Автоматическая дуговая сварка под флюсом

С повышением напряжения на дуге при неизменном токе сварки увеличивается длина и подвижность дуги, в результате чего значительно возрастает ширина шва и уменьшается высота усиления. Глубина проплавления уменьшается незначительно.

Таким образом, сила сварочного тока и напряжение дуги оказывают противоположное действие на  форму шва. Поэтому для получения шва оптимальной формы увеличение силы сварочного тока при увеличении толщины свариваемого изделия должно обязательно сопровождаться соответствующим повышением напряжения дуги. С увеличением скорости сварки столб дуги отклоняется в сторону, противоположную направлению сварки, из-под дуги вытесняется больше жидкого металла и толщина его слоя уменьшается. Жидкий металл под дугой имеет высокое термическое сопротивление и препятствует поступлению теплоты от дуги к нерасплавленному металлу. Поэтому при возрастании скорости сварки вначале наблюдается увеличения глубины проплавления, затем при дальнейшем увеличении скорости сварки влияние уменьшения  погонной энергии(количество энергии на единицу длины шва) становится преобладающим, в результате глубина провара и площадь сечения шва уменьшаются. С увеличением  скорости сварки Vсв уменьшаются остальные  размеры шва, включая его ширину. Уменьшается также расстояние l  от электрода до фронта плавления.

При наклоне электрода под углом вперед жидкий металл вытесняется из-под дуги, глубина проплавления увеличивается, при наклоне углом назад, напротив, уменьшается. Если электрод вертикален, а изделие наклонено и сварка ведется снизу вверх, “ в горку”, то глубина проплавления увеличивается. Наоборот при сварке “под горку” глубина проплава уменьшается, но шов становится шире.

Толщина кромки свариваемой детали и ее начальная температура также влияют  на формирование шва. При сварке нагретого металла шов  получается широкий и низкий, при сварке на морозе - значительно уже и выше. При сварке толстого металла швы уже и выше, чем при сварке тонкого металла.  Если глубина проплавления составляет приблизительно три четверти толщины свариваемого металла, то даже относительно небольшое  местное  уменьшение  его толщины (например, лыска или выточка) уже может привести к скачкообразному увеличению глубины провара и прожогам.

Стыковые швы обычно стремятся выполнять за один проход, но при сварке, например, заклеенных или некоторых высоколегированных сталей требуется вести сварку в несколько проходов с целью  ограничения количества тепла, поступающего в изделие.  Кроме того, большие толщины сварить за один проход часто не удается. Если  сталь не чувствительна к перегреву, то стыковые соединения толщиной до 20мм  можно сваривать за один проход, односторонним швом без разделки кромок.  Для обеспечения полного провара сварка ведется по зазору в стыке деталей шириной 5…6мм. При отсутствии зазора одностороннюю сварку без разделки кромок можно проводить на металле толщиной до 14мм.

  Для предотвращения прожогов односторонние соединения сваривают в замок, на остающейся стальной подкладке, на флюсо - медной подкладке или на флюсовой подушке. В замок ведут сварку кольцевых соединений толстостенных цилиндрических сосудов и труб небольшого диаметра. На остающейся подкладке сваривают стыковые соединения толщиной до 10мм при невозможности вести двухстороннюю сварку. При сварке подкладка частично оплавляется и приваривается к нижней части кромок. Остающаяся подкладка обычно делается из материала свариваемой детали.

Используют также подкладки из асбеста, меди, которые после сварки убирают. Стыки с обратной стороны  иногда заделывают огнеупорным материалом. При сварке на флюсовой подушке к обратной стороне стыка поджимают слой флюса , препятствующий вытеканию расплавленного металла. Форма и сечение шва по длине стыка определяются равномерностью зазора в стыке и поджатием флюсовой подушки. При слабом поджатии подушки шов получается ослабленным с выпуклым обратном валиком. При чрезмерном поджатии возможна вогнутость шва с обратной стороны. При сварке тонких листов толщиной до 10мм флюс подушки поджимается с помощью резиновых шлангов, в которые  подают воздух. Прижимы могут быть механические. Электромагнитные. При сварке изделий, свариваемых из листов, флюсовую подушку поджимают массой самого свариваемого изделия. Флюсовые подушки при сварке на тех же режимах, что и без них, обеспечивают лучшее формирование шва.

Иногда используют одностороннюю сварку под флюсом с предварительной заваркой корня шва с обратной стороны или со стороны основного прохода. Это делают, когда нельзя использовать подкладку  или когда  сварку приходится вести по неравномерному  зазору. Сварку одним электродом можно производить со скоростью не более 45м/ч. В некоторых случаях нужны более высокие скорости, например при производстве сварных труб большого диаметра. Увеличение скорости можно получить при увеличении мощности дуги, однако при силе тока более 1300…1500 А получить хорошее формирование шва без подрезов  и в то же время с достаточной глубиной проплавления нельзя. Увеличение скорости сварки возможно только при двухдуговой сварке. Проволоки располагают только вдоль оси шва, первый электрод- вертикально, обеспечивая необходимую глубину провара, а второй наклоняют назад от направления движения, обеспечивая достаточную ширину  шва и плавный переход от металла шва к основному металлу. Обе дуги питаются от независимых источников  постоянного тока обратной полярности. Так можно получать скорость до 120м\ч. Двумя дугами можно сваривать стыковые соединения из металла толщиной до 14мм в один проход, при чем в стыке должен быть зазор. Сварку необходимо  вести на флюсовой или флюсо - медной подкладке. Для увеличения скорости  сварки более 140м/ч применяют одновременно три дуги.

 Зажигание дуги под флюсом производится обычно путем включения сварочного тока при электроде. Предварительно замкнутом на свариваемое изделие. Если применен автомат с регулированием  скорости подачи проволоки по напряжению на дуге, то при включении тока электродная проволока  короткое  время двигается вверх , способствуя  зажиганию дуги, после  чего реверсируется и подается в дугу с требуемой  скоростью. Если скорость подачи постоянна, то дуговой промежуток образуется в результате взрыва  перемычки на торце электрода, замкнутого на изделие, мгновенно разогреваемой током  короткого замыкания. В образовавшемся нагретом промежутке возбуждается дуга, длина которой устанавливается  и поддерживается в результате саморегулирования. В процессе сварки необходимо следить за точным направлением  электрода по оси стыка или по заданному направлению. Так как дуга при сварке под флюсом не видна, то заданное направление  электрода  определяют по указателям  в виде штифта  или светового пятна, движущимся по одной линии с электродом впереди него по копирному ролику, движущемуся по разделке. Применяют также устройства с фотоэлементами.

Техника заварки кратера при окончании шва зависит от конструкции автомата. Если сварка производится  на установках с неподвижным автоматом и перемещающимся изделием, то при подходе дуги к концу шва останавливают изделие и, не выключая тока, прекращают подачу электродной проволоки до естественного обрыва дуги. На сварочных тракторах при подходе дуги к концу шва останавливают трактор и непродолжительное время продолжают сварку на месте, затем,  не включая тока, останавливают подачу проволоки, дуга растягивается до естественного обрыва.

В отдельных случаях используется автоматическая однопроходная  сварка металла толщиной более 40мм. В этом случае объем и глубина   сварочной ванны велики, выделение газов  затрудняется, увеличивается вероятность порообразования. Поэтому при однопроходной сварке толстого металла мощными  дугами применяют флюсы с повышенной  газопроницаемостью и толстую  электродную проволоку диаметром  до 8…12мм. Сварку ведут на повышенном напряжении дуги, чтобы обеспечить получение швов  нормальной чашеобразной формы, не склонных к образованию горячих трещин.

В зависимости от типа свариваемого изделия вместе  со сварочным оборудованием может использоваться разнообразное механическое оборудование. Наиболее  распространенным  видом  такого оборудования являются вращатели. Эти устройства  предназначены  для вращения свариваемого изделия с заданной  стабилизированной  и регулируемой  скоростью и отличаются от аналогичных по компоновке устройств- кантователей  тем, что скорость  вращения регулируется плавно в широком диапазоне. Вращатели используют двух видов: с центральной осью и внецентровые . Вращатели с центральной осью предназначены для перемещения  относительно малых изделий, иногда имеющих небольшую жесткость, но требующих высокой точностью позиционирования. Внецентровые  вращатели  представляют из себя роликовый стенд, содержащий размещенные на станине  4 два ряда роликов 5 и 6, часть которых соединена с приводом 7. Как правило, на таких роликовых стендах сваривают обечайки большого диаметра, имеющие высокую жесткость. При недостаточной жесткости внутрь обечаек могут устанавливаться распорные устройства (штанги, кольца, центраторы).

Сварочные стенды весьма разнообразны по конструкции. Как правило, они предназначены для сварки плоских  изделий из листового материала. Стенд состоит обычно из плоской рамы с размещенными  на ней универсальными  приспособлениями, включающими в себя опоры, упоры, прижимы, подкладные устройства, разнообразные по типоразмеру и конструкции. Сварочное оборудование (трактор) может передвигаться  либо по изделию (направление задается специально устанавливаемым рельсом- направляющей), либо по специальным передвижным порталам, балкам.

 

 

 

 

 

 

 

5.

Равнопрочность соединений изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей достигается подбором флюсов и сварочных проволок, а также выбором режимом сварки. В большинстве случаев используют флюсы АН-348 и ОСЦ-45 и низкоуглеродистые проволоки Св 08 и Св 08Д. При сварке ответственных конструкций рекомендуется использовать  электродную проволоку Св 08ГА. Использование этих сварочных материалов позволяет  получить металл шва с механическими  свойствами, равными  или превышающими механические свойства  основного металла. Иногда при сварке низколегированных сталей с повышенным содержанием марганца  необходимо использование электродных проволок Св 10ГА и Св 10Г2А. Они позволяют получать швы, практически  свободные от пор. Однако при сварке без разделки можно получить некоторое снижение пластических свойств металла шва.

Для обеспечения пластических свойств металла шва и околошовной зоны на уровне свойств основного  металла следует выбирать режимы, обеспечивающие получение швов повышенного сечения, применять двухдуговую сварку или производить предварительный подогрев металла до температуры 150..200ºС. Среднеуглеродистые и среднелегированные стали рекомендуется сваривать под флюсом при толщине свариваемого  металла не менее 4мм. Сварку можно вести как на переменном , так на постоянном  токе. Диаметр электродной  проволоки  выбирают 2…5мм. При сврке с одной стороны не допускается  использование медных и медно-флюсовых подкладок из-за возможности попадания в шов меди и образования  вследствие  этого горячих трещин. Для увеличения сопротивляемости  сварных швов горячим трещинам, а также повышения пластичности и ударной вязкости  металла шва используют основные флюсы, такие как АН-26, АН-20, 48-ОФ-10, уменьшающие содержание серы  и окисных включений в металле  шва. Во избежание  пористости и наводораживания швов флюсы  перед сваркой  необходимо прокаливать  при температуре  300…350ºС в течении 2..3ч, чтобы их влажность не превышала 0,1%. Конструкционные среднеуглеродистые и среднелегированные  стали под флюсом сваривают, как правило, без подогрева. Только в случае сварки жестких узлов и узлов из сталей 30ХГСА и 30ХГСНА при большой толщине изделий применяют  подогрев  до температуры 250..300ºС. После сварки во всех случаях необходим общий отпуск при температуре 600ºС или местный послесварочный отпуск при температуре 300ºС для предупреждения образования холодных трещин.

Для сварки сталей типа 30ХГСА можно использовать высоколегированную коррозионно-стойкую электродную проволоку Св-Х16Н25АМ6. Прочность таких швов меньше, чем основного металла, однако высокая пластичность придает соединению хорошую  работоспособность. Сварка  под флюсом применяется в соединении изделий из высоколегированных коррозионно-стойких сталей толщиной 3..50мм при производстве химической и нефтехимической аппаратуры.

Для предупреждения перегрева металла и появления трещин рекомендуется выполнять  сварку швами небольшого сечения, проволокой диаметром 2…3мм. Вылет электрода надо уменьшать  в 1,5…2раза по сравнению с проволокой из углеродистых сталей, так как высоколегированные стали имеют  высокое электрическое сопротивлении  и при большом вылете электрод будет перегреваться - это ухудшит формирование шва. Высоколегированные хромом и никелем  проволока в процессе изготовления  сильно наклепывается (увеличивается твердость ее поверхностного слоя) и становится жесткой, что затрудняет работу правильных, подающих и токоподводящих узлов сварочных установок, снижая срок их службы.

Шов легируют через флюс  или проволоку. Последний способ более предпочтителен, так как обеспечивает повышенную стабильность состава металла  шва. Для сварки используют электродные проволоки. Выпускаемые по ГОСТ 2246-70 и низкокремнистые фторидные и бесфторидные флюсы,  создающие в зоне сварки  безокислительную  или малоокислительную среды, не окисляющие легирующие элементы. Это флюсы АН-26, АНФ-14, 48-ОФ-10. Сварку  жаростойких  сталей проволоками  типа Св 08Х25Н13БТЮ выполняют  под теми же флюсами. При сварке проволоками, содержащими  легкоокисляющиеся элементы (алюминий, титан, бор и др.), применяют либо те же флюсы, либо фторидный флюс АНФ-22. обеспечивающий стойкость против горячих трещин.

Сварку под фторидными флюсами производят на постоянном токе обратной полярности. При этом для получения той же глубины проплавления, что и на аналогичных режимах для углеродистой стали, необходимо снизить силу сварочного тока на 10…30%. Остатки шлака и флюса с поверхности швов необходимо тщательно удалять.