Автоматическая дуговая сварка под флюсом

   АВТОМАТИЧЕСКАЯ  ДУГОВАЯ  СВАРКА

                        ПОД  ФЛЮСОМ

 

 

    Содержание:

 

1.Сущность и особенности процесса сварки под флюсом.

 

2.Оборудование для сварки под флюсом.

 

3.Материалы для сварки под флюсом.

 

4.Технология сварки под флюсом

 

5.Особенности сварки под флюсом сталей различных систем легирования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                         1.

Многие сварные конструкции имеют прямолинейные или кольцевые (круговые) сварные швы большой длины. Выполнение таких швов не требует от сварщика особенных навыков кроме стабильного ведения процесса. В этих случаях возникает необходимость и возможность механизации процесса сварки.

При ручной дуговой сварке сварщик совершает одновременно два движения: перемещает электрод вдоль стыка и подает его вниз с заданной скоростью для поддержания постоянной длины дуги. Эти две операции легко механизировать с помощью двух электромеханических приводов, содержащих электродвигатель с элементами управления, редуктор и подающие устройства (колеса, ролики). Первый привод движет сварочный электрод вниз требуемой скоростью, второй перемещает электрод с механизмом его подачи вдоль стыка. За сварщиком остаются функции оператора, он должен только управлять процессом.

При таком способе сварки использование штучного электрода конечной длины нерационально, удобнее в виде электрода использовать непрерывную проволоку требуемого диаметра и состава .Однако использование такого электрода кроме очевидных преимуществ (отсутствие огарков, не нужно тратить время на смену электрода, удобно транспортировать с помощью механизма подачи) имеет недостаток, Нанести на такой электрод какое-либо защитное покрытие очень сложно, так как электрод из такой проволоки должен находиться в плотно скрученной бобине. Создать шлаковую защиту для плавящегося теплотой дуги электродного металла можно, насыпая вокруг электрода в месте сварки специально гранулированное вещество - сварочный флюс. Этот способ назвали автоматической дуговой сваркой под слоем флюса, хотя правильнее было бы назвать его механической сваркой, так как полной автоматизацией процесса он не обеспечивает, участие сварщика необходимо.

Идея сварки под слоем флюса принадлежит родоначальнику дуговой сварки плавящимся электродом Н.Г.Славянову. Промышленная технология была разработана в СССР в 1930-1940гг. в Институте электросварки им. Е.О.Патона.

При сварки под флюсом (рис.1) дугу 1зажигают между свариваемыми деталями 2 и плавящимся электродом (электродной проволокой) 3Перед дугой из бункера 4 насыпают слой флюса 5Под ним образуется сварочная ванна 6 и формируется шов 7. От теплоты дуги часть флюса расплавляется, слой жидкого шлака 8 оттесняется давлением разогретых газов и паров металла и в виде пузыря закрывает зону сварки. Образуется плавильное пространство 9. Электродная проволока 3 из бобины 10 подающим механизмом 11 через снабженный токоподводом мундштук 12 непрерывно подается в плавильное пространство 9. все устройства смонтированы на тележке 13,перемещающейся  по направляющим  вдоль свариваемого стыка. При сварке кольцевых ли круговых стыков тележка может быть неподвижной , вращается изделие .

После затвердевания шва 7 на его поверхности  образуется шлаковая корка 14,которая легко удаляется. Нерасплавившийся флюс может во время сварки  удаляться  флюсоотсосом 15 и использовать повторно. Слой флюса и шлак защищает зону  сварки и остывающий шов от воздуха. Газы и неметаллические загрязнения легко переходят в шлак, металл становится более чистым. Шлак плотно облегает плавильное пространство, в нем повышается давление, дуга обжимается, повышается ее эффективный КПД и проплавляющая способность. Разбрызгивания электродного металла нет. Это позволяет применять силу тока большую, чем при ручной сварке. Потери электродного металла не превышают 2…4%. Дуга в процессе сварки не видна, сварщику не требуется защитная маска и тяжелая защитная одежда.

Выделяется лишь немного газа и паров флюса. Процесс чистый. Производительность возрастает в 5…10раз. Применение автоматической дуговой сварки произвело подлинную революцию в ряде отраслей производства, например при изготовлении резервуаров, тонкостенных труб для газо - и нефтепроводов. Сварка под флюсом не лишена недостатков. Ее трудно производить в пространственных положениях  шва, кроме  нижнего: трудно удерживать флюс. Трудно контролировать  процесс горения дуги и формирования шва: все закрыто флюсом. Флюсовая пыль и пары флюса опасны для здоровья сварщиков. Для сварки требуется сложное оборудование.  

 

 

                                                                  2.

 

Для сварки под флюсом используют источники питания дуги переменного и постоянного тока, обеспечивающие силу тока от 50 до 2000А с падающей вольт – амперной характеристикой и продолжительностью включения 100%. Механизмы подачи электродной проволоки не имеют существенных отличий от аналогичных устройств для других способов сварки. Состоят они из двигателя постоянного тока с редуктором и содержат одну или более пар подающих и правящих роликов в зависимости от диаметра подаваемой проволоки. Для подачи одновременно двух проволок используют двойные механизмы. Проволоки в этом случае могут располагаться поперек стыка деталей или вдоль его друг за другом. Скорость подачи проволоки может изменяться специальными устройствами  в зависимости от напряжения на дуге автоматически или независимо вручную.

Горелки для сварки под флюсом имеют небольшие габариты, так как они меньше нагреваются сварочной дугой, закрытой слоем флюса. Это позволяет  использовать воздушное охлаждение горелок. Состоят горелки из двух скрепляемых винтами половин, между которыми устанавливается медный мундштук с отверстием для электродной проволоки.

Для прокалки флюса перед сваркой применяют переносные или стационарные электропечи. К флюсовой аппаратуре относится бункер с гибким шлангом, снабженным на конце оправкой, крепящейся к сварочной горелке. Размеры  и положение этой оправки определяют количество флюса, подаваемого в зону сварки и толщину его слоя. Бункер комплектуется ситом  для  очистки флюса посла сварки используют вакуумные флюсоотсосы , работающие аналогично пылесосам.

Сварочная горелка, механизм подачи проволоки с бобиной, флюсовая аппаратура, пульт управления и электрические устройства для поддержания стабильного горения дуги вместе составляют сварочный автомат. Если он устанавливается на подвижной или неподвижной части сварочной установки, то его называют сварочной головкой. Она может быть подвесной или самоходной, если имеет свой привод перемещения относительно изделия по направляющим сварочной установки.

  Автомат, имеющий свой привод перемещения и четырёхколёсную тележку, позволяющую ему передвигаться непосредственно по свариваемому изделию, называют сварочным трактором. Тракторами можно сваривать прямолинейные и кольцевые швы. Например, трактор ТС17М-1 сваривает кольцевые швы диаметром от 1200мм и более внутри вращающегося изделия.

  Чтобы настроить сварочную  горелку на свариваемый стык, сварочные автоматы снабжают  винтовыми механизмами с рукоятками  для вертикальных и горизонтальных  перемещений горелки, а тракторы, кроме того,- механизмами поворота горелки вместе с подающим механизмом и бункером вокруг горизонтальной и вертикальной осей.

  Обозначения типов автоматов  стандартизированы: АД-автомат, П - полуавтомат  для дуговой сварки, Ф- под флюсом, Г- в защитном газе, ФГ- универсальный (под флюсом  и в газе), Ш - шланговый.

Отечественные сварочные автоматы по своим техническим данным (табл.1) и назначению полностью удовлетворяют основные потребности промышленности.

Кроме сварочных тракторов общего назначению существуют специализированные. Например, тракторы типа ТС-32 предназначены для однодуговой сварки стыковых соединений на скользящей водоохлаждаемой  медной прокладке для формирования обратной стороны шва. Медная прокладка связана с корпусом трактора сцепкой через зазор между листами в стыке. Трактор ДТС-38 предназначен для двухдуговой сварки стыковых и угловых швов с углом наклона электродов от вертикали 35º.

У некоторых автоматов, например АДС-1000-4, АДФ-1003, скорость подачи в процессе сварки не изменяется. Она равна скорости плавления электрода. При случайном уменьшении или увеличении длины дуги соответственно увеличивается или уменьшается сила сварочного тока, проволока плавится быстрее или медленнее, длина дуги восстанавливается. Это явление называют саморегулированием дуги. Для сварки под флюсом применяют также полуавтоматические установки, у которых имеются только механизм подачи электродной проволоки и аппаратура управления. Проволока подается по шлангу в сварочную головку, которую сварщик держит в руках. На головке смонтирован небольшой бункер- воронка для флюса. Хорошо зарекомендовали себя полуавтоматы ПШ-5-1, ПШ-54,ПДШМ-500,А-1197Ф. Они рассчитаны  на номинальную силу сварочного тока 500…600А, проволоку диаметром 1,6…2,5 мм со скоростью ее подачи от 80 до720м/ч.

 

 

                                                               3.

 

Для дуговой сварки под флюсом применяют электродную проволоку и флюс. В качестве электродной применяют такую же проволоку, что и при других способах сварки плавлением. Может применяться  также  проволока, отформованная из ленты в трубку, внутрь которой запрессован флюс. Такую проволоку называют порошковой. В последнее время разработаны композитные проволоки, оболочка которых пластмассовая, а сердцевина-смесь флюса и железного порошка. Достоинство такой проволоки - полная невосприимчивость к влаге.

Сварочный флюс должен  хорошо защищать  капли электродного металла и жидкий металл сварочной ванны от воздействия воздуха. Наряду с этим флюс обеспечивает устойчивое горение дуги, хорошее  формирование шва после затвердевания; из флюса при плавлении не должно выделяться большого количества газов, пыли. Флюс должен обеспечивать  заданные химический состав и механические свойства металла шва. Флюсы классифицируются по назначению, химическому составу и способу изготовления.

По назначению выделяют три группы флюсов: для сварки углеродистых и легированных сталей, для сварки высоколегированных сталей, для сварки цветных металлов и сплавов. Внутри этих групп флюсы могут различаться по размеру зерна в зависимости от диаметра электродной  проволоки: чем больше диаметр проволоки, тем крупнее частицы флюса. По химическому составу различают кислые и основные флюсы  в зависимости от соотношения соответствующих окислов в составе. По способу изготовления флюсы разделяют на плавленые и не плавленые. Не плавленые флюсы изготавливают без плавления компонентов шихты. К ним относятся флюсы керамические и изготовленные путем измельчения природных минералов. Керамические флюсы изготавливают из тех же компонентов, что и электродные покрытия, их замешивают на жидком стекле, а затем спекают и дробят. Недостаток таких флюсов - низкая прочность их зерен (много отходов, мелких фракций) и возможная неоднородность состава из-за разделения веществ с разным удельным весом при их перемешивании.

Плавленые флюсы применяют чаще. Среди них большое используют высококремнистые и марганцевые флюсы АН-348А и ОСЦ-45. Эти флюсы изготавливают плавлением песка (до 97% SiO2), марганцевой руды (MnO). Жидкий расплав флюса выливают в изложницу или воду,обеспечивая грануляцию флюса.

Для сварки низколегированных низкоуглеродистых сталей  используют улучшающие легирующие флюсы. Для сварки высоколегированных сталей –более нейтральные флюсы ,состоящие из бес кислородных соединений типа фтористого кальция . Однако формирование швов под такими флюсами несколько хуже, чем под флюсами с активными компонентами. Плавленые флюсы  бывают стекловидными и пемзовидными, отличаются формой частиц и степенью раскисления. Стекловидный флюс лучше защищает зону сварки. Однако формирование шва лучше  под пемзовидным флюсом.

Химический состав металла шва зависит от химической активности флюса и от состава электродной проволоки. Поэтому для сварки конкретной стали флюс надо выбирать одновременно с проволокой , т.е. выбирать систему флюс-проволока. При этом надо стремится , чтобы  металл шва содержал 0,2…0,4% кремния и марганца. Можно использовать, например, при сварке углеродистых и низколегированных сталей три основные системы. По первой  из них берут низкоуглеродистую проволоку (Св-08,Св-08А) и высокомарганцовистый, высококремнистый флюс (35..40%  MnO и 40…45% SiO2). Легирование кремнием и марганцем будет происходить за счет флюса. По второй системе можно взять низкоуглеродистую проволоку,содержащую до 2% Mn (например,Св-20Г2) и высококремнистый , с небольшим содержанием марганца флюс(40…42% MnO и  не более 15% SiO2). Легирование шва марганцем будет происходить за счет проволоки , а кремнием- за счет флюса. По третьей системе выбирают среднемарганцовистую электродную проволоку(около 30%MnO) и среднемарганцовистый, высококремнистый флюс(около 30%MnO и 40…45% SiO2). Марганец в шов будет переходить из проволоки и флюса, кремний – из  флюса.

Количество переходящих в шов легирующих в элементов зависит и от параметров режима сварки .Чем больше будет вокруг сварочной  ванны расплавившегося флюса, тем больше легирующих элементов перейдет из него в шов.

 

 

 

 

                                                         4.

Основные параметры режима дуговой сварки под флюсом – это сила сварочного тока, его род и полярность, напряжение дуги, скорость сварки, диаметр и скорость подачи электродной проволоки. Дополнительные  параметры – вылет электрода ( расстояние от его  торца  до мундштука), наклон электрода или изделия, марка флюса, подготовка кромок и вид сварочного соединения. С увеличением силы сварочного тока возрастает давление дуги, вследствие чего жидкий металл сварочной ванны более интенсивно вытесняется из-под электрода и дуга погружается в глубь основного металла. Глубина проплавления основного металла при  этом увеличивается, дуга укорачивается и становится  менее подвижной. Вследствие этого ширина   шва при увеличении силы тока остается неизменной,  несмотря на увеличение объема сварочной ванны. Швы становятся глубокими, но не широкими. Величина усиления такого шва велика, так как растет количество электродного металла, расплавленного в единицу времени. Такие швы менее стойки  к образованию  трещин и плохо работают при вибрационных нагрузках. Следует отметить, что с ростом силы тока при неизменных остальных  условиях уменьшается количество расплавляемого флюса.

С увеличением диаметра проволоки при неизменном сварочном токе усиливается блуждание дуги по торцу электрода и по поверхности сварочной ванны, из-за этого ширина сварочной ванны возрастает, а глубина проплавления уменьшается. Уменьшение диаметра проволоки  при неизменном токе, напротив, способствует  увеличению глубины  проплавлению и уменьшению ширины шва.