2.5. Сварка порошковой проволокой

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 8

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Лабораторная работа № 1.

Дуговая сварка плавлением: ручная, автоматическая и механизированная

Цель работы

Изучить свойства электрической сварочной дуги, ознакомиться с основными видами электрической дуговой сварки открытой дугой.

Ознакомиться с устройством и принципом работы оборудования для сварки на постоянном и переменном токе.

Исследовать внешние характеристики источников сварочного тока.

Ознакомиться с процессами дуговой сварки, которые демонстрирует мастер производственного обучения.

Ознакомиться с устройством и принципом работы сварочного автомата и полуавтомата.

1.1. Оборудование сварочных постов

Комплект оборудования, технологически связанного между собой для выполнения сварочных работ тем или иным способом (ручной, механизированной или автоматической), называют сварочным постом или сварочной установкой.

В состав сварочного поста или установки в зависимости от необходимости (или возможности) входят:

а) основное сварочное оборудование, к которому относят источники питания дуги сварочным током, сварочные автоматы или полуавтоматы, а также приборы (аппараты) для управления, контроля и регулирования процесса сварки;

б) механическое вспомогательное сварочное оборудование, служащее либо для крепления на нем и перемещения сварочных автоматов и полуавтоматов (тележек различных типов), либо для манипулирования расположенным на нем свариваемым изделием в процессе сварки (кантователи, манипуляторы и т.п.);

в) инструмент и приспособления сварщика: сварочные провода, электрододержатель, зубило и молоток слесарные или комбинированный молоток-зубило, щетки волосяная и стальная, совок, щиток или шлем-маска, личное клеймо сварщика, контейнеры (сумка) для электродов и огарков, спецодежда сварщика.

Сварочные посты могут быть стационарными или передвижными.

Стационарный сварочный пост для ручной сварки, например, - это участок производственной площади, снабженный источником питания дуги, КИПом, приспособлениями и инструментом.

1.2. Основы теории электрической дуговой сварки.

Тепловая энергия сварочной дуги

Основным источником тепла при дуговой сварке плавлением является электрический дуговой разряд.

Электрическая дуговая сварка может выполняться плавящимся (металлическим) и неплавящимся (угольным, вольфрамовым) электро­дами. Металлический плавящийся электрод служит проводником электрического тока (рис. 1.1,а) и одновременно выполняет роль присадочного материала. Неплавящийся электрод служит лишь проводником сварочного тока (рис. 1.1, б), присадочная проволока, при необходимости, вводится в зону свароч­ной дуги.

Рис. 1.1. Схемы сварки:

а - плавящимся электродом; б - неплавящимся электродом.

Электрическая сварочная дуга представляет собой длительный самостоятельный разряд электричества в атмосфере газов и паров металла между двумя электродами, проводящими большой ток – (5-4000) А – при относительно низком напряжении – (10-60) В. Электрическая сварочная дуга является концентрированным источником тепловой и световой энергии.

Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе её горения. Процесс зажигания дуги включает три этапа: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на расстояние 3-6 мм и возникно­вение устойчивого дугового разряда. Короткое замыкание (рис.1.2,а) выполняется для разогрева торца электрода 1 и заготовки 2 в зоне контакта с электродом. После отвода электрода (рис.1.2,б) с его разогретого торца (катод) под действием электрического поля начи­нается термоэлектронная эмиссия электронов 3. Столкновение быстродвижущихся по направлению к аноду электронов с молекулами газов и паров металла приводит к их ионизации 4. По мере разогрева столба дуги и повышения кинетической энергии атомов и молекул происходит дополнительная ионизация за счет их соударения. В результате дуговой промежуток становится электропроводным, и через него происходит разряд электричества. Процесс зажигания дуги заканчи­вается возникновением устойчивого дугового разряда (рис. 1.2, в).

Рис. 1.2. Схема процесса зажигания дуги

Температура столба дуги 6 зависит от материала электрода и состава газов в дуге, а температура катодного 5 и анодного 7 пятен приближается к температуре кипения металла электродов. Эти температуры для дуги покрытого стального электрода составляют соответственно ~ 3300 и ~ 3900 °С. Температура столба дуги 6000-7000 °С. При этом в анодной области дуги, как правило, выделяется значительно больше тепловой энергии, чем в катодной.

Электрическая сварочная дуга переменного тока промышленной частоты (f = 50 Гц) горит неустойчиво. Она возбуждается и гаснет 100 раз в секунду.

Устойчивость горения сварочной дуги переменного тока зависит от интенсивности повторного зажигания дуги в каждом полупериоде. Интенсивность повторного зажигания дуги определяется степенью ионизации газов в дуговом промежутке. При недостаточной степени ионизации газовой среды повторное возбуждение дуги происходит при повышенном напряжении, называемом напряжением зажигания дуги.

В процессе сварки электроды нагреваются двумя источниками: тепловой энергией сварочной дуги и теплом, выделяющимся при про­текании сварочного тока по вылету электрода.

При горении сварочной дуги тепло в электрод вводится через катодное пятно нагрева. Установлено, что тепловая энергия свароч­ной дуги нагревает электрод с торца по длине не более 10 мм.

Рис. 1.3 - Вылет электрода:

а- - при ручной сварке;б - при автоматической сварке под слоем флюса

Тепловая энергия, выделяющаяся в соответствии с законом Джоуля-Ленца, нагре­вает электрод по длине вылета (рис. 1.3) и способствует ускорению плавления электрода. Количество тепловой энергии (Дж), выделяемое на вылете электрода, зависит от плотности сварочного тока, длины вылета и удельного сопротивления металлического стержня электрода.

Производительность дуговой сварки определяется количеством наплавленного металла в единицу времени (г/ч) и зависит от сварочного тока I_св и коэффициента наплавки.

G = α _н · I_св , (1.4)

где α _н - коэффициент наплавки, г/А·ч.

Коэффициент наплавки α _н характеризует количество наплавлен­ного металла электрода на поверхность детали под действием тока в 1 А за единицу времени. Величина коэффициента наплавки зависит от многих факторов: силы сварочного тока, марки электрода, положения сварочного шва в пространстве и др.

Электрическая дуга является проводником тока и в то же время нелинейным элементом цепи, так как у нее постоянно меняются длина, сопротивление, напряжение и ток. Зависимость напряжения дуги от силы сварочного тока называется статической (вольтамперной) ха­рактеристикой дуги (рис. 1.4).

Рис. 1.4 - Статическая (вольтамперная) характеристика дуги

При малых значениях тока (область I) характеристика дуги падающая, при средних значениях тока (при ручной и автоматической сварке под флюсом) напряжение не зависит от силы тока и характеристика будет жесткой (область ІІ). При больших значениях тока (при сварке в защитных газах и под флюсом) характеристика дуги будет возрастающей (область ІІІ). Из характеристики дуги видно, что для её зажигания, когда токи малы, нужно повышенное напряжение в 40 - 60 В. При горении дуги напряжение должно упасть примерно до 20 - 30 В (дуга длиной 4 мм при стальном электроде с тонким пок­рытием). При больших плотностях тока напряжения должны соответственно расти.

1.3. Источники сварочного тока

Электрическая дуговая сварка плавлением может выполняться на постоянном и переменном токах.

Для сварки на постоянном токе применяются сварочные преобразователи, сварочные агрегаты и сварочные выпрямители.

Сварочные преобразователи имеют электрический привод (электродвигатель переменного тока), сварочные агрегаты работают от двигателя внутреннего сгорания (независимый привод).

Для сварки на переменном токе применяют сварочные трансформаторы. На рис. 1.5 показаны принципиальные схемы сварки с применением различных источников сварочного тока.

Рис. 1.5 Принципиальные схемы сварки

Источники сварочного тока характеризуются зависимостью напряжения на выходных клеммах от силы сварочного тока, которая называется внешней характеристикой источника питания. Внешние характеристики источников питания дуги (рис.1.6) могут быть крутопадающими, пологопадающими, жесткими и возрастающими.

Рис. 1.6. Основные типы внешних характеристик:

1 - крутопадающая; 2 - пологопадающая; 3 - жесткая; 4 – возрастающая

Для ручной дуговой сварки применяют источники с крутопадающей характеристикой. Электрическая дуговая автоматическая сварка может производиться от источников с пологопадающей или жесткой характеристикой. Сварочные выпрямители могут иметь управляемую характеристику (падающую и жесткую); такие выпрямители при­меняются для сварки в среде углекислого и инертных газов.

При сварке постоянным и выпрямленным током обеспечивается вы­сокая стабильность горения сварочной дуги, поэтому она применима для сварки высоколегированных сталей, чугуна и алюминиевых сплавов. Постоянный и выпрямленный токи применимы также для электрической ду­говой сварки металлов плавящимися электродами в среде защитных га­зов.

Основным недостатком сварки постоянным током является мень­ший по сравнению со сваркой переменным током КПД установки. Сварочный генератор постоянного тока, вырабатывающий сварочный ток, необходимо приводить в движение электрическим двигателем переменного тока (сварочные преобразователи) или внутреннего сго­рания (сварочные агрегаты). В обоих случаях будут потери на тре­ние движущихся деталей и потери в обмотках электрических двига­телей.

Оборудование для сварки постоянным током конструктивно слож­ней.

При сварке переменным током применяются сварочные трансфор­маторы, понижающие напряжение тока промышленной сети.

Сварка переменным током более экономична по сравнению со сваркой постоянным током, потому что КПД трансформатора больше. Это объясняется отсутствием потерь на трение и меньшими электри­ческими потерями в обмотках машины.

Недостаток сварки переменным током - неустойчивое горение сварочной дуги, поэтому необходима её хорошая стабилизация.

Учитывая недостаточную стабилизацию горения дуги, сварка пе­ременным током не рекомендуется для высоколегированных сталей, чугуна и алюминиевых сплавов. Переменный ток также не применяет­ся для электрической дуговой сварки плавящимися электродами в среде защитных газов.

1.3.1 Основные требования к источникам питания сварочной дуги

К источникам питания предъявляются следующие требования:

1. Внешняя характеристика источника питания должна соответ­ствовать статической (вольтамперной) характеристике дуги.

2. Напряжение холостого хода должно быть достаточным для легкого зажигания дуги, но не превышающим нормы техники безо­пасности. Величина напряжения холостого хода зависит от конструк­ции и назначения сварочного агрегата и составляет (60 ÷ 80) В.

3. Источник должен обладать хорошими динамическими свойствами. С увеличением длины дуги рабочее напряжение должно быстро возрастать, а с уменьшением - быстро падать. Время восстановления рабочего напряжения при коротком замыкании от 0 до 30 В не должно превышать 0,05 с, а по требованиям минимального разбрызгивания металла - 0,01-0,02 с.

4. Ток короткого замыкания не должен быть чрезмерно велик во избежание перегрева электрода, оплавления покрытия и разбрызги­вания металла, но не должен быть и слишком мал, чтобы не затруд­нять повторное зажигание дуги. Поэтому для источников сварочного тока принято следующее соотношение между током короткого за­мыкания и рабочим током:

(1.5)

5. Мощность источника сварочного тока должна быть достаточной для выполне­ния сварочных работ соответствующим способом.

6. Источник должен иметь устройство для плавного регулиро­вания силы тока.

1.3.2 Источники питания сварочной дуги переменным током

Существуют два основных принципа построения сварочных транс­форматоров:

1) с нормальном магнитным рассеянием и дополнительным индуктивным сопротивлением (дросселем);

2) с искусственно увеличен­ным магнитным рассеянием.

Трансформаторы первой группы бывают двух основных типов:

а) в двухкорпусном исполнении с отдельным дросселем (рис.1.7,а), между обмотками трансформатора 5, 6 и дросселя 1 имеется только электрическая связь, а величина сварочного тока изменяется путем изменения воздушного зазора 7 между магнитопроводом дросселя 3 и подвижной его обмоткой 2.

б) в однокорпусном исполнении (рис. 1.7,б) между обмотками трансформатора и дросселя существуют как электрическая, так и магнитная связь; трансформаторы этого типа экономичней и удобней в эксплуатации.

Рис. 1.7.Сваренные трансформаторы первой группы:

1 - обмотка дросселя; 2 - подвижный сердечник дросселя ; 3 - магнитопровод дросселя; 4- магнитопровод трансформа­тора; 5,6- первичная и вторичная обмотки; 7 – воздушный зазор

Примером двухкорпусных трансформаторов могут служить СТЭ-24У, СТЭ-34У (созданные еще в 30-х годах XX в.), однокорпусных – СТН-500, ТСД-500-1, ТСД-1000-4 и др., а также современные ТД-102, ТД-306, ТДМ-317, ТДМ-401-1.

В трансформаторах второй группы (в однокорпусном исполнении) необходимые внешние характеристики создаются за счет реактивного сопротивления трансформатора. Это достигается за счет принудительного изменения расстояния между первичной 2 (рис. 1.8,а) и вторичной 3 обмотками или за счет изменения величины рассеяния магнитосиловых линий при помощи магнитного подвижного шунта 4 (рис. 1.8,б), вводимого в зазор между удаленными друг от друга обмот­ками 2 и 3.

Рис. 1.8. Сварочные трансформаторы второй группы: I - магнитопровод трансформатора; 2,3 - первичная и вторичная обмотки; 4 - подвижный магнитный шунт

В настоящее время наибольшее распространение получили сва­рочные трансформаторы с подвижными обмотками (рис. 1.8,а) типа ТС, ТСК, ТД и ТДМ (ТС-300, ТС-500, ТСК-300, ТСК-500, ТД-102, ТД-306, ТДМ-317).

Примером трансформаторов с неподвижными первичными или вторичными обмотками и подвижными магнитными шунтами. Служат сварочные трансформаторы типа ОСТА и СТШ (СТШ-300, СТШ-500 и др.).

1.3.4. Сварочные генераторы

Применяемые в качестве источников питания дуги постоянным током сварочные генераторы, которые разделяют на три основные группы:

-с не­зависимым питанием намагничивающей обмотки и последовательной размагничивающей или подмагничивающей обмоткой;

-с питанием намагничивающей обмотки от дополнительной щетки (с самовозбуждением) и последовательной размагничивающей или подмагничивающей обмоткой;

-с размагничивающим действием реакции якоря (расщепленными полюсами) и самовозбуждением.

Достаточно широко применяются генераторы с размагничивающим действием реакции якоря (расщепленными по­люсами). У этих генераторов падающие характеристики получаются в результате размагничивающего действия магнитного потока обмотки якоря (реакция якоря). Генератор (рис. 1.9) имеет четыре полюса и три группы щеток на коллекторе.

Рис. 1.9. Схема генератора с расщепленными полюсами

Каждую пару одноименных полюсов можно считать одним полюсом, но расщепленным на два. Вертикально расположенные полюсы N_п и S_п называются поперечными, а горизонтальные N_г и S_г - главными. Главные полюсы имеют вырезы и всегда работают при полном магнитном насыщении, т.е. магнитный поток их при всех нагрузках остает­ся неизменным. Магнитный поток полюсов, создаваемый обмотками N_п и N_г, условно можно разделить на два потока Фг и Фп, замыкающиеся через разные пары полюсов. Один магнитный поток идет от N_п и S_п, а второй - от N_г и S_г. ЭДС зависит от интенсивности этих пото­ков.

При холостом ходе тока в якоре нет, магнитный поток Ф_г также отсутствует, поэтому Фп имеет наибольшую величину, а генератор - наибольшее напряжение. При нагрузке ток, проходящий через обмотку якоря N_г, создает магнитный поток Ф_г (пунктиром ), который совпадает с потоком N_г- S_г главных полюсов и увеличивает его, а поток якоря, направленный против потока N_п-S_п, ослабляет его. В момент короткого замыкания магнитный поток якоря имеет наибольшую величину и уменьшает результирующий поток до нуля, значит и ЭДС генератора будет равна нулю.

Промышленность выпускает преобразователи ПС-300М, ПГ-300M-I, ПС-300Т, ПСО-300-2, ПД-305, ПСГ-500-1 с генераторами СГ-300М; СГ-300М-1, СГ-300Т, ГСО-300, ГД-317, ГСГ-500-1.

1.4. Сущность ручной дуговой сварки

Для ручной дуговой сварки применяют металлические электроды, состоящие из металлического стержня 8 и покрытия 9 (рис.1.11). Плавление электрода и свариваемого металла в процессе сварки осу­ществляется теплом электрической дуги, горящей между электродом и свариваемым металлом. Электродный металл в виде капель перехо­дит в жидкую металлическую ванну, называемую сварочной, которая после удаления дуги кристаллизуется, образуя сварной шов (рис.1.10).

Покрытие электрода выполняет следующие функции:

1. Защищает расплавленный металл сварочной ванны от влияния азота, кислорода и водорода воздуха. Из газообразных материалов покрытия над жидким металлом образуется локальная атмосфера 6, которая препятствует контакту жидкого металла с азотом, кислородом и водо­родом. Оседая на шов, они со шлаком ванны образуют легко от­слаивающуюся шлаковую корку 3.

2. Легирует, т.е. вводит в металл шва химические элементы (например кремний, марганец, хром и т.д.), чтобы придать ему необходимые химический состав и механические свойства (прочность, вязкость, твердость и т.д.), а также для компенсации выгорающих элементов.

Рис. 1.10. Схема процесса ручной дуговой сварки:

1 – основной металл; 2 – металл сварного шва; 3- шлаковая корка; 4- сварочная ванна жид­кого металла; 5- шлаковая ванна; 6- газо­вая защитная атмосфера; 7- сварочная дуга; 8- металлический стержень электрода; 9-покрытие электрода; 10- капли расплавлен­ного металла; v _св - направление движения электрода вдоль свариваемых кромок; v _п - направление движения электрода вниз вдоль своей оси

3. Раскисляет расплавленный металл сварочной ванны, т.е. удаляет кислород из жидкого металла. Окислы металлов, остающиеся в металле шва, снижают его механические свойства.

4. Рафинирует расплавленный металл сварочной ванны, т.е. очищает его от серы и фосфора. Повышенное содержание серы и фос­фора в металле шва ухудшает его механические свойства.

Покрытие состоит из порошкообразных материалов, сцементиро­ванных, чаще всего, жидким стеклом (калиевым, натриевым или бакелитовым лаком). В покрытие входят стабилизи­рующие, шлакообразущие, газообразующие, раскисляющие, легирующие и другие вещества. Покрытия бывают: кислые, основные, рутиловые, газозащитные и смешанные.

1.5. Техника ручной дуговой сварки

Ручная дуговая сварка широко применяется при изготовлении металлоконструкций, а также для сварки самых различных металлов и сплавов толщиной от 2 до 100 мм. Особенно ручная сварка удобна и выгодна при выполнении коротких швов и швов криволинейной формы в любом пространственном положении, а также при наложении швов в труднодоступных местах. Ручная дуговая сварка обеспечи­вает хорошее качество сварных соединений. Недостатком ручной дуго­вой сварки является ее малая производительность по сравнению с автоматическими и механизированными способами.

Применяемые при сварке сварные соединения подразделяются на четыре вида: стыковые (рис. 1.11, а, б), тавровые (рис.1.11,в,г), нахлесточные (рис. 1.11, д) и угловые (рис. 1.11,е).

Рис. 1.11. Типы сварных соединений:

а, б - стыковые; в, г - тавровые; д - нахлесточное; е - угловое

Перед сваркой кромки свариваемых деталей тщательно подго­тавливают: зачищают поверхности до металлического блеска, со­единяют детали друг с другом прихватками - короткими швами, служащими для сборки деталей под сварку.

Кромки свариваемых деталей, начиная с 3 мм и выше, подвер­гаются специальной операции, которая называется разделкой кромок. Эта технологическая операция предшествует сварке. При разделке кромок снимается часть металла посредством строгания, фрезерования или кислородной резки с приданием им заданной формы для последующего заполнения ее присадочным металлом в один или нес­колько проходов. На рис. 1.11 представлены сварные соединения:

- а, в, д, е, выполненные без разделки кромок,

- б, г - с разделкой кромок.

Положение, в котором выполняется сварка, может быть нижнее, горизонтальное, потолочное, вертикальное, «в лодочку», полувертикальное, полугоризонтальное, полупотолочное.

При движении электрода вниз вдоль своей оси (подача электрода) и оси будущего шва наплавляется ниточный валик, а при дополнительном движении электрода вдоль оси шва с поперечными колебаниями - широкий" валик.

Ручная дуговая сварка углеродистых и низколегированных ста­лей в нижнем положении осуществляется на следующих рекомендуемых режимах (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Ручная дуговая сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей, широко применяемых в строительстве, выполняется электродами типа Э42 (Э - электрод; 42 - гарантированное временное сопроти­вление разрыву наплавленного металла, кгс/мм²), Э42А (A- означает повышенную вязкость и пластичность металла шва), Э46,Э46А, Э50, Э50А.

2. Основы автоматической и механизированной дуговой сварки

2.1. Основы автоматической сварки под флюсом и механизированных способов сварки.

Процесс автоматической сварки под слоем флюса принципиально отличается от сварки открытой дугой.

При автоматической сварке под слоем флюса (рис. 2.1.) дуга 6, горящая между электродной проволокой 10 и изделием, находится под слоем флюса 4. Флюс обеспечивает защиту расплавленного металла от воздуха, стабилизирует горение дуги, обеспечивает условия для удаления газов и неметаллических примесей из сварного шва, а также производит легирование наплавленного металла. Флюс 4, расплавляясь, образует на поверхности жидкого металла 5 слой жидкого шлака 8. Дуга 6 горит в атмосфере 7, состоящей из паров металла, газов и продуктов химических реакций в сварочной ванне. Электродная проволока 10 подается правильно-подающим механизмом 11 (V_п - скорость подачи проволоки). Сварочный ток I_св от источника питания через мундштук 9 подводится к электродной проволоке 10. По мере перемещения происходит кристаллизация сварочной ванны и образуется шов 2, который соединяет в одно целое свариваемые детали, а расплавленный шлак при остывании образует шлаковую корку 3.

Главным условием устойчивого горения сварочной дуги является равенство скорости плавления сварочной проволоки V_пл и скорости ее подачи в зону дуги V_п. При сварке непрерывно нарушается ра­венство V_пл=V_п в связи с колебаниями напряжения в сети, из­менением длины дуги l_д из-за неровностей металла, пробуксовывания проволоки в подающих роликах и т.п.

Рис.2.1. Схема процесса автоматической сварки под флюсом:

1 – изделие; 2 - шов; 3 – шлаковая корка; 4 – флюс; 5 – сварочная ванна жидкого металла; 6 – дуга; 7 – газовая атмосфера; 8 – оболочка из жидкого шлака; 9 – токоподводящий мундштук; 10 – электродная проволока; 11 – ролики подающего механизма.

Основным узлом сварочных автоматов и полуавтоматов является сварочная головка. По принципу работы (способу восстановления равенства V_пл=V_п) различают сварочные головки с постоянной и регулируемой (переменной) скоростью подачи проволоки.

2.2. Оборудование для автоматической сварки под слоем флюса

Для автоматической сварки под слоем флюса применяют три ти­па установок: подвесные автоматические сварочные головки; самоходные авто­матические головки; самоходные сварочные автоматы (тракторы).

Все типы автоматических сварочных установок предназначены для наложения прямолинейных швов в нижнем положении или с уклоном до 10^°, а также кольцевых швов.

Подвесная подвижная головка получает движение вдоль шва от специального сварочного стана. Самоходная головка перемешается над деталью по рельсовому пути, смонтированному на сварочном посту.

Сварочный трактор (рис. 2.2) перемещается либо по изделию, либо по специальным направляющим.

Рис. 2.2. Конструктивная схема трактора TC-I7 М

На шасси трактора 1 смонтированы электродвигатель 7, приводящий в движение механизм подачи проволоки 4, и механизм пере­движения 9, сварочная головка 3 с мундштуком 2 для подвода тока к сварочной проволоке, кассета для сварочной проволоки 6 и бункер 5 для флюса.

Автоматическая головка трактора имеет корректировочный механизм 4 для смещения сварочной проволоки поперек шва и для ус­тановки мундштука и. других механизмов под углом до 45° относительно продольной оси трактора. Это позволяет выполнять угловые швы вертикальным электродом при перемещении трактора по наклонной плоскости.

Для отключения ведущих колес трактора от вала электродвига­теля с целью свободного перемещения трактора по столу имеется фрикционная муфта с маховичком 8 (маршевый ход).

Трактор имеет сдвоенный пульт управления 11 (сварочной го­ловкой) и 12 (сварочным трансформатором).

2.3. Флюсы для автоматической сварки

При автоматической сварке флюсы слу­жат для защиты металла сварочной ванны от кислорода и азота воз­духа, устранения потерь металла на разбрызгивание и обеспечение требуемого химического состава и физико-механических свойств на­плавленного металла.

При высоких температурах расплавленный металл и флюс всту­пают в химическое взаимодействие. Поэтому от активности химичес­кого взаимодействия между расплавленным металлом и компонентами, входящими в состав флюса, зависит химический состав и свойства наплавленного металл. В состав флюсов входят компоненты: стабилизирующие сварочную дугу, защитные (шлакообразующие), раскисляющие и легирующие.

Флюсы, применяемые для автоматической сварки, классифицируют по способу изготовления и по химическому составу. По способу изготовления флюсы бывают плавленые и неплавленые (керамические). Плавленые флюсы получают путем сплавления компонентов, вхо­дящих в состав шихты, в пламенных и электрических печах с после­дующей их грануляцией. Керамические флюсы получают путем смешивания порошкообразных компонентов и скрепления их жидким стеклом (натриевым или калиевым).

По химическому составу различают флюсы окислительные, слабоокислительные и безокислительные.

Окислительные флюсы содержат 40-45° SiO₂ и более 15% MnО. Высококремнистые, высокомарганцовистые флюсы марок АН – 348, АН - 348 А, ОСЦ - 45 и АН - 60 предназначены для сварки углеро­дистых и низколегированных сталей углеродистой сварочной проволокой.

Слабоокислительные и безокислительные флюсы, применяемые для сварки легированных и специальных сталей, содержат неболь­шое количество кремния и марганца. В cocтаве этих флюсов имеется около 20% СаF₂. Например, в состав слабоокислительного флюса АН - 22 входят: 18-21,5% SiO₂; 7-9% МnО₂ и 20-24% СaF₂.

Безокислительный флюс АН-30 содержит: 2-5% SiO₂; 19 -23% СaF₂; 39 – 44% Al₂O₃ и 16-20% СаO .

Керамические флюсы К-2, KBC-19 и K-11 применяют для свар­ки углеродиcтых сталей проволокой марок Св - 08 и Св - 08 А. Керамические флюсы K-1 и К-8 применимы для сварки легирован­ных и специальных сталей.

2.4. Сварка открытой дугой

Автоматическая сварка под флюсом, несмотря на целый ряд положительных ка­честв, имеет существенный недостаток: она практически эффективна только при нижнем положении сварного соединения и длине шва более 1,5 м, вследствие чего недостаточно мобильна. Значительно удобнее для сварки в различных пространственных положениях механизированная сварка открытой дугой, в первую очередь в среде защитных газов, а также порошковой прово­локой.

2.4.1. Сущность способа сварки в среде защитных газов.

Сварка в защитном газе (рис. 2.2) заключается в том, что в зону сварки специально подается газ 3, который окружает зону сварки и защищает жидкий металл от воздействия окружающего воз­духа.

Сварка может выполняться неплавящимся (рис. 2.3,а), обычно вольфрамовым, или плавящимся (рис. 2.3,6) электродом. Для защи­ты применяются три группы газов: инертные (аргон, гелий); ак­тивные (углекислый газ, азот, водород и др.); смеси газов инерт­ных, активных или первой и второй группы. Выбор защитного газа определяется химическим составом свариваемого металла; требова­ниями, предъявляемыми к свойствам сварного соединения; экономичностью процесса и т.п. В нашей стране наиболее распространено применение аргона и углекислого газа.

Рис. 2.3. Схема сварки в защитных газах:

а - неплавящимся и б - плавящимся электродом; 1 - сварочная дуга; 2 - плавящийся электрод; 3 - газ; 4 - газовая горелка (сопло); 5 - при­садочная проволока; 6 - неплавящийся электрод

Аргонодуговой сваркой можно сваривать неплавящимся и пла­вящимся электродами. Сварку неплавящимся электродом применяют, как правило, при соединении металла толщиной 0,5 - 6 мм; плавя­щимся электродом - от 1,5 мм и более. Сварку неплавящимся элек­тродом ведут на постоянном токе прямой полярности или на пере­менном токе. Сварку в аргоне плавящимся электродом выполняют на постоянном токе обратной полярности («+» на электроде).

Сварку в углекислом газе выполняют только плавящимся электродом (кислород, входящий в состав газа, окисляет вольфрамовый электрод и быстро его разрушает), на постоянном токе обратной полярности. При применении СО₂ в качестве защитного газа необходимо учитывать некоторые металлургические особенности процесса сварки, связанные с окислительным действием СО₂. При высоких температурах СО₂ диссоциирует на оксид углерода СО и кислород О, который, если не принять специальных мер, приводит к окислению свариваемого металла и легирующих элементов. Окислительное действие О нейтрализуется введением в проволоку дополнительного количества раскислителей – марганца и кремния.

Сварка в защитных газах имеет следующие преимущества: высо­кую степень защиты расплавленного металла от воздействия воздуха; отсутствие на поверхности шва при применении аргона оксидов и шлаковых включений; возможность ведения процесса во всех прост­ранственных положениях; возможность визуального наблюдения за процессом формирования шва и его регулирования; более высокую производительность процесса, чем при ручной дуговой сварке; относительно низкую стоимость сварки в углекислом газе.

К недостаткам способа относятся необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги; возмож­ность нарушения газовой защиты при сдувании струи газа движением воздуха; потери металла на разбрызгивание; наличие газовой ап­паратуру (баллоны, редукторы и т.д.).

Сварка в атмосфере защитных газов в зависимости от степени механизации процессов подачи присадочной или сварочной проволоки и перемещения сварочной горелки может быть ручной, механизиро­ванной и автоматической.

2.4.2 Материалы для сварки в среде углекислого газа

Для сварки в среде углекислого газа углеродистых и низко­легированных сталей применяется несколько марок стальной сва­рочной проволоки (ГОСТ 2246-70) с повышенным содержанием Мn и Si. Чаще всего применяются следующие марки: Св - 08 ГС (1,4 -1,7% Мn, 0,6 - 0,85% Si) и Св - 08 Г2С (1,8 - 2,1 Мn, 0,7 - 0,95% Si). Сварку высокоуглеродистых и высоколегированных сталей выполняют проволоками Св - 08 ХГ2СМ (1,4 - 1,8% Мn, 0,6-0,9% Si, 0,8 - 1,1% Сг), Св - 08ХЗГ2СМ (2,0-2,5%Мn, 0,45 - 0,75% Si, 2,0 - 3,0% Сг , 0,3% Ni, 0,3 - 0,5 Mo ) и др.

Углекислый газ СО₂ (ГОСТ 8050 - 76) не должен содержать окиси углерода, минеральных масел и кислот. Для сварки применяется сварочный углекислый газ с объемным содержанием чистого газа не ниже 99,5%. Большая влажность газа может вызвать пористость ме­талла шва, поэтому сварочный пост оборудуют осушителем.

2.4.3. Режим сварки в углекислом газе

Основными параметрами режима в углекислом газе являются: диаметр сварочной проволоки, полярность и сила тока, напряжение дуги, скорость подачи проволоки, скорость сварки (при использо­вании автомата) и расход углекислого газа.

2.5. Сварка порошковой проволокой

2.5.1. Сущность способа

Применение сварки под флюсом затруднено ограниченностью по­ложения шва в пространстве (преимущественно нижнее) и невозмож­ностью наблюдения за образованием шва. При сварке в защитных га­зах надежность защиты может нарушаться воздействием движения воз­духа и засорения газового сопла брызгами. Сварка порошковой про­волокой (рис. 2.4) в значительной степени лишена этих недостатков (выпускается по ГОСТ 26271-84).

Риc. 2.4. Схема процесса сварки порошковой проволокой:

1 - шлаковая корка; 2 - металл шва; 3 - рас­плавленный шлак; 4 - сварочная ванна; 5 - дуга; 6 - капли расплавленного металла; 7 - порошковый сердечник; 8 - оболочка; 9 - основ­ной металл; 10 - газовыделения; 11 - токоподвод; 12 - подающие ролики; 13,14,15,16 -однослойная проволока; 17 - двухслойная про­волока

Конструкция порошковой проволоки (поз.13 – 17 на рис 2.4) определяет неко­торые особенности её расплавления. Сердечник на 50-70% состоит из неметаллических, неэлектропроводных материалов, поэтому про­волока плавится дугой, горящей и перемещающейся по металлической оболочке 4. Ввиду этого плавление сердечника может отставать от плавления оболочки, и он может частично переходить в сварочную ванну в нерасплавленном состоянии, особенно при касании сердеч­ника поверхности сварочной ванны, что может привести к образо­ванию в металле шва пор и засорению его неметаллическими вклю­чениями.

Для улучшения защиты ванны и упрощения состава шихты про­волоки получил применение комбинированный процесс сварки порош­ковой проволокой с дополнительной защитой ванны углекислым га­зом.

2.5.2. Оборудование для механизированной сварки

В настоящее время достаточно широкое распространение полу­чили сварочные полуавтоматы, которые позволяют вести сварку самозащитными порошковыми проволоками и сплошными и порошковыми проволоками с защитой углекислым газом.

Подающий механизм и держатель (горелка) соединены между собой шлан­говым проводом. Сварочная проволока проталкивается механизмом подачи через шланг. Механизм оснащен двумя парами подающих роликов. Все четыре ролика ведущие, что обеспечивает снижение деформации проволоки из-за поджатия роликов, которое необходимо для обеспечения усилия проталкивания проволоки через шланг. При сварке алюминиевой проволокой механизм подачи работает по принципу протягивания проволоки.

Для механизированной сварки в углекислом газе применяют полуавтоматы типов А-537, А-547Р, А-929, ПДГ-301-1, ПДГ-301-2, ПДГ-305 и др.

В качестве источников питания используют сварочные преобразователи типа ПСГ (ПСГ-500, ПСГ-500-1) и выпрямители ВДГ-300, ВДГ-301, ВС-200, ВСГ-300, ВДУ-504, ВДУ-505 и др.

Рис. 2.5. Схема полуавтомата А-1197:

1 – держатель (горелка); 2 - механизм подачи; 3 - тележка; 4 - вертушка; 5 - редуктор; 6 - шкаф управления