ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2019
Просмотров: 1139
Скачиваний: 1
По виду покрытия электроды делят на электроды с кислым, рутиловым, основным и целлюлозным покрытием.
Кислые покрытия имеют шлаковую основу, состоящую из руд железа и марганца (Fe2O3, MnO), полевого шпата (SiO2), ферромарганца (FeMn) и других компонентов. Электроды обладают хорошими сварочно-технологическими свойствами: позволяют вести сварку во всех пространственных положениях на переменном и постоянном токе. Возможна сварка металла с ржавыми кромками и окалиной. Применяют для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Металл шва по составу соответствует кипящей стали Однако электроды токсичны в связи с выделением соединений марганца, поэтому применение их сокращается.
Рутиловые покрытия состоят из рутилового концентрата (ТiO2), полевого шпата, мрамора (СаСО3), ферромарганца и других компонентов. Обладают высокими сварочно-технологическими свойствами. Их применяют для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Наплавленный металл по составу соответствует полуспокойной стали.
Основные покрытия содержат мрамор, магнезит (MgCO3), плавиковый шпат (CaF3), ферросилиций (FeSi), ферромарганец, ферротитан (FeTi) и другие компоненты. Сварочно-технологические свойства ограничены. Сварку выполняют, как правило, на постоянном токе обратной полярности, металл шва склонен к образованию пор при наличии ржавчины на свариваемых кромках, требуется высокотемпературная прокалка (400—450 °С) перед сваркой и т. д. Наплавленный металл хорошо раскислен и по составу соответствует спокойной стали. Возможно дополнительное легирование шва через покрытие. Электроды с основным покрытием применяют для сварки ответственных конструкцией из сталей всех классов.
Целлюлозное покрытие содержит целлюлозу и другие органические вещества с небольшим количеством шлакообразующих компонентов. Они создают хорошую газовую защиту и образуют малое количество шлака. Особенно пригодны для сварки на монтаже в любых пространственных положениях на переменном и постоянном токе. Их применяют для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Наплавленный металл по составу соответствует полуспокойной или спокойной стали.
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ
Для автоматической дуговой сварки под флюсом используют непокрытую электродную проволоку и флюс для защиты дуги и сварочной ванны от воздуха. Подача и перемещение электродной проволоки механизированы. Автоматизированы процессы зажигания дуги и заварки кратера в конце шва.
В процессе автоматической сварки под флюсом (рис.6) дуга 10 горит между проволокой 3 и основным металлом 8. Столб дуги и металлическая ванна жидкого металла 9 со всех сторон плотно закрыты слоем флюса 5 толщиной 30—50 мм. Часть флюса расплавляется, в результате чего вокруг дуги образуется газовая полость, а на поверхности расплавленного металла — ванна жидкого шлака 4.
Рисунок 6. Схема процесса автоматической дуговой сварки под флюсом
Для сварки под флюсом характерно глубокое проплавление основного металла. Действие мощной дуги и весьма быстрое движение электрода вдоль заготовки обусловливают оттеснение расплавленного металла в сторону, противоположную направлению сварки. По мере поступательного движения электрода происходит затвердевание металлической и шлаковой ванн с образованием сварного шва 7, покрытого твердой шлаковой коркой 6. Проволоку подают в дугу и перемещают ее вдоль шва с помощью механизмов подачи 2 и перемещения. Ток к электроду поступает через токопровод 1.
Основные преимущества автоматической сварки под флюсом по сравнению с ручной дуговой сваркой состоят в повышении производительности процесса сварки в 5—20 раз, качества сварных соединений и уменьшении себестоимости 1 м сварного шва. Повышение производительности достигается за счет использования больших сварочных токов (до 2000 А) и непрерывности процесса сварки. Применение непокрытой проволоки позволяет приблизить токопровод на расстояние 30—50 мм от дуги и тем самым устранить опасный разогрев электрода при большой силе тока. Плотная флюсовая защита сварочной ванны предотвращает разбрызгивание и угар расплавленного металла. Увеличение силы тока позволяет сваривать металл большой толщины (до 20 мм) за один проход без разделки кромок.
Повышенное качество сварных швов обусловлено получением более высоких механических свойств наплавленного металла благодаря надежной защите сварочной ванны флюсом, интенсивному раскислению и легированию вследствие увеличения объема жидкого шлака, сравнительно медленного охлаждения шва под флюсом и твердой шлаковой коркой; улучшением формы и поверхности сварного шва и постоянством его размеров по всей длине вследствие регулирования режима сварки, механизированной подачи и перемещения электродной проволоки.
Флюсы служат для изоляции сварочной ванны от атмосферы воздуха, обеспечения устойчивого горения дуги, формирования поверхности шва и получения заданных состава и свойств наплавленного металла. Флюсы классифицируют по назначению, химическому составу и способу изготовления. По назначению они разделяются на флюсы для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей, легированных и высоколегированных сталей.
Дуговую сварку под флюсом выполняют сварочными автоматами: сварочными головками или самоходными тракторами, перемещающимися непосредственно по изделию. Назначение сварочных автоматов — подача электродной проволоки в дугу и поддержание постоянного режима сварки в течение всего процесса. Автоматическую сварку под флюсом применяют в серийном и массовом производствах для выполнения длинных прямолинейных и кольцевых швов в нижнем положении на металле толщиной 2—100 мм. Под флюсом сваривают стали различных классов. Автоматическую сварку широко применяют при изготовлении котлов, резервуаров для хранения жидкостей и газов, корпусов судов, мостовых балок и других изделий. Она является одним из основных звеньев автоматических линий для изготовления сварных автомобильных колес и станов для производства сварных прямошовных и спиральных труб.
ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНОМ ГАЗЕ
При сварке в защитном газе электрод, зона дуги и сварочная ванна защищены струей защитного газа.
В качестве защитных газов применяют инертные газы (аргон и гелий) и активные газы (углекислый газ, азот, водород и др.), иногда — смеси двух газов или более. В нашей стране наиболее распространено применение аргона Аr и углекислого газа СО2.
Аргон — бесцветный газ, в 1,38 раза тяжелее воздуха, нерастворим в жидких и твердых металлах. Аргон выпускают высшего и первого сортов, имеющих соответственно чистоту 99,992 и 99,987 %. Поставляют и хранят аргон в стальных баллонах в сжатом газообразном состоянии под давлением 15 МПа. Углекислый газ бесцветный, со слабым запахом, в 1,52 раза тяжелее воздуха, нерастворим в твердых и жидких металлах. Выпускают углекислый газ сварочный, пищевой и технический, имеющие соответственно чистоту 99,5, 98,5 и 98,0 %. Для сварки газ поставляют и хранят в стальных баллонах в сжиженном состоянии под давлением 7 МПа.
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. В аргоне неплавящимся вольфрамовым электродом (Тпл = 3370 °С) можно сваривать с расплавлением только основного металла (толщиной до 3 мм), а при необходимости получения усиления шва или заполнения разделки кромок (толщина более 3 мм) — и присадочного материала (прутка или проволоки). Последний подают в дугу вручную (рис.7, а) или механизмом подачи (рис. 7, б).
Сварку неплавящимся электродом ведут на постоянном токе прямой полярности. В этом случае дуга легко зажигается и горит устойчиво при напряжении 10—15 В. При обратной полярности возрастает напряжение дуги, уменьшается устойчивость ее горения и снижается стойкость электрода. Эти особенности дуги обратной полярности делают ее непригодной для непосредственного применения в сварочном процессе. Однако дуга обратной полярности обладает одним важным технологическим свойством: при ее действии с поверхности свариваемого металла удаляются оксиды. Одно из объяснений этого явления заключается в том, что поверхность металла бомбардируется тяжелыми положительными ионами аргона, которые механически разрушают пленки оксидов. Процесс удаления оксидов также известен как катодное распыление. Указанные свойства дуги обратной полярности используют при сварке алюминия, магния и их сплавов, применяя для питания дуги переменный ток.
Рисунок 7. Виды сварки в защитных газах:
1 — присадочный пруток или проволока; 2 — сопло; 3 — токоподводящий мундштук; 4 — корпус горелки; 5 — неплавящийся вольфрамовый электрод; 6 - рукоять горелки; 7 - атмосфера защитного газа; 8 - сварочная дуга; 9 - ванна расплавленного металла; 10 – кассета с проволокой; 11 – механизм подачи; 12 – плавящийся металлический электрод (сварочная проволока)
Сварку в аргоне плавящимся электродом выполняют по схеме, приведенной на рис. 7, в, г. Нормальное протекание процесса сварки и хорошее качество шва обеспечиваются при высокой плотности тока (100 А/мм2 и более). При невысокой плотности тока имеет место крупнокапельный перенос расплавленного металла с электрода в сварочную ванну, приводящий к пористости шва, сильному разбрызгиванию расплавленного металла и малому проплавлению основного металла. При высоких плотностях тока перенос расплавленного металла с электрода становится мелкокапельным или струйным. В условиях действия значительных электромагнитных сил быстродвижущиеся мелкие капли сливаются в сплошную струю. Такой перенос электродного металла обеспечивает глубокое проплавление основного металла, формирование плотного шва с ровной и чистой поверхностью и разбрызгивание в допустимых пределах.
В соответствии с необходимостью применения высоких плотностей тока для сварки плавящимся электродом используют проволоку малого диаметра (0,6 – 3 мм) и большую скорость ее подачи. Такой режим сварки обеспечивается только механизированной подачей проволоки в зону сварки. Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности. В данном случае электрические свойства дуги в значительной степени определяются наличием ионизированных атомов металла электрода в столбе дуги. Поэтому дуга обратной полярности горит устойчиво и обеспечивает нормальное формирование шва, в то же время ей соответствуют повышенная скорость расплавления проволоки и производительность процесса сварки.
Сварку сталей часто выполняют в смеси Аr + 5 % О2. Кислород уменьшает поверхностное натяжение расплавленного металла, что способствует снижению критической плотности тока, при которой капельный перенос металла переходит в струйный. Одновременно повышается устойчивость горения дуги при относительно небольших токах, что облегчает сварку металла малой толщины.
Сварку в углекислом газе выполняют только плавящимся электродом на повышенных плотностях постоянного тока обратной полярности (см. рис. 7, в, г). Такой режим обусловлен теми же особенностями переноса электродного металла и формирования шва, которые рассмотрены для сварки плавящимся электродом в аргоне.
При применении СО2 в качестве защитного газа необходимо учитывать некоторые металлургические особенности процесса сварки, связанные с окислительным действием СО2. При высоких температурах сварочной дуги 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. Поэтому для сварки в СО2 углеродистых и низколегированных сталей применяют сварочную проволоку с повышенным содержанием этих элементов (Св-08ГС, Св-10Г2С и т. д.). На поверхности шва образуется тонкая шлаковая корка из оксидов раскислителей. Часто применяют смесь СО2 + 10 % О2. Кислород играет ту же роль, что и при добавке в аргон.
Сварка в атмосфере защитных газов в зависимости от степени механизации процессов подачи присадочной или сварочной проволоки и перемещения сварочной горелки может быть ручной, полуавтоматической и автоматической.
По сравнению с ручной сваркой покрытыми электродами и автоматической под флюсом 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.
Области применения сварки в защитных газах охватывают широкий круг материалов и изделий (узлы летательных аппаратов, элементы атомных установок, корпуса и трубопроводы химических аппаратов и т. п.). Аргонодуговую сварку применяют для цветных (алюминия, магния, меди) и тугоплавких (титана, ниобия, ванадия, циркония) металлов и их сплавов, а также легированных и высоколегированных сталей.
В углекислом газе сваривают конструкции из углеродистой и низколегированной сталей (газо- и нефтепроводы, корпуса судов и т. д.). Преимущество полуавтоматической сварки в СО2 с точки зрения ее стоимости и производительности часто приводит к замене ею ручной дуговой сварки покрытыми электродами.
СВАРИВАЕМОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Ряд сталей, цветных и тугоплавких металлов обладает пониженной свариваемостью, которая проявляется в изменении механических или физико-химических свойств металла в зоне сварного соединения по сравнению с основным металлом и в образовании сварочных дефектов в виде трещин, пор и т. п.
Прочность и твердость шва, как правило, ниже, чем у основного металла. Это объясняется тем, что для предотвращения дефектов в сварном шве сварку многих сталей и сплавов выполняют менее легированными сварочными материалами, чем основной металл. Крупнозернистая литая структура обусловливает пониженную пластичность шва. Пониженная пластичность может быть также связана с повышенным содержанием газов.
Зона термического влияния (з. т. в.) представляет собой участок сварного соединения, прилегающий к шву, в котором под действием нагрева происходят структурные изменения: укрупняется зерно, оплавляются границы зерен, в сплавах с полиморфными превращениями возможно образование микроструктуры закалочного типа. В результате этих изменений возможно резкое повышение твердости и снижение пластичности.
Для металлов с пониженной свариваемостью характерно образование горячих или холодных трещин в шве и з. т. в.. Причины возникновения трещин: снижение прочности и пластичности как в процессе формирования сварного соединения, так и в послесварочный период вследствие особенностей агрегатного состояния, полиморфных превращений и насыщения газами; развитие сварочных деформаций и напряжений, вызывающих разрушение металла, если они превышают его пластичность и прочность.