СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ

ТЕХНИКА ДУГОВОЙ СВАРКИ

Сварочные работы предполагают определенную подго­товку деталей, которая включает в себя несколько операций:

— правку, которую осуществляют на станках или вручную. Например для правки листового и полосового металла при­меняют различные листоправильные вальцы (материал мо­жет быть в холодном состоянии или в горячем, если он сильно деформирован), а ручную правку проводят на чугунных или стальных правильных плитах, на которые помещают изделие и правят ударами кувалды или с помощью пресса;

— разметку, при которой с чертежа на металл переносят размеры деталей, т. е. таким образом намечают контуры бу­дущего изделия. При этом основными являются измеритель­ные инструменты и шаблоны. Размечая деталь, необходимо принимать во внимание, что при сварке происходит укорачи­вание деталей. Поэтому следует предусмотреть припуски — 1 мм на каждый поперечный стык и 0,1-0,2 мм на каждый погонный метр продольного шва;

— резку, которая бывает термической (для легирован­ной стали, цветных металлов) или механической (роликовые ножницы с дисковыми ножами). Последний вариант целесо­образнее, если детали или изделия, подготавливаемые к сварке, являются однотипными;

— очистку, которой подвергают и основной металл, и при­садочный материал. Они должны быть полностью очищены от ржавчины, окалины, масляных и других загрязнений, по­скольку наличие посторонних веществ приводит к образова­нию при сварке дефектов и снижению прочности шва и всего соединения. Особое внимание надо уделить кромке свари­ваемых элементов и изделий и прилегающей к ним полосы шириной 25-30 мм;

— тщательную подготовку кромок, форма которых быва­ет различной и определяется толщиной листов. Притупление кромок и зазор между ними должны быть равномерными по всей длине;

— сборку, на которую приходится примерно 30% общей трудоемкости изготовления детали или конструкции. Для упрощения работы используют специальные приспособле­ния, инструменты и шаблоны (рис. 60,61).

Сборочно-сварочные приспособления применяют для обеспечения доступа к местам установки деталей и рукоят­кам устройств, которые фиксируют и зажимают деталь, а так­же для выполнения прихваток и сварки.

К приспособлениям для этой работы предъявляются определенные требования. Они должны:

— быть прочными и достаточно жесткими;

— удерживать деталь в необходимом положении;

— не допускать деформации детали при сварке;

— создавать условия, при которых потребуется мини­мальное количество поворотов при выполнении прихваток и сварных швов;

— обеспечивать беспрепятственный доступ для контроля размеров изделия и позволять легко снимать их по оконча­нии сварки;

— способствовать безопасности сварочных работ.

Сборочные работы должны вестись в такой последова­тельности, чтобы каждая предшествующая операция не за­трудняла выполнение последующей. Каждая деталь, по­ступившая на сборку, должна быть проверена на предмет точности геометрических размеров и подготовленности кро­мок под сварку. Для недопущения деформаций для прихватки надо использовать качественные электроды и выдерживать промежуток между прихватками не более 500 мм, если длина одной прихватки составляет 50-80 мм. Для формирования

б

в

концом электрода и быстро отводит его в сторону примерно на 2-4 мм. Так загорается дуга. При этом надо поддерживать ее длину постоянной, для чего рабочий постепенно опускает электрод по мере того, как тот расплавляется.

Длина дуги должна быть как можно короче, поскольку длинная дуга не дает нужной глубины проплавлення основно­
го металла, а электродный металл разбрызгивается, в конеч­ном итоге образуется неровный сварной шов с многочислен­ными включениями окислов. Короткая дуга сопровождается образованием незначительного количества мелких капель металла, электрод плавится равномерно и дает достаточную глубину проплавления свариваемых частей.

Если в процессе сварки дуга обрывается, ее следует воз­будить, переместив электрод отточки обрыва вперед, чтобы потом вернуться к месту обрыва, заварить кратер и продол­жить шов.

При сварке надо правильно держать электрод. Обычно его располагают вертикально или наклонно по отношению ко шву — углом вперед или назад (рис. 62), причем сварка углом назад дает глубокий провар и аккуратный, не слишком широкий шов. При таком положении электрода выполняют угловые, тавровые и нахлесточные соединения, а высококва­лифицированные мастера — и стыковые.

Для выполнения сварного шва следует подобрать соот­ветствующий режим сварки, т. е. совокупность условий, обес­печивающих стабильное протекание процесса сварки. Режим сварки включает параметры двух видов.

Первую группу составляют основные параметры:

— величина, род и полярность сварочного тока;

— диаметр электрода;

— напряжение дуги;

— скорость сварки;

— величина поперечного колебания торца электрода.

Во вторую группу входят дополнительные параметры:

— величина вылета электрода;

— состав и толщина электродного покрытия;

— пространственное положение электрода;

— начальная температура основного металла;

— положение изделия при сварочных работах.

Рассмотрим далее основные параметры, а второстепен­ные прояснятся в процессе изложения.

Выбор сварочного тока зависит от разных факторов — диаметра электрода, типа его покрытия и пространственного положения шва. Величина сварочного тока определяет про­
изводительность сварки (количество металла, наплавленно­го за единицу времени) и глубину провара.

При малом токе количества тепла, поступившего в сва­рочную ванну, будет недостаточно, что может привести к непровару, который значительно ухудшит прочностные свойства соединения деталей.

При чрезмерной величине сварочного тока электрод сильно нагреется, будет быстро плавиться и стекать в шов, что тоже связано с негативными последствиями, в частности с появлением излишнего наплавленного металла в зоне шва и риском непровара, если расплавленный электродный ме­талл ляжет на еще нерасплавленный основной металл.

На упаковке с электродами содержатся рекомендации по выбору сварочного тока, но можно воспользоваться и со­ответствующими формулами:

I = (40-50)d3 при d3 = 4-6 мм;

I = (20 + 6 d3)d3 при d3 < 4 мм и d3 > 6 мм, где

I — сварочный ток,

d3 — диаметр электрода.

С учетом толщины металла и пространственного положе­ния шва значение сварочного тока корректируют: если тол­щина кромок составляет (1,3-I,6)d3, то расчетное значение тока должно быть ниже на 10-15%; если толщина больше 3 d3, то расчетное значение тока должно быть выше на 10- 15%; при сварке вертикальных и потолочных швов значение сварочного тока должно быть на 10-15% ниже расчетного.

Форма и размер шва определяются родом и полярностью тока, которые подбирают в зависимости от типа электродного покрытия, марки и толщины основного металла. Здесь уста­новлены такие закономерности:

— при использовании постоянного тока обратной поляр­ности глубина провара оказывается примерно на 40-50% больше, чем в случае применения постоянного тока прямой полярности, что связано с разным количеством теплоты, ко­торая выделяется на катоде и аноде. По этой причине ток об­ратной полярности рекомендуется при сварке тонколистово­го металла и высоколегированных сталей, чтобы исключить прожог и перегрев соответственно;

— при ведении сварки переменным током глубина про­вара будет на 15-20% меньше по сравнению со сваркой пос­тоянным током обратной полярности.

Диаметр электрода зависит от толщины кромок металла, который подвергается свариванию (как правило, выбирают диаметр для сварки в нижнем положении), его марки, формы разделки кромок, пространственного положения, в котором осуществляется сварка, и вида сварного соединения.

Между диаметром электрода и толщиной металла при сварке в нижнем положении экспериментально была установ­лена определенная зависимость, представленная в табл. 18.

При отсутствии кромок диаметр электрода выбирают со­гласно представленной зависимости. Если разделка кромок была сделана, то при любой марке металла корневой шов выполняют электродом диаметром 2-3 мм, иногда 4 мм. Ис­пользований электродов большего диаметра не рекомендует­ся, поскольку это приводит к возникновению ряда дефектов, в частности к непровару, зашлаковыванию и др. Остальные слои накладывают электродом диаметром 4 мм. В тех случа­ях, когда толщина металла превышает 12 мм и сварку ведут в нижнем положении, возможно применение электрода диа­метром 5 мм. Таким же электродом выполняют и декоратив­ный шов при толщине металла 12 мм.

При сварке в других пространственных положениях для первого слоя выбирают электрод диаметром 2-4 мм, иногда 4 мм, последующие слои, включая декоративный, выполняют электродами диаметром 4 мм.

Диаметр электрода при равенстве прочих условий за­висит и от марки металла. Чтобы снизить тепловложения в основной металл и уменьшить риск образования трещин, используют электрод диаметром 2-3 мм, который позволяет получить валик малого сечения. Это особенно актуально при сварке закаливающихся сталей и чугуна.

Тип соединения тоже имеет значение при выборе диаме­тра электрода. Для стыкового соединения электрод подбира­ют по принципам, изложенным выше, а для других типов (тав­ровых, нахлесточных, угловых) придерживаются следующих правил:

— при многослойных швах корневой шов выполняют электродом диаметром 2, 3 или 4 мм, при этом чем ответ­ственнее конструкция или элемент, тем меньше должен быть диаметр электрода, поскольку только в таком случае можно добиться качественного провара корня шва, снизить дефор­мации и тепловложения в основной металл и сварочные нап­ряжения;

— при однопроходных швах применяют электрод диамет­ром 2, 3,4, 5 или 6 мм — в соответствии с толщиной металла.

Тип и марка электрода определяются прочностью, меха­ническими и эксплуатационными характеристиками сварно­го соединения.

Между напряжением дуги (оно определяется величиной тока и диаметром электрода и чаще всего колеблется в преде­лах 18-45 В) и ее длиной наблюдается прямо пропорциональ­ная зависимость: с увеличением длины дуги ее напряжение тоже растет. Следовательно, возрастает и доля тепла, за счет которого плавится электродный и основной металл. В конеч­ном итоге сварной шов получается шире, а глубина провара и высота усиления — меньше. Поэтому для сварки предпочти­тельнее держать короткую дугу, напряжение которой состав­ляет 18-20 В, тем более что длинная дуга сопровождается резким звуком и усиленным разбрызгиванием металла. Для сокращения длины дуги надо максимально быстро опускать электродержатель вниз.

При высокой скорости сварки сварной шов становится уже, однако глубина провара возрастает, так как расплавлен­ный металл не подтекает под дугу и дает прослойку неболь­шой толщины. Если и дальше увеличивать скорость сварки, то можно создать предпосылки для развития негативных яв­лений, поскольку время теплового воздействия сварочной дуги на металл и глубина провара снизятся, не исключено и несплавление основного металла с металлом шва.

В процессе сварки электрод должен совершать опреде­ленные колебательные движения, от характера которых за­висит качество сварного шва. Если подавать электрод исклю­чительно в направлении его оси и перемещать его вдоль шва прямолинейно, то наплавленный валик будет узким (ниточ­ным). Он применяется при сварке тонколистового металла, если требуется подварить подрез, а также при наплавке.

При выполнении шва электрод держат под некоторым углом относительно поверхности металла. Это необходимо для того, чтобы капли расплавленного электродного металла падали на жидкий металл сварочной ванны. Чтобы увеличить глубину проплавления основного металла, электрод следует наклонять в сторону, противоположную направлению сварки. Таким образом, изменение угла наклона электрода к поверх­ности свариваемых элементов позволяет контролировать глубину расплавления основного металла, качественно фор­мировать валик шва и воздействовать на скорость, с которой охлаждается жидкий металл сварочной ванны.

Наложение ниточного валика используют, чтобы про­варить корень шва, при соединении тонколистового метал­ла и др. При ведении сварки тонкопокрытыми электродами ширина ниточного валика составляет 0,8-1,5 диаметра стержня электрода. Для узкого, но высокого валика харак­терен небольшой объем наплавленного металла, поэтому он быстрее кристаллизуется, а не успевшие выделиться из него газы остаются растворенными в нем, что придает шву порис­тость. По этой причине предпочтение отдается уширенным валикам.

Чтобы увеличить ширину валика, сварщик должен совер - шать движения трех типов (рис. 63).

Благодаря поперечным колебательным движениям кон­ца электрода при наплавке уширенных валиков (рис. 64) сва­риваемые кромки равномерно прогреваются, а жидкий ме­талл сварочной ванны медленнее остывает.

Качество сварки повышается, если ширина валика сос­тавляет 2,5-3 диаметра электрода. При этом все кратеры жидкого металла сливаются в общую сварочную ванну, за счет чего сплавление основного и электродного металла улучшает­ся, а прочность сварного шва возрастает. Если ширина вали­ка слишком велика, то металл в точке 1 на рис. 64 уже начи­нает кристаллизоваться в момент достижения дугой точки 3, т. е. на данном участке возможен непровар. Помимо этого, широкий валик потребует больше времени на выполнение, приводит к увеличенному расходу металла и пр. Это означает, что производительность сварки упадет.

Поперечные колебательные движения электрода различ­ны по рисунку (рис. 65) и зависят от формы, размера и про­странственного положения шва.

При сварке рабочий может располагаться сбоку от шва и вести электрод слева направо или находиться на оси шва, перемещая электрод на себя. Наплавив валик, следует зава­рить кратер на конце шва, чтобы не допустить образования трещины.

В случае использования толстопокрытых электродов надо следить за тем, чтобы расплавленный шлак распределял­ся на жидком металле равномерным слоем, причем он дол­жен находиться позади сварочной дуги и не попадать на еще не расплавленный металл. При этом необходимо достаточно долго держать металл в жидком состоянии, чтобы шлак успел всплыть и раскислить металл.

По сравнению со сваркой тонкопокрытым электродом колебательные движения толстопокрытым электродом долж­ны быть менее размашистыми, т. е. их ширина должна быть меньше. Валик, наплавленный им, бывает более плоским, по­скольку слой шлака на поверхности наплавленного металла охлаждается и кристаллизуется медленнее.

Элементом сварочного процесса является прихватка, к которой прибегают при сборке свариваемых изделий и лис­тов с целью их временной фиксации. Прихватку выполняют узким валиком теми же электродами, что и сварку, а ее длина не превышает нескольких сантиметров. Поверхность прихва­ток перед сваркой очищается, а при сварке их полностью рас-

плавляют до основного металла, чтобы не допустить возник­новения какого-либо дефекта (пористости, непровара и др.).

Техника дуговой сварки включает в себя различные спо­собы выполнения стыковых, тавровых, угловых и нахлесточ - ных соединений.

Стыковые соединения могут вариться только с одной или же с обеих сторон. Для предотвращения прожогов ис­пользуют остающиеся или съемные подкладки. Материалом для первых служат стальные полосы толщиной 2-4 мм и ши­риной 30-40 мм, для вторых — медь, графит или керамика, поскольку они не плавятся во время сварки (дополнительно их охлаждают водой).

Сварка на подкладках позволяет сварщику работать, не боясь прожогов и натеков, дает возможность повышать величину сварочного тока на 20-30% и не требует обратной подварки корневого шва.

При сварке стыковых соединений (рис. 66, 67) выполня­ют два и более слоев, что определяется такими факторами, как толщина листов (3-26 мм), диаметр электрода, наличие или отсутствие разделки кромок.

Наиболее удобными в исполнении и поэтому более пред­почтительными являются нижние швы, поскольку вследствие

гравитации расплавленный металл электрода стекает в кра­тер и удерживается в пределах сварочной ванны, а газы и шлаки поднимаются к поверхности.

Стыковые швы без скоса кромок производят наплавле - нием валика вдоль шва, при этом имеет место небольшое уширение, чтобы обеспечить достаточное проплавление кро­мок. У шва предусматривают усиление до 2 мм. Проварив шов с одной стороны, изделие переворачивают, удаляют шлак и подтеки, а затем выполняют шов с обратной стороны.

Стыковые швы с V-образной разделкой кромок варят в один слой, если толщина металла составляет менее 8 мм, а при увеличении толщины свариваемых листов накладывают два и более слоев. Первый слой высотой 3-5 мм выполняют электродом диаметром 3-4 мм, для остальных слоев его диа­метр увеличивают до 4-5 мм. Перед тем как наварить очеред­ной слой, предыдущий следует очистить от шлака и застывших капель металла. Это легко сделать металлической щеткой.

Когда вся разделка будет заполнена, изделие перево­рачивают, выбирают (например, пневматическим зубилом) неглубокую канавку (шириной 8-10 мм и глубиной 3-4 мм) в корневом шве и тщательно заваривают ее за один проход, придав шву небольшое усиление. Если нет возможности из­менить положение изделия, то необходимо особенно тща­тельно выполнить корневой шов.

Сварка стыковых швов с Х-образной разделкой кромок аналогична наложению многослойных швов с обеих сторон разделки.

Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки сты­ковых швов с различной разделкой кромок представлены в табл. 19.

При сварке угловых, тавровых и нахлесточных соедине­ний (рис. 68) накладывают угловые швы.

Поскольку при угловых швах расплавленный металл сте­кает в горизонтальную плоскость, рекомендуется выполнять

их в нижнем положении «в лодочку», при выборе режима ко­торой можно воспользоваться табл. 20.

Но не всегда есть возможность зафиксировать деталь в соответствующем положении. По этой причине сварку ве­дут наклонным электродом. Однако если нижняя плоскость углового шва занимает горизонтальное положение, в этом случае не исключается непровар корня шва или какой-либо из кромок. Такой же дефект возникает на нижней поверх­ности, если возбуждать дугу и начинать работу на верти­кальной плоскости. Для недопущения этого при сварке угло­вого шва необходимо возбуждать дугу на нижней кромке в точке А и, миновав разделку, переходить на вертикальную кромку, совершая электродом такие движения, как показано на рис. 69.

Угловые швы могут быть однослойными, если длина кате­та не превышает 8 мм, и многослойными многопроходными при его длине более 8 мм. Во втором случае сперва выпол­няют узкий ниточный валик, используя электрод диаметром 3-4 мм, благодаря чему достигается оптимальный провар корня.

При определении количества проходов в процессе свар­ки ориентируются на объем площади поперечного сечения ме­талла шва, заполненный за один проход. Эта величина должна равняться 30-40 мм2, наплавленным за один проход.

При выборе режима ручной дуговой сварки угловых швов исходят из наличия одно - или двусторонних скосов либо из их отсутствия (табл. 21 и 22).

Сварка вертикальных швов является непростой задачей, так как под действием гравитации расплавленный металл старается покинуть сварочную ванну. Величина тока, поддер­живаемого при выполнении таких швов, должна быть на 10- 15% меньше, чем при сварке нижних швов. Кроме того, дуга должна быть короткой. Наплавленные валики могут быть как узкими, так и широкими. Движения электрода при этом на­глядно представлены на рис. 70 и 71.

Вертикальные швы накладывают двумя способами:

— снизу вверх (на подъем) (рис. 72). При этом дугу воз­буждают в нижней точке соединения, а когда образуется сварочная ванна, перемещают слегка вверх и потом в сто­рону.

Дуга должна ориентироваться на основной металл. Благо­даря такой методике расплавленный металл при отведенном электроде успевает затвердеть и образовать своеобразную полочку (площадку), которая при движении электрода вверх станет опорой для последующих капель расплавленного ме­талла и не позволит им стекать вниз. Рекомендуемый угол, под которым следует наклонять электрод кверху, составляет 20-25°;

Рис. 71. Траектория перемещения электрода при наплавке широких валиков: а — прямоугольная; б — криволинейная

I

=1

— сверху вниз (на спуск) (рис. 73). В отличие от предыду­щего способа в данном случае возбуждают в верхней точке шва, придавая электроду первоначально перпендикулярное положение, а после образования кратера — наклонное. Этот способ чаще всего применяют при сварке тонколистового металла и для выполнения первых слоев в тех случаях, когда имеется разделка кромок.

Для стыковых горизонтальных соединений требуется подготовка лишь верхней кромки, что значительно сокраща­ет стекание жидкого металла. Возбужденную на нижней го­ризонтальной кромке сварочную дугу перемещают на кромку со скосом.

При этом электрод держат вертикально или углом назад либо вперед. Движения совершают в определенной ПОСЛЄДОг вательносТи, показанной на рис. 74.

Самыми трудными являются потолочные швы (рис. 75), при которых расплавленный металл стремится вытечь из сва­рочной ванны. В связи с этим ее объем должен быть мини­мальным, дуга — максимально короткой, покрытие электро­да — тугоплавким, дающим незначительное количество шлака, а величина сварочного тока должна быть на 15-20% меньше по сравнению с током при выполнении нижних швов.