Технология ручной дуговой сварки углеродистых сталей
- 14 ноября 2019 15:51:57
- Отзывы : 0
- Просмотров: 1073
-
Схема процесса показана на рисунке 7.1. Дуга горит между стержнем электрода 1 и основным металлом 7. Под действием теплоты дуги электрод и основной металл плавятся, образуя металлическую сварочную ванну 4. Капли жидкого металла 8 с расплавляемого электродного стержня переносятся в ванну через дуговой промежуток. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 2, образуя газовую защиту 3 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла.
Рис. 7.1. Ручная дуговая сварка металлическим электродом с покрытием (стрелкой указано направление сварки)
Металлическая и шлаковая ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги металл сварочной ванны затвердевает и образуется сварной шов 6. Жидкий шлак по мере остывания образует на поверхности шва твердую шлаковую корку 5, которая удаляется после остывания шва.
Режим ручной сварки включает в себя: род тока, силу тока, полярность, напряжение дуги, скорость сварки, диаметр электрода.
Зависимость диаметра электрода от толщины металла приведена в табл. 7.1.
Табл. 7.1.
Толщина металла, в мм | 2-3 | 4-5 | 6-12 | 13 и более |
Диаметр электрода, в мм | 2-3 | 3-4 | 4-5 | 5-6 |
Род тока – постоянный или переменный, это параметр сварочного режима, который значительно влияет на качество сварного шва.
Исходя из этого, особо ответственные швы следует сваривать на постоянном токе соответствующей полярности, согласно рекомендациям завода-изготовителя, указанного на упаковочном ярлычке. Сварочные электроды при этом можно применять с покрытием как основного, так и рутилового типа. Сварку на переменном токе разрешается применять при выполнении менее ответственных швов. Взаимозависимость рода тока, типа электродного покрытия и сварного оборудования представлена в табл. 7.2.
Таблица 7.2.
Тип покрытия электродов | Рутиловое | Основное | |
Род тока | Переменный, постоянный | Постоянный, обратной полярности | |
Источник сварочного тока | Выпрямитель, инвертор | Рутиловое | Основное |
трансформа-тор | Рутиловое | --------- |
Сила сварочного тока определяется диаметром электрода, допускаемой плотностью тока на единицу площади поперечного сечения электрода, положением в пространстве. При расчете силы тока можно использовать формулы или зависимость согласно табл. 7.3.
1. Jсв = (20 + 6dэл )dэл, где dэл – диаметр электрода
2. Jсв = k dэл, где k – коэффициент, принимаемый в зависимости от диаметра электрода, k = 30 – 50 для d = 3 – 4 мм; k = 50 – 60 для d = 5 – 6 мм.
Определение силы тока по допускаемой плотности производится по формуле, а также, учитывая тип электродного покрытия. Табл. 7.3.
Iсв = πd2/4 * i,
где πd2/4 – площадь торца электродного стержня, мм; i – плотность тока А/мм2
Табл. 7.3.
Тип электродного покрытия | Диаметр стержня электрода, мм | ||
3 | 4 | 5 | |
Рутиловое | 14-20 А/мм2 | 11,5-16 А/мм2 | 10-13,5 А/мм2 |
Основное | 13-18,5 А/мм2 | 10-14,5 А/мм2 | 9-12,5 А/мм2 |
Полярность тока является характеристикой постоянного тока и выбирается в соответствии с маркой электрода и технико-экономическими соображениями.
Следует помнить, что электрическая дуга прямой полярности обеспечивает более глубокое проплавление основного металла, и тем самым, улучшает качество сварных швов. Дуга обратной полярности применяется для обеспечения устойчивого плавления электродов с покрытием основного типа.
В зависимости от пространственного положения шва, сварочный ток при сварке вертикальных и горизонтальных швов уменьшают на 15-20 %, а при сварке потолочных на 20-25% против силы тока, применяемой при сварке в нижнем положении.
Контроль силы сварочного тока и напряжения при использовании сварочных выпрямителей осуществляют при помощи контрольных приборов – амперметром и вольтметром, при использовании сварочных трансформаторов при помощи механической шкалы и измерительными клещами.
Напряжение на дуге (Uд) при ручной сварке изменяется в пределах 20-36 В в зависимости от длины сварочной дуги и не регламентируется.
Скорость сварки (Vсв) определяется по формуле:
,Vсв = (Iсв*αн)/(γ*FН1*100),
где αн – коэффициент наплавки, для РДС αн = 8–10 г/(А ч );
γ – плотность металла, γ = 7,8 г/см3;
FН1 – площадь поперечного сечения наплавленного металла за один проход, см2.
Требования технологии при сварке стыковых швов листовых конструкций сводятся к установлению :
1. Количества и сечения слоев (площадь сечения);
2. Последовательности наложения швов;
3. Направления ведения сварки;
4. Техники манипулирования электродом;
Количество слоев сварного шва, укладываемых в разделку, определяется толщиной свариваемых элементов, формой подготовки кромок и требуемой площадью сечения шва.
Толщина (сечение) первого (корневого) прохода, с учетом проплавления, не должна превышать 4-5 мм, или быть по сечению не более 30 мм2. Сечение 1-го слоя определяется по формуле:
F1 = (6-8) dэл (мм2) ,
где dэл - диаметр электрода для корневого шва (2,5; 3 мм).
Толщина слоев шва последующих проходов выбирается из соображения:
1.Благоприятного термического воздействия верхнего слоя на нижний, ранее сваренный. Правильно выбранная толщина слоя, обусловленная режимом, диаметром электрода и т.д., улучшает структуру и механические свойства металла шва и околошовной зоны и сечение последующих слоев шва определяется по формуле:
Fсл = (8-12) dэл (мм2)
2. Получения благоприятной структуры металла шва.
3. Минимизации сварочных напряжений и деформаций конструкции.
Ручная дуговая сварка элементов с толщиной стенки в интервале 5-8 мм, 8-12 мм и 12-16 мм выполняется 2-мя,3-мя и 4-мя слоями соответственно.
При необходимости выполнения подварочного шва, его сечение должно быть равным корневому шву. Перед выполнением подварочного шва, обратную сторону корневого шва необходимо : а) очистить от шлака и брызг, б) произвести механическим способом (шлифмашинка) разделку кромок глубиной 3-4мм, шириной 6-8 мм, удалив из нее возможные дефекты. Сварку заполняющих слоев производят после удаления шлака, брызг, наплывов и других дефектов корня шва. Аналогичные требования к послойной зачистке заполняющих слоев шва всех видов разделки кромок.
Способы выполнения швов по длине зависят от размеров сварной конструкции. Условно считают швы длиной до 250 мм короткими, длиной 250 – 1000 мм – средними, а более 1000 мм – длинными.
Короткие швы по длине обычно сваривают напроход (рис. 7.2, а). Швы средней длины сваривают от середины к краям (рис. 7.2, б) либо обратноступенчатым способом (рис. 7.2, в). Длинные швы однопроходных стыковых и угловых соединений и первый проход многопроходных швов сваривают от середины к концам обратноступенчатым способом (рис. 7.2, г, д).
Рис. 7.2. Способы выполнения сварных швов по длине
Спецдвижения торца электрода (манипуляции), являются обязательными для получения сварных швов с заданными эксплуатационными свойствами.
Совершенная техника манипулирования позволяет :
1. Управлять тепловым потоком, регулируя тем самым, степень проплавления металла.
2. Осуществлять дегазацию расплавленного металла от растворенных в нем газов (азота, кислорода, водорода), обеспечивая тем самым рафинирование металла шва
3. Регулировать высоту отдельных слоев шва и его геометрию в целом.
4. Управлять процессом формирования швов в положениях, отличающихся от нижнего (потолочное, вертикальное, горизонтальное на вертикальной поверхности, изменяя угол наклона электрода к плоскости сварки, длину дуги и манипулируя рабочим концом электрода).
Колебательное перемещение электрода поперек оси шва для прогрева кромок и получения требуемой ширины шва и глубины проплавления позволяет за один проход получать шов шириной до 4 диаметров электрода, а без – 1,5 диаметра. Виды поперечных колебаний показаны на рисунке.