ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Ручная дуговая сварка (РДГ)

Ручная сварка - сварка, выполняемая человеком с помощью ин­струмента, получающего энергию от специального источника.

РДГ выполняют покрытыми сварочными электродами, которые вручную подают в дугу и перемещают вдоль заготовки. РДГ позволя­ет выполнять швы в различных пространственных положениях: ниж­нем, вертикальном, горизонтальном, потолочном.

Схема процесса РДГ показана на рис. 2.13. Дуга 11 горит между стержнем 2 электрода и металлом заготовок 3. Температура дуги 6000...7000°С. В соответствии с полярностью, показано прямое вклю­чение, т. е. направление движения электронов 10 совпадает с направ­лением стекания капель металла 4. Температура катода (электрода) и анода составляет соответственно 2400оС и 2600оС. Вместе со стерж­нем плавится и покрытие (обмазка) 1 электрода, образуя, защитную газовую атмосферу 9 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 8 на по­верхности жидкого металла 5. Шлаковая ванна и ванна жидкого ме­талла образуют сварочную ванну. По мере продвижения дуги, свароч­ная ванна затвердевает, образуя, сварочный шов 6 и твердую шлако­вую корку 7.

Электроды для РДГ

Стержни плавящихся электродов изготавливают из стали, чугу­на, алюминиевых, титановых сплавов, меди и медных сплавов. Для

сварки сталей применяют холоднотянутую, гладкую стальную прово­локу диаметром от 0,8 до 6,0 мм. По ГОСТ 2246 - 70* предусмотрено 75 марок сварочной проволоки различного химического состава (6 марок низкоуглеродистой проволоки: Св-08, Св-08А, Св-08ГА, Св - 10ГА, Св-10Г2; 30 марок легированной проволоки: Св-08ГС, Св - 08Г2С...; 39 марок высоколегированной проволоки: Св-12Х13, Св - 12Х11НМФ...). Расшифровка обозначения проволоки: Св - сварочная (содержание серы или фосфора не более 0,04%); первое число - со­держание углерода в сотых долях процента; заглавными буквами обо­значаются легирующие элементы (марганец - Г, кремний - С, хром - Х, никель - Н, молибден - М, вольфрам - В, селен - Е, алюминий - Ю, титан - Т, ниобий - Б, кобальт - К, медь - Д); после буквенного обозначения легирующего элемента ставится цифра, обозначающая его процентное содержание (если содержание менее 1% - цифра не ставится). Последние буквы: А - содержание серы или фосфора менее 0,03%; АА - содержание серы или фосфора менее 0,02%; Э - для изго­товления электродов; О - Омедненная; В, Вд, ВИ - способ получения стали, выплавленной соответственно электрошлаковым, вакуумно - дуговым или вакуумно - индукционным способом.

Электродное покрытие (обмазка) необходима для обеспечения стабильности горения дуги и для получения шва с заранее заданными свойствами. Она наносится на стержень окунанием или опрессовкой. Обмазка включает в себя ряд компонентов и обеспечивает:

1. Стабильное горение дуги за счет присутствия соединений ще­лочных и щелочноземельных металлов с низким потенциалом иони­зации (калий, натрий, кальций). Электроды для сварки постоянным током этого компонента не имеют, поэтому они не применимы для сварки переменным током. Торец этих электродов окрашивается красным цветом.

2. Защиту металла сварочной ванны от взаимодействия с кисло­родом и азотом за счет: Создания газовой атмосферы, оттесняющей воздух. К газообразующим веществам относятся органические веще­ства (крахмал, целлюлоза, декстрин, древесная мука). Под действием тепла дуги газообразующие вещества сгорают, создавая собственную газовую атмосферу. Образования шлака на поверхностях сварочной ванны и на поверхностях камель металла. К шлакообразующим ком­понентам относятся марганцевая руда, рутил (TiO2), плавиковый шпат (CaF2), мрамор (CaCO3), каолин, мел кварцевый песок и др. Шлакооб­разующие компоненты расплавляются под действием тепла дуги, об­волакивают капли расплавленного электродного металла и вместе с ней попадают в сварочную ванну. Имея удельный вес меньший, чем у расплавленного металла, шлак всплывает на поверхность расплава, обеспечивая защиту сварочной ванны от кислорода воздуха и, одно­временно, замедляют охлаждение сварочной ванны. Это способствует удалению газов из расплава, уменьшает образование закалочных структур в сварном шве и в околошовной зоне.

3. Раскисление металла сварочной ванны путем введения хими­ческих элементов более активных к кислороду, чем основной металл заготовок. Для сварки сталей, в качестве раскислителей используют ферромарганец, ферросилиций, ферроалюминий и др. Раскисление идет по следующим реакциям: 2FeO + Si = SiO2 + 2Fe; FeO + Mn = MnO + Fe. образующиеся при этом нерастворимые в железе окислы (SiO2, MnO) всплывают на поверхность шлаковой ванны и уходят в шлак.

4. Легирование металла шва за счет введения в покрытия леги­рующих компонентов - ферросплавов или чистых металлов, который при сварке переходят в металл шва.

5. Связывание компонентов обмазки между собой и с электрод­ной проволокой (связующие вещества). Например: натриевое жидкое стекло (Na2O(SiO)2), желатин, пластмассы.

Электроды классифицируются по следующим признакам: по виду сварочной проволоки; по сталям, для сварки которых они пред­назначены; по толщине покрытия; по виду покрытия; по характеру шлака, образующегося при расплавлении покрытия; по механическим свойствам металла сварного шва; по допустимому пространственному положению при сварке; по роду полярности тока применяемого при сварке.

По группам сталей для сварки которых предназначены электро­ды различают: группа У - для сварки углеродистых и низколегиро­ванных сталей; группа Л - для сварки легированных конструкцион­ных сталей; группа Т - для сварки легированных теплостойких (жаро­стойких) сталей; группа В - для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами; группа Н - для направки поверхностных слоев с особыми свойствами.

По толщине покрытия различают: электроды с тонкими (стаби­лизирующими) и толстыми (защитно-легирующими) покрытиями (табл. 2.2).

Таблица 2.2.

Классификация электродов по толщине обмазки

стых обмазок входят все вышеперечисленные компоненты, обеспечи­вающие высокое качество сварного шва.

По видам покрытий различают электроды следующих групп:

Г руппа «А» - с кислым покрытием, содержащим окислы железа, марганца, кремния, титана. Электроды обладают хорошими сварочно­технологическими свойствами: позволяют вести сварку во всех про­странственных положениях на переменном и постоянном токах. Воз­можна сварка заготовок с ржавыми кромками и с окалиной. Электро­ды применяются для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Металл шва соответствует кипящей и полуспокойной стали. Электроды токсичны в связи с выделением соединений марганца.

Г руппа «Б» - с основным покрытием, содержащим мрамор, пла­виковый шпат, ферросилиций, ферромарганец. Электроды имеют ог­раниченное применение, в основном для сварки на постоянном токе обратной полярности. При наличии ржавчины, металл сварного шва склонен к образованию пор, требует высокотемпературной прокалки (400.450оС перед сваркой). Металл шва хорошо раскислен.

Г руппа «Ц» - с целлюлозным покрытием, содержащим целлю­лозу, костную муку. Покрытия создают хорошую защитную газовую атмосферу. Хорошо работают на всех видах тока. Применяются для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Металл сварного шва соответствует полуспокойной или спокойной стали.

Г руппа «Р» - с рутиловым покрытием, содержащим рутиловый концентрат (NiO2), полевой шпат, мрамор, ферромарганец. Электроды обладают высокими сварочно-технологическими свойствами. Приме­няются для сварки ответственных конструкций. Металл сварного шва соответствует полуспокойной стали.

Г руппа «П» - прочие виды покрытий. При наличии в покрытии более 20% железного порошка, к обозначению вида покрытия добав­ляют букву Ж.

Полное условное обозначение сварочного электрода имеет вид: Э46А-УОНИ-13/45-3,0-УД2 ГОСТ 9466-75-ЕМ99 - Б -1 - 0. Где:

Э - электрод для дуговой сварки; 46 - минимальный гарантированный предел прочности шва (460 МПа); А - гарантирует повышенные пла­стические свойства металла сварного шва; УОНИ-13/45 - марка элек­трода в соответствии с ГОСТ 9467-75; 3,0 - диаметр стержня электро­да в мм; У - электрод для сварки углеродистых и низколегированных сталей; Д2 - с толстым покрытием второй группы; ЕЩ99 - установ­ленная ГОСТ 9467-75 группа индексов, характеризующая свойства сварного соединения; Б - основное покрытие; 1 - для выполнения швов в любых пространственных положениях; 0 - для сварки на по­стоянном токе.

В соответствии с ЕШ99 установлена восьмизначная кодировка (табл. 2.3.2.6).

Например: Е 50 6 3Ni В 2 2 Ш0 - ручная дуговая сварка; min ат - - 500 МПа; температура минимальной ударной вязкости - 600С; Mn - 1,4%, Ni - 2,6. 3,8%; основное покрытие; постоянного тока, произво­дительность менее 105%; все положения шва кроме вертикального; максимальное содержание водорода в наплавленном металле не более 10 Мл/100г.

Режимы сварки подбираются в зависимости от: материала и толщины свариваемых заготовок; пространственного положения сварного шва; требований к сварному шву.

Основным параметром режима РДС является сварочный ток (А). Величина тока подбирается по эмпирическим формулам: для электро­дов диаметром до трех мм: /св=Ыэ; для электродов диаметром 3.6 мм: /св=(20+Ыэ) d3, где: к - опытный коэффициент, в А/мм (для сварки низкоуглеродистых сталей к = 35.60); d., - диаметр электрода в мм. Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины сваривае­мых заготовок (табл. 2.7 нет).

При толщине стальных заготовок до 6 мм их можно сваривать без разделки кромок. При больших толщинах, выполняют односто­роннюю или двухстороннюю разделку кромок. Разделку осуществля­ют путем скоса свариваемых кромок под углом 30о каждая. В корне шва оставляют притупление 1.3 мм. Металл толщиной более 10 мм сваривают многослойным швом.

Напряжение дуги изменяется в пределах 16.30 В. Скорость сварки выбирается сварщиком и лежит в пределах 5.7 м/мин. Производи­тельность процесса РДГ ограничивается величиной сварочного тока. При больших токах: перегревается стержень электрода и отслаи­вается обмазка; возможно разбрызгивание металла.