СВАРКА, РЕЗКА И ПАЙКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНИКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ

Сварка под обычными плавлеными флюсами требует совер­шенно чистой поверхности металла в зоне сварки. Всякие загрязне­ния поверхности кромок, в особенности ржавчина, даже в неболь­ших количествах, часто ведут к пористости наплавленного металла и трещинам. Поэтому кромки соединяемых частей подвергаются особо тщательной очистке и процесс сварки должен следовать по

возможности немедленно за очисткой и сборкой. Помимо чистоты поверхности кромок, при сварке под флюсом предъявляются повы­шенные требования к химическому составу основного и электрод­ного металла. Незначительное повышение содержания углерода, серы, фосфора, допустимое при ручной сварке, при автоматической сварке может послужить причиной появления трещин. Появление трещин может вызвать также ликвация — местные скопления, на­пример серы, при допустимом среднем её содержании в металле. Это одна из причин, почему, например, кипящая сталь, склонная к ликвации, при автоматической сварке иногда образует трещины при удовлетворительном среднем химическом составе металла. Затруднения, вызываемые недостаточной чистотой поверхности кромок, отклонениями в химическом составе основного металла или наличием в нём ликвации, могут быть в значительной степени устранены некоторым усилением легирования наплавленного метал­ла специальной легированной электродной проволокой, или приме­нением керамического неплавленого легирующего флюса.

Автоматическая сварка обеспечивает глубокое расплавление ме­талла до 20—30 мм и более, поэтому характер разделки кромок под сварку должен меняться. При сварке на малых токах, ручной или автоматической открытой дугой, глубина расплавления основного металла мала и обычно колеблется в пределах 2—6 мм, поэтому при сколько-нибудь значительной толщине основного металла при­ходится прибегать к разделке кромок для обеспечения провара всей толщины.

Сварка под флюсом в большинстве случаев обеспечивает про­вар всей толщины без всякой разделки кромок; необходимость раз­делки вызывается требованием получения надлежащей формы се­чения шва. При сварке под флюсом практически отсутствуют по­тери металла на угар и разбрызгивание, весь электродный металл переходит в шов и во многих случаях при отсутствии разделки кро­мок придаёт сечению шва уродливую форму с чрезмерным избыт­ком наплавленного металла, как это схематически показано на фиг. 103. Наличие разделки кромок позволяет убрать излишний на­плавленный металл и придать сечению шва надлежащую форму.

Поэтому для сварки под флюсом разме­ры разделки кромок в основном опреде­ляются количеством расплавленного элек­тродного металла.

При автоматической сварке, вследствие большой мощности сва­рочной дуги, образуется большая и глубокая ванна жидкого металла. При нормальных режимах сварки объём ванны состав­ляет 10—20 см3, а глубина до 15—20 мм. Если сварка производится на очень больших токах и малых скоростях перемещения дуги, то

объём ванны может достигать 100—150 см3, а глубина её до 50—60 мм, в то время как при ручной сварке объём ванны обычно не превышает 1—2 см3.

Давлением газов дуги жидкий металл оттесняется в сторону, обратную направлению сварки, у основания столба дуги образуется углубление — кратер и сохраняется лишь тонкий слой жидкого металла (фиг. 102).

Процесс образования сварного шва может быть представлен следующим образом: основной металл расплавляется дугой на не­которую глубину, давлением дуги жидкий металл вытесняется на­зад, в основном металле образуется канавка, лишь частично запол­ненная жидким металлом. По мере перемещения дуги происходит заполнение канавки жидким металлом, представляющим сплав’ основного и электродного металлов.

Большой объём ванны создаёт опасность протекания жидкого металла в зазор между кромками, для устранения чего применяют специальные меры и приспособления. Большой объём жидкой ван­ны приводит к необходимости производить свар­ку под флюсом только в нижнем положении при горизонтальном расположении поверхности из­делия, с отклонением от горизонтальной поверх­ности не более 5—10° (большее отклонение вы­зывает вытекание жидкого металла и шлака из зоны сварки и нарушает формирование шва). В последнее время Институту электросварки удалось оуществить сварку под флюсом в верти­кальном положении посредством специальных приспособлений, удерживающих жидкий металл и перемещающихся по вертикали вверх, по мере хода сварки.

Первый практически пригодный метод авто­матической сварки под флюсом на вертикальной поверхности разработал сотрудник института Г. 3. Волошкевич. На фиг. 104 показана сварка стыкового шва с остающейся подкладкой. Вдоль оси шва по поверхности основного металла пере­мещается снизу вверх формирующий медный башмак 3. Он движется равномерно вместе с электродной проволокой и автоматом (не по­казанным на фигуре). Электродная проволока подаётся системой роликов, изгибающих её так, что электрод располагается, примерно, на продольной оси шва. Сварочная ванна 4 жид­кого металла приобретает вытянутую форму с небольшой свободной поверхностью под элек­тродом, расположенной почти горизонтально. Ванна ограничена сзади подкладкой, а спреди формирующим башмаком, интенсивно охлаж­даемым проточной водой и создающим благо­
даря этому корочку затвердевшего металла. При сварке без под­кладки применяются два формирующих башмака, перемещаю­щихся одновременно с передней и задней сторон шва. Флюс подаётся по мере надобности специальным дозатором; избыток шлака стекает и удаляется через верх формирующего башмака. Этот способ уже проверен при сварке кожухов доменных печей и имеет перспективы на значительное производственное применение после внесения до­полнительных улучшений.

Стыковые швы. Для неответственных изделий можно ино­гда ограничиться неполным проваром сечения шва. Для сварки более ответственных изделий, требующих высокой прочности, может применяться двусторонний стыковой шов без разделки кромок; в этом случае сварка производится с каждой стороны на режиме, обе­спечивающем расплавление металла на глубину около 0,6 полной толщины металла. Часто применяется сварной стыковой шов с под- варкой обратной стороны, выполняемой вручную или автоматически. Сначала производится ручная подварка, качественными электро­дами, затем сваривается на автомате основной шов. Двусторонние швы или швы с подваркой требуют поворачивания изделия, что вызывает значительные затруднения и увеличивает общее время выполнения работы. Поэтому для сварки под флюсом широко рас­пространено применение подкладок, позволяющих выполнять сварку с одной стороны без поворачивания изделия.

Часто для устранения протекания расплавленного металла че­рез зазор стыка с обратной стороны шва поджимается съёмная медная подкладка. При наличии медной под­кладки сваривать можно за один проход с пол­ным проваром всей толщины металла. Медная подкладка должна по возможности плотно при­легать к основному металлу для устранения протекания жидкого металла через зазор между подкладкой и изделием. Для облегчения при­гонки иногда собирают подкладки из отдельных коротких кусков по 200—400 мм.

Существуют два основных способа примене­ния медных подкладок (фиг. 105). В первом случае кромки собирают плотно без зазора, во втором случае сборка производится с зазором между листами в 3—4 мм и с зазором между подкладкой и основным металлом не менее 6 мм. Во втором случае флюс при засыпке про­сыпается через зазор и заполняет желобок под­кладки. В процессе сварки флюс расплавляется, усаживается и формирует обратный валик шва. Второй способ в боль­шинстве случаев даёт лучшие результаты и широко используется на практике. При правильно подобранном режиме обратная сторона шва имеет безупречное очертание. Довольно широко применяются остающиеся стальные подкладки, если их наличие не мешает даль­нейшей нормальной работе изделия. Под стыковой зазор подводится
стальная полоска толщиной 3—5 мм, шириной 40—50 лш. Под­кладка хорошо пригоняется к изделию и прихватывается в отдель­ных местах ручной сваркой. По окончании сварки подкладка ока­зывается наглухо приваренной к изделию.

Вместо металлических подкладок для сварки стыковых швов можно применять с обратной стороны слой флюса, так называемую флюсовую подушку. Часть флюса подушки, расплавляясь, образует

шлаковую корку и усажи­вается, формируя усиление обратной стороны шва. Для качественного выпол­нения шва и устранения вытекания жидкого метал­ла необходимо, чтобы флюс подушки был уплот­нён и поджимался к об­ратной стороне изделия с достаточной силой.

На фиг. 106 показано простейшее приспособление, обеспечиваю­щее плотное прилегание флюса подушки к изделию. К изделию / снизу подводится стальное корыто 4, в которое заложен эластич­ный резиновый шланг 3. Флюс 2, образующий подушку, распола­гается на асбестовой ленте 5. При подаче сжатого воздуха шланг 3 раздувается и плотно поджигает флюс к изделию.

Примерные режимы автоматической сварки стыковых швов для малоуглеродистой стали даны в табл. 12.

Угловые швы. Сварка угловых швов производится: 1) вер­тикальным электродом в так называемую симметричную или несим­метричную лодочку, 2) наклонным электродом (фиг. 107). Наилуч - пше результаты даёт сварка в лодочку, какую рекомендуется при­менять для угловых швов везде, где это возможно. При угловых

бі

швах также иногда приходится принимать меры против возмож­ного протекания жидкого металла в зазоры. Для этой цели также применяются подкладки, подварка обратной стороны, сварка в два слоя, уплотнение зазоров асбестовым шнуром и т. д.

Примерные режимы автоматической сварки угловых швов даны в табл. 13.

Проре зные швы. Глз'бокое расплавление, получаемое при сварке под флюсом, позволяет получать оригинальное, так назы­ваемое прорезное или нахлёсточное соединение, получаемое про­

Таблица 13

Примерные режимы автоматической сварки пол флюсом угловых швов

SHAPE * MERGEFORMAT

Толщина металла нлн катет

шва к в мм1

Диаметр электро­да d в мм

Скорость сварки в м! час

Положение соединяемых элементов

плавлением всей толщины верхнего соединяемого элемента с ча­стичным расплавлением металла нижнего элемента (фиг. 108).

д

г Ш

Фиг. 108. Прорезные швы: а — прорезные швы; б —« электрозаклёпки.

•При хорошей сборке и достаточно чистой поверхности соединяемых элементов прорезное соединение оказывается достаточно надёжным.

Прорезное соединение может выполняться также в виде отдельных точек или электрозаклёпок. Особенно надёжными получаются элек­трозаклёпки, если в верхнем листе имеется предварительно про­сверленное отверстие. Такие электрозаклёпки нашли широкое про­мышленное применение, например, в вагоностроении, в сельхоз­машиностроении и пр. наряду с обычными заклёпками и точечной контактной электросваркой. Для сварки электрозаклёпок вместо обычных автоматов применяются простейшие приспособления, в ко­торых подача электрода не производится, а дуга горит до естествен­ного обрыва вследствие удлинения.

Кольцевые швы. Сварка под флюсом кольцевых швов в вертикальной плоскости, т. е. швов на поверхности поворачиваю­щегося цилиндра, часто представляет затруднения, возрастающие с уменьшением диаметра цилиндра. При диаметрах свариваемого изделия менее 500 мм расплавленный металл и жидкий шлак вы­текают из зоны сварки в сторону вращения изделия. Для удовле­творительной сварки кольцевых швов малого диаметра уменьшают сварочный ток, длину и напряжение дуги, скорость сварки; сме­щают электрод от зенита в направлении против вращения изделия {фнг. №}.

При сварке швов изделий диаметром от 100 до 400 мм смеше­ние электрода берётся в пределах от 5 до 30 мм, увеличиваясь с уменьшением диаметра. Применяются Также специальные флю­сы с повышенной вязкостью шлака, обеспечивающие высокую устойчивость дуги и позволяющие работать на очень короткой дуге.

Помимо выполнения нормальных соединений на малоуглероди­стой стали автоматическая сварка под флюсом применяется для сварки спецсталей и цветных металлов, для наплавочных работ, для обварки топочных связей в котлах, для приварки шпилек к листам и т. д.

Автоматическая сварка под флюсом непрерывно развивается и совершенствуется; можно отметить многодуговые автоматы, рабо­тающие двумя или более дугами на общую сварочную ванну. Име­ют перспективу развития автоматы, работающие дугой трёхфаз­ного тока (Г. П. Михайлов), что обещает значительные выгоды, равномерно загружающие питающую трёхфазную сеть и значитель­но повышающие производительность сварки. Трёхфазная дуга может применяться также для полуавтоматической и ручной сварки.

Автоматическая сварка под флюсом обеспечивает более высокое качество и прочность сварных соединений, по сравнению с ручной сваркой качественными электродами, за счёт большей однород­ности сварных швов, более правильной и гладкой их внешней по­верхности и плавных очертаний, что имеет существенное значение для соединений, работающих при переменной и динамической на­грузке.

Получается однородный хорошо раскисленный наплавленный металл благоприятного химического состава, содержащий в среднем при сварке малоуглеродистой стали (в процентах); углерода

0,10—0,13; кремния 0,20—0,30; марганца 0,60—0,75; серы 0,03; фосфора 0,03; кислорода 0,03, азота 0,003.

Применение легирующих неплавленых флюсов и легированной

электродной проволоки даёт возможность повысить легирование наплавленного металла до любых требующихся пределов. Значи­тельные размеры ванны, сравнительно медленное её охлаждение и

затвердевание обеспечивают достаточно полное освобождение расплавленного металла от неметаллических включений и газо­вых пузырей, успевающих всплыть на поверхность ванны и пе­рейти в шлак. Наплавленный металл получается плотным и чистым.

Замедленное охлаждение создаёт грубозернистую дендритную структуру; отдельные столбчатые кристаллиты иногда заметны на шлифе невооружённым глазом (фиг. 110). Эта грубозернистая структура вызывает иногда опасения появления возможной хруп­кости металла. Многочисленные испытания указывают на высокую

пластичность наплавленного металла, несмотря на крупнозерни - стость, что, вероятно, может быть объяснено чистотой металла. В особо ответственных изделиях грубозернистая дендритная струк­тура наплавленного металла может быть устранена и превращена в мелкозернистую равноосную посредством отжига, повышающего пластичность. Механические свойства наплавленного металла и сварного стыкового соединения для сварки под флюсом малоугле­родистой стали при различной термообработке приведены в табл. 14, из которой видно, что по прочности и пластичности на­плавленный металл не уступает прочности обычной малоуглероди­стой стали.

Таблица 14

Механические свойства металла шва при автоматической сварке под флюсом

малоуглеродистой стали

Отжиг, улучшающий структуру, снижает пределы прочности и текучести, повышая относительное удлинение и ударную вязкость. Наплавленный металл воспринимает в известной степени закалку, повышающую пределы прочности и текучести и снижающую отно­сительное удлинение и ударную вязкость.