ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ДУГОВОЙ И ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКЕ

В связи с важностью правильной подготовки свариваемых кромок с точки зрения качества, экономичности, прочности и работоспо­собности сварного соединения созданы государственные стандарты па подготовку кромок под сварку. Стандарты регламентируют форму и конструктивные элементы разделки и сборки кромок под сварку и размеры готовых сварных швов.

ГОСТ 5264—69 «Швы сварных соединений. Ручная электро - дуговая сварка» регламентирует конструктивные элементы под­готовки кромок и размеры выполненных іпвов при ручной дуговой сварке металлическим электродом во всех пространственных поло­жениях.

ГОСТ 8713—70 «Швы сварных соединений. Автоматическая и полуавтоматическая сварка» регламентирует форму и размеры подготовки кромок и выполненных швов при дуговой механизи­рованной (автоматической и полуавтоматической) сварке под флюсом. Дополнительно к этим стандартам выпущены стандарты, которые регламентируют конструктивные элементы сварных сое­динений при механизированной сварке под флюсом (ГОСТ 11533— 75) и при ручной дуговой сварке (ГОСТ 11534—75) для соединений элементов под острым и тупым углами.

ГОСТ 15164—69 «Сварные соединения и швы. Электрошлако - вая сварка» регламентирует форму и размеры подготовки кромок и выполненных швов при электрошлаковой сварке.

ГОСТ 14771—69 «Швы сварных соединений. Электродуговая сварка в защитных газах» регламентирует форму и размеры под­готовки кромок и сварных швов при сварке сталей в защитных газах: активных (С02), инертных (Аг, Не) и смесях газов.

ГОСТ 16098—70 «Швы сварных соединений из двухслойной коррозионно-стойкой стали» регламентирует форму и размеры подготовки кромок и выполненных сварных швов сварных соеди­нений из двухслойных коррозионно-стойких сталей при электро - дуговой и электрошлаковой сварке.

ГОСТ 16037—70 «Швы сварных соединений стальных трубо­проводов» регламентирует форму и размеры подготовки кромок и выполненных сварных швов стальных трубопроводов при руч­ной и механизированной сварке в защитных газах или под флю­сом.

ГОСТ 14806 —69 «Швы сварных соединений. Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов» регламентирует форму и раз­мори подготовки кромок и выполненных сварных швов при руч­ной и механизированной сварке в защитных газах конструкций из алюминия и его сплавов.

ГОСТ 16038—70 «Швы сварных соединений трубопроводов из меди и медно-пикелевого сплава» регламентирует формуй разме­ры подготовки кромок и выполненных сварных швов при механи­зированной сварке в защитных газах труб из меди и ее сплавов.

Имеется также государственный стандарт на условные обозна­чения сварных швов ГОСТ 2.312—72 «Условные изображения и обозначения швов сварных соединений», также обязательный для применения па чертежах конструкций.

Необходимо отметить некоторые особенности применения стан­дарта Гаалнчныо способы электрической сварки плавлением в силу их технологических особенностей позволяют получить различную максимальную глубину проплавлений. Варьируя ос-

U

ионными параметрами режима сварки, конструктивными типами разделки кромок, можно увеличивать или уменьшать глубину проплавления и другие размеры шва.

По указанной причине все упомянутые стандарты, регламенти­рующие конструктивные элементы разделки кромок, учитывают воз­можность варьирования силой сварочного тока, напряжением, диа­метром электродной проволоки (плотностью тока) и скоростью снарки. В тех случаях, когда процесс сварки обеспечивает исполь­зование больших токов, высокой плотности тока и концентрации теплоты, возможны повышенная величина притупления, меньшие углы разделки и величина зазора (например, при механизирован­ной сварке под флюсом и в защитных газах).

При ручной дуговой сварке такие факторы, как величина сварочного тока, скорость сварки и напряжение дуги изменяются в небольших пределах.

Чтобы обеспечить сквозное проплавление кромок изделия при сварке односторонних стыковых или угловых швов при тол­щине листов свыше 4 мм, сварку приходится вести по заранее разделанным кромкам. При ручной сварке сварщики не могут существенно изменить глубину проплавления основного металла, но, меняя размах поперечных колебаний электрода, они могут значительно изменять ширину шва.

При толщине листов 9—100 мм ГОСТ 5264—69 для стыковых соединений предусматривает обязательную разделку кромок и зазор, которые имеют различную величину в зависимости от толщины металла и типа соединения. Аналогичное решение для полуавтоматической сварки в среде углекислого газа тонкой электродной проволокой диаметром 0,8—1,2 мм, при сварке такой проволокой подготовку кромок можно выполнять, придержи­ваясь требований ГОСТ 5264—69 наравне с ГОСТ 14771—69.

При механизированной сварке иод флюсом глубина проплав­ления основного металла в определенных пределах не зависит от формы подготовки кромок и величины зазора, что объясняется высокой плотностью тока и концентрированностью теплового действия дуги при этом способе сварки.

В принципе за два прохода (по одному проходу с каждой стороны) можно сварить встык без разделки кромок листы тол­щиной 60 мм. Однако в этих случаях при обычном зазоре швы получаются дефектными по двум причинам: во-первых, количество наплавленного металла настолько велико, что внешняя часть шва оказывается чрезмерно большой и уродливой формы; во-вторых, шов получается настолько узким, что при быстром остывании, характерном для сварки, в средней части шва возникают усадоч­ные трещины.

По указанным причинам, согласно ГОСТ 8713—70, без ско­са кромок при обычном зазоре можно сваривать встык листы толщиной до 20 мм, при больших толщинах требуется либо повы­шенный зазор, либо разделка кромок. При разделке с прямо-

Рис. 8. Форма подготовки кромок для электрошлаковой сварки соедиыенпя:

а — стыкового; б — углового; в ■— таврового

линейным скосом кромок угол разделки 60 ± 5°, при криволиней­ном скосе кромок угол разделки 25 —26°. Притупление с = 2 - г - 6 мм; зазор b = 0 + 1 мм.

Прямолинейный скос кромок применяют для листов толщиной до 60 мм; для листов большей толщины (до 160 мм) предусмотрен криволинейный скос кромок с углом разделки 25—26°, так как это обеспечивает значительно меньший объем наплавленного металла и уменьшает угловые деформации. Сварка тавровых соединений без скоса кромок возможна для металла толщиной до 40 мм. В зависимости от требований к прочности соединений, связанных со сквозным проваром, предусмотрены соединения с односторонним несимметричным скосом для толщин 8—30 мм и двусторонним симметричным для толщин 30—60 мм.

Наиболее простая форма подготовки кромок — при электро­шлаковой сварке (ГОСТ 15164—69), что видно из рис. 8. В стан­дарте регламентированы толщины минимальные (не менее 16 мм), и наибольшие (до 800 мм), а также зазоры величиной 16—26 мм.

При сварке в защитных газах особенности подготовки соеди­нений зависят от вида и диаметра электрода (плавящийся или ноплавящийся) и вида защитного газа (активный или инертный). ГОСТ 14771—69 обычно руководствуются при сварке проволокой диаметром от 1,6 мм и выше. Стандарт предусматривает сварку металла толщиной до 120 мм (в углекислом газе) с обязательной разделкой кромок металла толщиной свыше 10 мм. При этом уменьшены углы разделки до 40° и величина притупления до 1—2 мм при зазорах в пределах 0—3 мм.

При сварко в инертном газе плавящимся электродом сохра­няю ген то же особенности, что и при сварке неплавящимся электро­дом (кіл щи на до 20 мм), но предусмотрена сварка металла толщи­ной до К») мм.

Но всех случаях, используя стандарты на подготовку кромок, следует выбирать такие типы разделок, при которых обеспечи­вают! мнимі не объем и стоимость работ по разделке кромок,

об м м и масса наплавленного металла, полный провар по толпщне, плавная форма сопряжения внешней части шва и минимальные і юные деформации.

Рис. 9. Подготовка кромок и швы в некоторых особых случаях:

а — при спарне металла больших толщин по узкому зазору (по так называемой «щелевой» разделке); б — при сглаживании мест перехода металла шва в основной путем наложе­ния «галтельных» швов; в — при сварке высокопрочных сталей и сплавов цветных ме­таллов сварочными материалами, которые дают металл шва менее прочный, чем основной

Наряду с формой разделки кромок и их размерами, регламен­тируемыми стандартами, в связи с широким применением толсто­листового металла, а также высокопрочной стали возникла необ­ходимость и в других, нестандартных их формах. Так, например, для толстолистового металла (стали, титановых сплавов) разрабо­тан метод сварки по узкому зазору (но так называемой щелевой разделке), при которой свариваемые кромки не имеют скоса, а зазор имеет величину 10—12 мм при толщине до 100—150 мм (рис. 9, а).

Для некоторых соединений стали и титановых сплавов с целью повышения их выносливости при действии динамических нагрузок плавпость сопряжения металла шва с основным достигается за счет оплавления мест перехода теплотой дуги, горящей между неплавящимся электродом и основным металлом. Эта операция может быть выполнена без подачи и с подачей присадочного металла. В результате образуются так называемые галтельные валики, заметно улучшающие внешнюю форму шва (рис. 9, б).

При сварке высокопрочной стали и некоторых сплавов цвет­ных металлов сварочными материалами, дающими металл шва менее прочный, чем основной, приходится дополнительно наплав­лять металл и увеличивать внешнюю часть швов, чтобы получить равнопрочное соединение. Это также изменяет форму сварного соединения (рис. 9, в).

Большое влияние на качество сварных соединений и экономич­ность процесса сварки оказывают чистота кромок и прилегающей к ним поверхности основного металла, точность подготовки кромок и сборки иод сварку. Заготовки для свариваемых деталей следует изготовлять из предварительно выправленного и зачищенного металла. Вырезку деталей и подготовку кромок осуществляют механической обработкой (на пресс-ножницах, кромкострогаль­ных и фрезерных станках), газокислородной и плазменной резкой и др. После применения тепловых способов резки кромки зачи­щают от грата, окалины и т. н. (шлифовальными кругами, металли­ческими щетками и др.).

В некоторых случаях при сварке высоколегированных сталей основной металл в зоне термического влияния после резки также удаляют механическим путем. Перед сборкой кромки и прилега­ющие участки основного металла (на 40 мм от кромки) должны быть очищены от масла, ржавчины и других загрязнений металли­ческими щетками, дробеструйной обработкой или химическим трав­лением. Детали собирают на прихватках (коротких швах) длиной 20—30 мм и более или в специальных сборочных приспособлениях.

§ 3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИИ ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ, ЭЛЕКТРОННО ЛУЧЕВОЙ, лазерной сварке

Плазменная сварка стали, цветных металлов и сплавов в противо­вес плазменной резке применяется значительно реже.

Только исследования, проведенные в последние годы, показали перспективность и целесообразность этого способа сварки для высоколегированных сталей и алюминиево-магниевых сплавов.

Ввиду новизны этих способов сварки и недостаточно большого объема их применения стандартов на подготовку и сборку свар­ных соединений, а также на размеры сварных швов, получаемых при этих методах сварки, нет. Практическое использование плаз­менной сварки показывает, что этим способом целесообразно сваривать стыковые соединения без разделки кромок при толщине металла до 12 мм. При большей толщине требуется разделка кромок.

Электронно-лучевую сварку в вакуумных камерах приме­няют в основном для относительно некрупных изделий из тугоплав­ких и активных металлов: титана, циркония, тантала, молибдена и т. д.

В связи с высокой концентрацией теплоты, сфокусированной в электронном луче диаметром 1—1,5 мм, зона проплавления имеет очень малую ширину и значительную глубину, что позво­ляет выполнять сварку (без разделки кромок) стыковых и нахлес - точтшх сварных соединений на металле больших толщин.

Технологическое оборудование для сварки когерентным све­товым лучом квантового генератора (лазера) или лазерной сварки используют в радио - и электронной промышленности. Благодаря острой фокусировке возможно сосредоточение очень большой тепловой энергии на площадках, измеряемых сотыми и тысячными долями миллиметра. Принципиально возможно создание лазера, пригодного для сварки очень толстого металла, по процесс плав­ления металла становится в этом случае практически неуправ­ляемым. Поэтому в настоящее время лазерную сварку применяют для соединения металла сверхмалых толщин (металлическая фольги), проволок малого диаметра и т. п., т. е. изделий, которые но гребу км разделка кромок. Основные типы сварных соедине­ний ияхлопочные к спиновые.