СВАРКА, РЕЗКА И ПАЙКА МЕТАЛЛОВ

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА ОТКРЫТОЙ ДУГОЙ

При автоматической сварке открытой дугой пользуются свароч­ными токами, превышающими токи при ручной сварке на 30—50%, соответственно чему производительность сварки возрастает в 1,5—2 раза по сравнению с ручной.

Первоначально сварка велась на постоянном токе голой элек­тродной проволокой. В настоящее время эта сварка производится почти исключительно на переменном токе, что требует применения электродных обмазок, обеспечивающих устойчивость горения дуги.

■Использование тонких ионизирующих обмазок при автоматической сварке не представляет особенно больших затруднений.

На фиг. 101 показаны сечения специальной электродной про­волоки для автоматической сварки открытой дугой. В варианте а металл проволоки при выплавке искусственно засорён неметалли­ческими включениями, которые и играют роль ионизатора, повышая устойчивость дуги. Представленная во втором варианте б проволока

«с фитилём», в которой обмазка вво­дится в слиток при выплавке стали, даёт при прокатке и протяжке серд­цевину проволоки, заполненную иони­зирующей обмазкой. В третьем ва­рианте в проволока снабжена. кресто - образно расположенными продоль­ными надрезами, в которых поме­щается обмазка. Представленная в четвёртом варианте электродная про­волока имеет оболочку из тонкой полосовой стали поверх тонкого слоя обмазки. При отсутствии специаль­ной проволоки можно повысить устойчивость дуги, обмакнув бухту проволоки в водный раствор поташа. Такое покрытие засоряет механизм автомата и вызывает быстрое ржав­ление проволоки, которую поэтому рекомендуется обмакивать в поташ непосредственно перед сваркой.

Сварка электродной проволокой с тонкой обмазкой даёт довольно низ­кие показатели механических свойств наплавленного металла и сварного соединения. Эти показатели ана­логичны показателям при ручной сварке электродами с тонкой обмаз­кой, которые приводились выше. Для получения высококачественного •сварного соединения при автоматической сварке необходимо приме­нять толстые или качественные обмазки. Из-за конструктивных труд­ностей эта задача до настоящего времени не получила вполне удовлет­ворительного разрешения. Делались попытки заменить качественную обмазку подачей в зону дуги защитного газа, например водорода, однако этот метод пока на нашёл практического применения в на­шей промышленности. Незначительное повышение производитель­ности, даваемое автоматической сваркой открытой дугой, не оправ - .дывающее применения сложных механизмов и автоматов и значи­тельного усложнения в подготовке и сборке изделий под сварку, ие создавало достаточных стимулов к промышленному использова­нию этого метода. В настоящее время, в связи с широким разви­тием способа автоматической сварки под флюсом, автоматическая •сварка открытой дугой в нашей промышленности почти не при­меняется.

Создание автоматической дуговой сварки под флюсом является крупнейшим достижением современной сварочной техники. Перво­начальная идея способа сварки под флюсом была дана изобрета­телем способа дуговой электросварки Н. Г. Славяновым ещё в конце прошлого столетия. Около 1890 г. он рекомендовал производить автоматическую дуговую сварку под слоем флюса, в качестве ко­торого он применял дробленое оконное стекло. В 1927 г. совет­ский изобретатель Д. А. Дульчевский предложил способ автомати­ческой дуговой сварки под флюсом в его современном виде и в 1929 г. получил на него авторское свидетельство. Создание промышленного способа автоматической сварки под флюсом и вне­дрение его в производство в нашей стране неразрывно связано с именем Героя Социалистического Труда академика Е. О. Патона. Им лично и руководимым им коллективом сотрудников Института электросварки Академии наук Украинской ССР проделана огром­ная работа по изучению, развитию и промышленному внедрению автоматической сварки под флюсом. В результате многолетней упорной работы коллектива Института создана технология сварки под флюсом, разработаны составы и методы производства флюсов, созданы оригинальные конструкции автоматов, в результате чего наша страна далеко опередила другие страны в разработке и освоении этого важнейшего технологического процесса и в этой области занимает сейчас ведущее положение в мировой технике. В развитии способа автоматической сварки под флюсом деятельное участие принимали и принимают коллективы многих заводов, иссле­довательских институтов и лабораторий нашей страны. Развитие автоматической сварки под флюсом изменило представление о масштабах и возможностях автоматизации процесса дуговой сварки. В ряде производств в настоящее время автоматическая сварка почти полностью вытеснила ручную сварку.

При сварке под флюсом сварочная дуга между концом элек­трода и изделием горит под слоем сыпучего вещества, называемого флюсом. На фиг. 102 схематически показан процесс сварки под флюсом. Голая электродная проволока 1 с катушки 2 подаётся в зону дуги автоматом 3. Впереди автомата из бункера 5 по труб­ке 4 на изделие подаётся флюс 8, не использованный при сварке остаток которого пневматически отсасывается обратно в бункер по трубке 6. Расплавленная и затвердевшая часть флюса образует на шве толстую шлаковую корку 7. На фиг. 102,6 схематически изо­бражён продольный разрез зоны сварки под флюсом. Флюс насы­пается слоем толщиной 50—60 мм, дуга утоплена в массе флюса и горит в жидкой среде расплавленного флюса, в газовом пузыре, образуемом газами и парами, непрерывно создаваемыми дугой. При среднем насыпном весе флюса около 1,5 г! см? статическое давление слоя флюса на жидкий металл составляет 7—9 г/см?. Этого незна­чительного давления, как показывает опыт, достаточно, чтобы устранить нежелательные механические воздействия дуги на ванну

жидкого металла, разбрызгивание жидкого металла и нарушение формирования шва даже при очень больших токах.

В то время как при открытой дуге механическое воздействие дуги на ванну жидкого металла делает практически невозможной сварку при силах тока выше 400—500 а вследствие разбрызгива­ния металла и нарушения правильного формирования шва, погру­жение дуги во флюс дало возможность в среднем увеличить при­меняемые токи до 1000—2000 а и максимально до 3000—4000 о.

Таким образом, появилась возможность повысить сварочный ток в б—8 раз по сравнению с открытой дугой, сохраняя высокое ка­чество сварки и отличное формирование шва. Производительность сварки при этом растёт значительно быстрее увеличения тока, меняется самый характер образования шва.

Маломощная открытая дуга лишь незначительно расплавляет кромки шва, который образуется главным образом за счёт рас­плавленного электродного металла, заполняющего разделку кромок. Мощная закрытая дуга под флюсом глубоко расплавляет основной металл, позволяет уменьшить разделку кромок под сварку, а часто и совсем обойтись без разделки. Снижается доля участия электрод­ного: металла в образовании шва, в среднем наплавленный металл образуется на 2/з за счёт расплавления основного металла и лишь на 7з за счёт электродного металла. Производительность сварки, определяемая числом метров шва за час горения дуги для сварки под флюсом, значительно выше, чем для открытой дуги при одина­ковых сварочных токах. Таким образом, при сварке под флюсом производительность возрастает как за счёт увеличения сварочного тока, так и за счёт лучшего его использования. Наблюдается повы­шение производительности, отнесённое ко времени горения дуги, до 10—20 раз, против сварки открытой дугой.

Возможность резкого увеличения силы сварочного тока состав­ляет главное, неоценимое преимущество сварки под флюсом. За­ключение дуги в газовый пузырь со стенками из жидкого флюса практически сводит к нулю потери металла на угар и разбрызгива­ние, суммарная величина которых не превышает 2% от веса рас­плавленного электродного металла. Сварные швы получаются рав­номерного и очень высокого качества. Отсутствие потерь на угар и разбрызгивание и уменьшение доли электродного металла в об­разовании шва даёт весьма значительную экономию в расходе электродной проволоки. Лучшее использование тока даёт заметную экономию расхода электроэнергии, кроме того, не требуется защиты глаз работающих, так как дуга горит невидимо под толстым слоем флюса. Уменьшается необходимость в специальной вентиляции по­мещения, так как обычные флюсы дают незначительное выделение газов и почти не образуют дыма.

Флюс должен обеспечить: 1) хорошее формирование шва; 2) со­вместно с электродной проволокой надлежащий химический состав, структуру и механические свойства наплавленного металла; 3) от­сутствие пор и трещин в наплавленном металле; 4) минимальную чувствительность к загрязнениям поверхности основного металла, особенно к ржавчине, что является до сих пор слабым местом авто­матической сварки под флюсом; часто небольшие количества ржав­чины, трудно устранимые в производственных условиях, вызывают образование недопустимой пористости наплавленного металла; 5) ми­нимальную чувствительность к отклонениям химического состава основного металла, особенно к несколько увеличенному содержанию серы, фосфора и углерода, допускаемому стандартами по верхнему пределу; 6) минимальное содержание вредных примесей, в особен­ности фосфора и серы, загрязняющих наплавленный металл; 7) до­статочную устойчивость горения дуги; 8) лёгкую отделяемость шла­ковой корки со шва по окончании сварки; 9) минимальное выделение вредных газов, особенно опасными из которых являются соединения фтора, могущие отравлять работающих при недостаточ­ной вентиляции воздуха при сварке внутри котлов, резервуаров и т. п.; 10) минимальную гигроскопичность, так как предварительно не подсушенный, не прокаленный отсыревший флюс не пригоден к работе из-за образования пор в наплавленном металле; 11) до­статочную механическую прочность зёрен, допускающую повторную уборку и засыпку в шов без заметного дробления зёрен и образо­вания пыли, мало пригодной для сварки.

Существующие флюсы могут быть разделены на неплавленые и плавленые, а по химическому составу на кислые и основные. По содержанию соединений марганца флюсы разделяются на без - марганцовистые, среднемарганцовистые и высокомарганцовистые.

В настоящее время наша промышленность применяет почти исключительно плавленые флюсы слабо кислого характера, на основе двуокиси кремния SiOo. Из неплавленых флюсов в нашей стране во время войны широкое применение нашёл флюс АШ, ко­торый представляет собой обогащённый закисью марганца древес­но-угольный доменный шлак, выплавлявшийся Ашинским заводом на Урале, дроблённый и просеянный, к которому часто механически примешивались различные порошкообразные добавки для улучше­ния результатов сварки. Этот флюс давал удовлетворительные ре­зультаты при сварке некоторых легированных сталей, например кремнемарганцевой, а также и малоуглеродистой стали при сварке её специальной кремнемарганцевой электродной проволокой.

При сварке малоуглеродистой стали электродной малоуглеро­дистой проволокой флюс АШ даёт неудовлетворительные резуль­таты, так как шов получается пористым и плохо сформированным. Для возможности сварки малоуглеродистой стали малоуглероди­стой проволокой во время войны практиковалось добавление к флюсу АШ от 3 до 5% ферромарганца и до 10% плавикового шпата. В настоящее время флюс АШ почти не применяется.