Технология ручной электродуговой сварки

Технология  ручной электродуговой сварки. Подготовка деталей к сварке. Выбор силы тока.

К электроду  и свариваемому изделию для образования  и поддержания сварочной дуги от источников сварочного тока подводится постоянный или переменный сварочный  ток. Дуга расплавляет металлический стержень электрода, его покрытие и основной металл как показано на Рис. 1.

Рис.1 Схема ручной электродуговой сварки

Расплавляющийся металлический  стержень электрода в виде отдельных  капель, покрытых шлаком, переходит  в сварочную ванну. В сварочной ванне электродный металл смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность. Глубина, на которую расплавляется основной металл, называется глубиной проплавления. Она зависит от режима сварки (силы сварочного тока и диаметра электрода), пространственного положения сварки, скорости перемещения дуги по поверхности изделия (торцу электрода и дуге сообщают поступательное движение вдоль направления сварки и поперечные колебания), от конструкции сварного соединения, формы и размеров разделки свариваемых кромок и т. п. Размеры сварочной ванны зависят от режима сварки и обычно находятся в пределах: глубина до 7 мм, ширина 8—15 мм, длина 10—30 мм. Доля участия основного металла в формировании металла шва обычно составляет 15—35%.

Расстояние от активного  пятна на расплавленной поверхности  электрода до другого активного  пятна дуги на поверхности сварочной  ванны называется длиной дуги. Расплавляющееся  покрытие электрода образует вокруг дуги и над поверхностью сварочной ванны газовую атмосферу, которая, оттесняя воздух из зоны сварки, препятствует взаимодействиям его с расплавленным металлом. В газовой атмосфере присутствуют также пары основного и электродного металлов и легирующих элементов. Шлак, покрывая капли электродного металла и поверхность расплавленного металла сварочной ванны, способствует предохранению их от контакта с воздухом и участвует в металлургических взаимодействиях с расплавленным металлом.

Кристаллизация металла  сварочной ванны по мере удаления дуги приводит к образованию шва, соединяющего свариваемые детали. При случайных обрывах дуги или при смене электродов кристаллизация металла сварочной ванны приводит к образованию сварочного кратера (углублению в шве, по форме напоминающему наружную поверхность сварочной ванны).

Затвердевающий шлак образует на поверхности шва шлаковую корку. Длина дуги зависит от марки и  диаметра электрода, пространственного  положения сварки, разделки свариваемых  кромок и т. п. Нормальная длина дуги считается в пределах Lд = (0,5 — 1,1) dэл (dэл — диаметр электрода). Увеличение длины дуги снижает качество наплавленного металла шва ввиду его интенсивного окисления и азотирования, увеличивает потери металла на угар и разбрызгивание, уменьшает глубину проплавления основного металла. Также ухудшается внешний вид шва.

Для возбуждения дугового разряда при сварке для получения  начальной ионизации обычно сводят два электрода до соприкосновения (электрод и деталь), а затем быстро их разводят. При достаточно большом токе при соприкосновении электродов в промежутке между концами электродов выделяется большое количество тепла. Ток между электродами проходит через мелкие неровности на торцах и разогревает их до расплавления. При быстром разведении электродов расплавленные мостики растягиваются и сужаются, вследствие чего плотность тока доходит в них в момент разрыва до такой величины, что обращает их в пар. При высокой температуре паров металла ионизация промежутка получается настолько значительной, что при сравнительно небольшой разности потенциалов между концами электродов возникает дуговой разряд. Разряд поддерживается далее как устойчивая стационарная дуга в том случае, если сохраняются факторы, поддерживающие ионизацию дугового промежутка.

В момент зажигания дуги промежуток еще недостаточно нагрет и для его ионизации необходима увеличенная кинетическая энергия, которая может быть получена усилением электрического поля, т. е. некоторым повышением напряжения между электродами сравнительно с тем напряжением, которое требуется для поддержания дуги в установившемся состоянии.

Периоду поджига  сварочной дуги и выхода её на режим стабильного горения соответствует Участок I на статической ВАХ сварочной дуги - участок опережающего роста электропроводности плазмообразующего газа в столбе сварочной дуги.

Сварные соединения бывают стыковыми, угловыми, тавровыми и нахлесточными, а также прорезными (выполненными через отверстие).

Стыковые сварные соединения (рис.2,а). По форме подготовки кромок свариваемых деталей стыковые соединения бывают с отбортовкой кромок, без скоса кромок, с V-образным прямолинейным скосом одной или двух кромок, с V-образным криволинейным скосом одной или двух кромок, с К-образным симметричным и несимметричным скосом одной кромки, с Х-образным прямолинейным или криволинейным скосом двух кромок.

По выполнению стыковые соединения бывают односторонние и двусторонние, а по применению подкладок— без подкладок и с подкладками.

Угловые сварные соединения (рис.2,6). По форме подготовки кромок свариваемых деталей угловые соединения бывают с отбортовкой кромок, без скоса кромок, с одним скосом одной кромки, с двумя скосами одной кромки или с односторонним скосом двух кромок.

По выполнению угловые соединения бывают односторонние и двусторонние, а также односторонние и двусторонние впритык.

Тавровые сварные соединения (рис.2,в).По форме подготовки кромок свариваемых деталей тавровые соединения бывают без скоса кромок, с одним и с двумя скосами одной кромки.

По выполнению тавровые соединения могут быть односторонние и двусторонние, а по протяженности — сплошные и прерывистые.

Нахлесточные сварные соединения (рис.2,г). По форме подготовки кромок свариваемых деталей нахлесточные соединения бывают без скоса кромок, с круглым и удлиненным отверстием.

По характеру выполнения шва  нахлесточные соединения могут быть односторонними и двусторонними, а  также односторонними прерывистыми и односторонними со сплошным швом.

Рис.2. Типы сварных соединений.

Элементы геометрической формы подготовки кромок под сварку.

Элементами геометрической формы  подготовки кромок под сварку (рис.3) являются: угол раскрытия шва ; зазор между стыкуемыми кромками; притупление кромок 5; длина скоса листа при наличии разности толщин L; смещение кромок относительно друг друга б.

Угол раскрытия шва выполняется  при толщине металла более 3мм, поскольку его отсутствие (разделки кромок) может привести к непровару по сечению сварного соединения, а также к перегреву и пережогу металла; при отсутствии разделки кромок для обеспечения провара электросварщик всегда старается увеличить величину сварочного тока.

Разделка кромок позволяет вести сварку отдельными слоями небольшого сечения, что улучшает структуру сварного соединения и уменьшает возникновение сварочных напряжений и деформации.

Зазор, правильно установленный перед сваркой, позволяет обеспечить полный провар по сечению соединения при наложении первого (корневого) слоя шва, если подобран соответствующий режим сварки.

Рис.3. Элементы геометрической формы  подготовки кромок под сварку.

Длиной скоса листа регулируется плавный переход от толстой свариваемой  детали к 6oлee тонкой, устраняются концентраторы напряжений в сварных конструкциях.

Притупление кромок выполняется для  обеспечения устойчивого ведения  процесса сварки при выполнении корневого  шва. Отсутствие притупления способствует образованию прожогов при сварке.

Рис.4. Элементы геометрической формы шва.

Смещение кромок ухудшает прочностные  свойства сварного соединения и способствует образованию непровара и концентраций напряжений. ГОСТ 5264—69 допускает смещение свариваемых кромок относительно друг друга до 10% от толщины, но не более 3мм.

Силу  тока выбирают в зависимости от диаметра электрода и вида шва. Чтобы повысить производительность, величину тока следует максимально увеличить. Но чрезмерное увеличение тока приводит к повышенному нагреву электрода, осыпанию покрытия, увеличению разбрызгивания металла    и ухудшению   качества шва.

Полярность  выбирают с учетом того, что анод нагревается в процессе сварки значительно больше, чем катод. Поэтому во избежание прожога тонкие изделия следует сваривать током обратной полярности.