напряжение, что ухудшает стабильность горения дуги и может привести к плохому формированию шва, а также появлению в нем шлаковых включений.

Особое внимание следует обращать на рекомендуемый вылет электрода. При уменьшении его мундштук горелки сильно забрызгивается, возможны приварка к нему проволоки и образование дефектов в шве. При увеличении вылета проволоки она перегревается, что приводит к преждевременному выгоранию ее газообразующих составляющих и образованию пористости шва. Колебательные движения электрода зависят от толщины свариваемого металла. Основные варианты таких движений показаны на рисунке 15.4.

Сварку, как правило, выполняют вертикальным электродом, однако допускается наклон его вперед или назад до 15–20º. При наложении угловых швов электрод располагают под углом 30–40º к вертикали. Свар-

ка в вертикальном положении обычно производится снизу вверх, а при толщине металла менее 4 мм – сверху вниз, что предотвращает возможные прожоги. При выполнении многослойных швов перед наложением каждого последующего слоя тщательно удаляется шлак с предыдущего.

208

а

б

Рис. 15.4. Колебательные движения электрода при сварке порошковой проволокой: а – по спирали; б – змейкой

Режимы механизированной сварки самозащитной порошковой проволокой приведены в таблице 15.1.

Таблица 15.1

Режимы механизированной сварки порошковой проволокой типа ПП-АН1, ПП-АН3 (диаметр 3мм)

	Толщина свари-	Тип напол-		Параметры режима
					скорость	вылет
	ваемых деталей.	нителя	сварочный	напряжение	подачи,	электро-
	мм
			ток, А	дуги, В	мм/с	да, мм
	3–6	ПП-АН1,	200–240	24–25	28	15–20
	8–12		250–300	25–27	33	15–20
		рутиловый
	14–20		300–350	26–28	47	20–25
	5–10	ПП-АН3	360–380	25–28	39	15–20
	10–15		420–450	26–29	47	20–25
	15–20		460–490	26–29	58	25–30

Для улучшения защиты ванны и упрощения состава наполнителя проволоки получил применение комбинированный процесс сварки порошковой проволокой с дополнительной защитой ванны углекислым газом.

15.3. МЕХАНИЗИРОВАННАЯ СВАРКА ОТКРЫТОЙ ДУГОЙ САМОЗАЩИТНОЙ ПРОВОЛОКОЙ

Сварка самозащитной проволокой сплошного сечения без дополнительной защиты разработана для применения в монтажных, а также заводских условиях в тех случаях, когда неприемлема сварка в углекислом газе. Особенность этого способа заключается в том, что металл расплавляется теплом дуги, горящей между голой электродной проволокой и изделием с последующей его кристаллизацией и образованием шва. При этом внутренняя защита, как у порошковых проволок, и дополнительная защита флюсом или газом отсутствуют. При такой техно-

209

логии сварки швы имеют высокие механические свойства, если в составе электродной проволоки есть в достаточном количестве элементыраскислители и др., связывающие кислород и азот в стойкие химические соединения, не снижающие пластичности металла шва.

Механизированная сварка такой проволокой вполне заменяет ручную сварку покрытыми электродами на открытых площадках при монтажных работах.

При сварке открытой дугой обычной проволокой происходит выгорание легирующих элементов и насыщение металла шва газами (кислородом, азотом и водородом). При сварке самозащитной проволокой потери элементов компенсируются за счет повышенного содержания в электродной проволоке элементов, обладающих большим сродством с кислородом, чем выгораемые. К таким элементам относятся алюминий, титан, церий, цирконий, лантан и др.

Они связывают кислород и азот в стойкие включения, мало влияющие на пластичность и вязкость металла.

Для механизированной сварки открытой дугой применяют специальные легированные проволоки (ГОСТ 2246-70). Так, самозащитная сварочная проволока Св-20ГСТЮА с добавкой церия позволяет сваривать углеродистую сталь толщиной от 2 мм и более в нижнем, вертикальном и горизонтальном положениях. Проволока Св-16ГСТЮЦА с добавкой церия и циркония служит для сварки углеродистых и марганцовистых сталей во всех пространственных положениях. Самозащитной проволокой можно сваривать металл, покрытый окалиной, небольшим налетом ржавчины и т.д. Металл шва, наплавленный этими проволоками, по механическим свойствам равноценен металлу шва, получаемому при сварке покрытыми электродами типа Э46 или Э50.

При сварке открытой дугой самозащитной проволокой изделие меньше деформируется, чем при других способах сварки, что особенно важно при изготовлении тонколистовых конструкций. Сварку можно производить как при положительных, так и при отрицательных температурах. Производительность процесса примерно такая же, как и при сварке в углекислом газе, однако формирование швов более грубое. Подготовка кромок и сборка деталей под сварку производятся так же, как и при сварке в углекислом газе. Сварку выполняют постоянным током как на прямой, так и на обратной полярности. Режимы сварки самозащитной проволокой приведены в таблице 15.2.

210