594704

Рис. 1.1. Классификация способов дуговой сварки

1.3. ОСНОВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ ДУГОВОЙ СВАРКИ

Источником нагрева при дуговых способах сварки является сварочная дуга, представляющая собой устойчивый электрический разряд, происходящий в газовой среде между двумя электродами или электродом и деталью. Для поддержания такого разряда нужной продолжительности необходимо применение специальных источников питания дуги (ИПД). Для питания дуги переменным током применяют сварочные трансформаторы, при постоянном токе – сварочные генераторы или сварочные выпрямители.

Разработка дуговой сварки обусловлена открытием электрической дуги в 1802 г. русским физиком В.В. Петровым. Впервые для соединения металлических частей с помощью электрической дуги, горящей между неплавящимся угольным электродом и свариваемым изделием, было осуществлено Н.Н. Бенардосом в 1882 г. При необходимости в сварочную ванну дополнительно подавался присадочный материал. В 1888 г. русский инженер Н.Г. Славянов усовершенствовал процесс, заменив

21

неплавящийся угольный электрод на плавящийся металлический. Тем самым было достигнуто объединение функций электрода для существования дугового разряда и присадочного металла для образования ванны. Предложенные Н.Н. Бенардосом и Н.Г. Славяновым способы дуговой сварки неплавящимся и плавящимся электродами легли в основу разработки наиболее распространенных современных способов дуговой сварки.

Дальнейшее совершенствование дуговой сварки шло по двум направлениям:

1.Изыскание средств защиты и обработки расплавленного металла сварочной ванны.

2.Автоматизация процесса.

По характеру защиты свариваемого металла и сварочной ванны от окружающей среды могут быть выделены способы дуговой сварки с шлаковой, газошлаковой и газовой защитой. По степени автоматизации процесса способы разделяют на ручную, механизированную и автоматическую сварку. Ниже приводятся характеристики и описание основных разновидностей дуговой сварки.

Дуговаясваркапокрытымиэлектродами(рис. 1.2).

Рис. 1.2. Ручная дуговая сварка покрытыми электродами: 1 – деталь;

2 – стержень электрода; 3 – покрытие; 4 – дуга

При этом способе процесс выполняется вручную. Сварочные электроды могут быть плавящиеся – стальные, медные, алюминиевые и др. Наиболее широко применяют сварку стальными электродами, имеющими на поверхности электродное покрытие. Покрытие электродов готовится из порошкообразной смеси различных компонентов и наносится на поверхность стального стержня в виде затвердевающей пасты. Его назначение – повысить устойчивость горения дуги, провести металлур-

22

гическую обработку сварочной ванны и улучшить качество сварки. Сварной шов образуют за счет расплавления металла свариваемых кромок и плавления стержня сварочного электрода.

При этом сварщик вручную осуществляет два основных технологических движения: подачу покрытого электрода в зону сварки по мере его расплавления и перемещение дуги вдоль свариваемого шва. Ручная дуговая сварка покрытыми электродами – один из наиболее распространенных способов, используемых при изготовлении сварных конструкций. Она отличается простотой и универсальностью, возможностью выполнения соединений в различных пространственных положениях и труднодоступных местах. Существенный недостаток ее – малая производительность процесса и зависимость качества сварки от квалификации сварщика.

Дуговая сварка неплавящимся электродом (рис. 1.3). В настоя-

щее время в качестве неплавящегося электрода используют преимущественно стержни из чистого вольфрама, реже из графита.

Рис. 1.3. Электрическая сварочная цепь дуговой сварки:

1 – свариваемая деталь; 2 – сварочный электрод;3 – сварочная дуга; 4 – источник питания дуги

Применяемые вольфрамовые электроды должны отвечать требованиям ГОСТ 23949-80. Они могут содержать активирующие добавки оксида лантана (ЭВЛ), иттрия (ЭВИ), диоксида тория (ЭВТ). Эти добавки облегчают зажигание и поддерживают горение дуги, повышают эрозионную стойкость электрода. Наибольшее распространение получили электроды ЭВЛ и ЭВИ диаметром 0,5…10 мм, выдерживающие большую токовую нагрузку. Из-за окисления вольфрамовым электродом и их быстрого разрушения для защиты не допускается использовать газы, содержащие кислород. Основным защитным газом является аргон или аргоногелиевая смесь. Наряду с инертными газами для сварки

23

вольфрамовым электродом используют и некоторые активные газы, например азот и водород, или их смеси с аргоном.

Дуговая сварка под флюсом (рис. 1.4). Электрическая дуга горит между плавящимся электродом и деталью под слоем сварочного флюса, полностью закрывающего дугу и сварочную ванну от взаимодействия с воздухом. Сварочный электрод выполнен в виде проволоки, свернутой в кассету и автоматически подаваемой в зону сварки. Перемещение дуги вдоль свариваемых кромок может выполняться или вручную, или с помощью специального привода. В первом случае процесс ведется с помощью сварочных полуавтоматов, во втором – сварочных автоматов. Дуговая сварка под флюсом отличается высокой производительностью и качеством получаемых соединений. К недостаткам процесса следует отнести трудность сварки деталей небольших толщин, коротких швов и выполнение швов в основных положениях, отличных от нижних.

Рис. 1.4. Сварка под слоем флюса: 1 – деталь; 2 – слой флюса;

3 – дуга; 4 – электрод

Дуговаясваркавзащитныхгазах(рис. 1.5).

Рис. 1.5. Сварка в защитном газе: 1 – деталь;

2 – защитный газ; 3 – электрод

Электрическая дуга горит в среде специально подаваемых в зону сварки защитных газов. При этом можно использовать как неплавящийся, так и плавящийся электроды, а выполнять процесс ручным, механи-

24

зированным или автоматическим способом. При сварке неплавящимся электродом применяют присадочную проволоку, при плавящемся электроде присадки не требуется. Сварка в защитных газах отличается широким разнообразием и применяется для широкого круга металлов и сплавов.

Электрошлаковая сварка (рис. 1.6). Процесс сварки является бездуговым. В отличие от дуговой сварки для расплавления основного и присадочного металлов используется теплота, выделяющаяся при прохождении сварочного тока через расплавленный электропроводный шлак (флюс). После затвердевания расплава образуется сварной шов. Сварку выполняют чаще всего при вертикальном положении свариваемых деталей с зазором между ними. Для формирования шва по обе стороны зазора устанавливают медные ползуны-кристаллизаторы, охлаждаемые водой. Электрошлаковую сварку применяют для соединения деталей больших толщин (от 20 до 1000 мм и более).

Рис. 1.6. Электрошлаковая сварка: 1 – электрод; 2 – деталь;

3 – шлаковая ванна; 4 – сварной шов; 5 – ползуны-кристаллизаторы

1.4. СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ШВЫ

Металлическую конструкцию, изготовленную при помощи сварки из отдельных деталей, называют сварной, а часть такой конструкции –

сварным узлом.

ГОСТ 2601-84 устанавливает ряд терминов и определений для сварных соединений и швов.

Основной металл – это металл подвергающихся сварке соединяемых частей.

Сварным соединением называют неразъемное соединение, выполненное сваркой. Оно включает в себя сварной шов, прилегающую к нему зону основного металла (зона термического влияния), в которой

25

врезультате теплового воздействия сварки произошли структурные и другие изменения, и примыкающие к ней участки основного металла.

Сварной шов представляет собой участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла сварочной ванны.

Сварочная ванна – это часть металла сварного шва, находящаяся во время сварки в расплавленном состоянии. Углубление, образующееся в шве по окончании процесса сварки, называют кратером.

Металл, подаваемый в зону дуги дополнительно к расплавленному основному металлу, называют присадочным. Переплавленный присадочный металл, введенный в сварочную ванну или наплавленный на основной металл, называют наплавленным. Сплав, образованный переплавленным основным или переплавленным основным и наплавленным металлами, называют металлом шва.

По форме сопряжения соединяемых деталей различают следующие типы сварных соединений: стыковое, угловое, торцовое, тавровое и нахлестанное. Применяют также нахлесточные соединения с точечными и прорезными сварными швами, выполненными дуговой сваркой.

Стыковое соединение (рис. 1.7, а) представляет собой сварное соединение двух деталей, расположенных в одной плоскости и примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями. Оно наиболее распространено в сварных конструкциях, поскольку имеет ряд преимуществ перед другими видами соединений.

Угловое соединение (рис. 1.7, б) – это сварное соединение двух элементов, расположенных под углом друг к другу и сваренных в месте примыкания их кромок.

Торцовое соединение (рис. 1.7, в) представляет собой соединение,

вкотором боковые поверхности элементов примыкают друг к другу. Тавровое соединение (рисунок 1.7, г) – это соединение, в котором

кбоковой поверхности одного элемента примыкает под углом и приварен торцом другой элемент. Как правило, угол между элементами прямой.

Нахлесточное соединение (рис. 1.7, д) представляет собой сварное соединение, в котором соединяемые элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга.

В зависимости от типов сварных соединений различают стыковые и угловые сварные швы. Стыковые швы выполняют при сварке стыковых соединений, угловые – при сварке угловых, тавровых и нахлесточных соединений.

26

а

б

в

г

д

Рис. 1.7. Типы сварных соединений: а – стыковое; б – угловое; в – торцевое; г – тавровое; д – нахлесточное

По характеру выполнения сварные швы могут быть одно- и двусторонними, а по числу слоев – одно- и многослойными, а также многопроходными (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Одно- (а) и двусторонний (б) однопроходные швы и многослойный многопроходный сварной шов (в): 1–8 – очередность выполнения проходов; 1 – корневой шов; 7 – облицовочный шов; 8 – подварочный шов; I–IV – слои

Слой сварного шва – это часть металла шва, которая состоит из одного или нескольких валиков, расположенных на одном уровне поперечного сечения шва. Валик представляет собой металл шва, наплавленный или переплавленный за один проход. Под проходом понимают выполнение валика в одном направлении при сварке или наплавке. Часть сварного шва, наиболее удаленную от его лицевой поверхности, называют корнем. Шов, выполняемый предварительно для предотвращения прожогов при многопроходной сварке или наплавленный в корень шва для обеспечения гарантированного проплавления, называют

подварочным.

Основные геометрические параметры стыкового и углового швов в соответствии с ГОСТ 2601-84 приведены на рисунке 1.9.

27

а

б

в

Рис. 1.9. Основные геометрические параметры стыковых (а, б)

и углового (в) сварных швов: S – толщина детали; e – ширина шва;

g – выпуклость(усиление); m – вогнутость (ослабление); h – глубина проплавления; t – толщина стыкового шва; b – зазор в стыке; k – катет углового шва;

p – расчетная высота углового шва; a – толщина углового шва

В зависимости от расположения швов в конструкции сварку выполняют в разных положениях: нижнем, горизонтальном, вертикальном и потолочном (рис. 1.10).

Рис. 1.10. Основные пространственные положения сварки

Сварные швы также подразделяются по положению в пространстве: «в лодочку», нижние, полугоризонтальные, горизонтальные, полувертикальные, вертикальные, полупотолочныеи потолочные(рис. 1.11).

По протяженности различают швы непрерывные (сплошные) и прерывистые. Непрерывный шов – это сварной шов без промежутков по длине, прерывистый шов такие промежутки имеет. Прерывистые швы могут быть цепными или шахматными (рис. 1.12, а).

По отношению к направлению действующего усилия Р швы подразделяют на продольные, поперечные, комбинированные и косые

(рис. 1.12, б).

28

Рис. 1.11. Обозначение швов, имеющих разное пространственное положение (в скобках приведены существующие международные обозначения):

Л – «в лодочку»; Н – нижнее; Пг – полугоризонтальное; Г – горизотальное; Пв – полувертикальное; В – вертикальное; Пп – полупотолочное;

П – потолочное

По условиям работы швы бывают рабочие, воспринимающие внешние нагрузки. И связующие (соединительные), предназначенные только для крепления частей изделия и не рассчитанные на восприятие внешних нагрузок.

Рис. 1.12. Классификация сварных швов по протяженности (а) и направлению действующего усилия (б)

29

1.5. УСЛОВНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ ШВОВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Согласно Единой системе конструкторской документации (ЕСКД), изображения и обозначения швов сварных соединений на чертежах изделий должны соответствовать ГОСТ 2312-72 «Изображение швов сварных соединений». Независимо от вида сварки видимый шов сварного соединения условно изображают сплошной основной линией (рис. 1.13), а невидимый – штриховой. Обозначение шва отмечают линиейвыноской, заканчивающейся односторонней стрелкой.

Рис. 1.13. Изображение сварных швов на чертежах

Характеристика шва проставляется над полкой линии-выноски (для лицевой стороны шва) или под полкой (для обратной стороны шва). Структура условного обозначения стандартного шва приведена на рисунке 1.14.

Рис. 1.14. Структура условных обозначений сварных швов

30