Технология сварки балки коробчатого профиля

Ввиду высокой  проплавляющей способности дуги повышаются требования к качеству сборки кромок под сварку. Качественный провар и формирование корня шва обеспечивают теми же приемами, что и при ручной сварке или сварке под флюсом (подкладки, флюсовые и газовые подушки и т.д.). С уменьшением плотности тока стабильность дуги понижается.

Защитный  газ выбирают с учетом особенностей свариваемого металла, а также требований, предъявляемых к сварным швам. Инертные газы применяются для сварки химически активных металлов, а также  во всех случаях, когда необходимо получить сварные швы, однородные по составу  с основным и присадочным металлом. Активные газы применяют, когда заданные свойства металла можно обеспечить металлургической обработкой (окислением, восстановлением, азотированием и  т.д.).

К достоинствам дуговой сварки в защитных газах относятся:

• высокая степень концентрации дуги, обеспечивающая минимальную зону структурных превращений и относительно небольшие деформации изделия;
• высокая производительность;
• эффективная защита расплавленного металла, особенно при применении в качестве защитной среды инертных газов;

• возможность наблюдения за ванной и дугой;
• низкая стоимость выполнения сварочных работ при применении в качестве защитной среды активных газов;
• возможность сварки металлов различной толщины (от десятых долей миллиметра до десятков миллиметров);
• отсутствие необходимости применения флюсов или обмазок;
• широкая возможность автоматизации и механизации;
• возможность сварки в различных пространственных положениях;
• возможность металлургического влияния на металл шва за счет регулирования состава проволоки и защитного газа.

Недостатки:

• необходимы меры по снижению разбрызгивания;
• сквозняки ухудшают газовую защиту дуги, поэтому сварка на открытом воздухе затруднена;
• необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги.

Автоматическая  дуговая сварка под слоем флюса

Сварка под  флюсом имеет большое преимущество перед ручной дуговой сваркой  покрытыми электродами ввиду  более высокой производительности, высокого качества наплавляемого металла, высокой степени металлургической обработки, возможность сварки различных  материалов, более стабильный состав и свойства металла по всей длине  шва. Это достигается отсутствием  частых кратеров образующихся при смене  электродов, равномерностью плавления  электродной проволоки и основного  металла шва по длине шва, более  надёжной защиты зоны сварки от окисления  легирующих компонентов кислородом воздуха.

При сварке под  флюсом обеспечивается универсальность  процесса, возможность сварки различных  материалов, возможность выполнения сварочных и наплавочных работ. Хорошее формирование поверхности  швов с мелкой чешуйчатостью и  плавным переходом к основному  металлу, отсутствие брызг – преимущество сварки под флюсом, т.к. отпадает надобность в трудоёмкой операции очистки от них поверхности свариваемых  деталей.

При сварке под  флюсом обеспечивается высокое и  стабильное качество сварки. Это достигается  за счёт надёжной защиты металла от воздействия кислорода и азота  воздуха, однородности металла шва  по химическому составу, улучшение  формы шва и сохранение постоянства  его размеров. В результате обеспечивается меньшая вероятность образования  непроваров,  подрезов и других дефектов формирования шва и отсутствие перерывов  в процессе сварки.

За счёт уменьшения доли электродного металла в металле  шва в среднем с 70% при сварке покрытыми электродами до 35% при  сварке под флюсом и уменьшения потерь на угар, разбрызгивание и огарки снижается  расход электродного металла и электроэнергии. Отпадает необходимость в защите глаз и лица рабочего и несколько  уменьшается количество выделяемых в процессе сварки вредных газов, что улучшает условия труда. Кроме  того, процесс сварки хорошо поддаётся  автоматизации.

Недостатками сварки под  флюсом:

• невозможность наблюдать зону сварки;
• сложность сварки металла толщиной меньше 5 мм;
• возможность сварки только в нижнем положении ввиду возможного стекания расплавленного флюса и металла.

 

ВЫВОД:

Анализируя достоинства  и недостатки вышеупомянутых методов, приходим к выводу о предпочтительности использования автоматической дуговой сварки под слоем флюса. Этот способ обеспечивает наилучшее формирование шва с постоянством состава и свойствами металла по всей длине шва, а также снижает затраты на последующую очистку конструкции от брызг металла.

5. Заготовительные операции

Пластины  для изготовления конструкции вырезаются из листов горячекатаной стали  ГОСТ 19903-74 кислородной резкой  К 2202 ГОСТ 14792-80. Листы, имеющие внешнюю деформацию, подлежат правке. Их следует править в многовалковых листоправильных машинах (например, в трехвалковых). Правка выполняется в холодном состоянии при температуре окружающего воздуха не ниже .

 

Перед поступлением деталей  на участок сварки, необходимо провести химическую подготовку поверхностей деталей  под сварку:

1. Обезжиривание.

• Химсостав ванны: 15% раствор щелочи NaCl

• Температура 20°С.
• Время 3÷5 мин.

2. Травление.

• Химсостав ванны: HCl (200 г/л) + КС (10 г/л).
• Температура 30÷40°С
• Время 2÷5 мин.

3. Поссивация.

• Химсостав ванны: 30% раствор HNO₃
• Температура 20±5°С.
• Время 20÷30 мин.

Примечание: после каждого  вода обработки идет операция промывка в горячей воде и сушка (120÷130°С в течение 20÷30 мин).

Геометрические размеры  деталей соединения и размеры  элементов разделки кромок должны соответствовать  чертежу.

 

 

 

6. Технологический процесс сборки  и сварки

1. Подготовительная
1. При необходимости зачистить кромки деталей и прилегающие к ним поверхности под сварку на ширину не менее 20 мм от края кромки с наружной и внутренней стороны от ржавчины, окалины, масла и других загрязнений до металлического блеска.
2. Очистить сварочную проволоку от масла, ржавчины и других загрязнений.

 

2.   Сборочно–сварочная
1. Поместить в приспособление детали поз. 1, 2 и 3.
2. Прихватить деталь поз. 1 и 2 к детали поз. 3. Прихватки выполнять длиной 50 мм с шагом 300 мм на указанных режимах.
3. Установить в приспособление деталь поз. 4 и прихватить её к деталям поз. 1 и 2.
4. Прихватить входные и выходные планки, необходимые для начала и окончания сварного шва. Ширина планок 100 мм, длина 150 мм. Прихватки должны иметь ту же разделку, что и основные детали. Планки приваривают стыковым швом, исключая непровары.
5. Установить на конструкцию с помощью струбцин уголки для предотвращения ссыпания флюса (рисунок 1).

 

Рисунок 1. Схема прижатия уголков

 

 

6. Наложить подварочный шов согласно указанным режимам. Для уменьшения сварочных деформаций швы накладывать, начиная от центра каждого стыка по схеме, приведённой на рисунке 2. Конструкцию вращать цепным кантователем.

Рисунок 2. Схема наложения швов

7. Вернуть конструкцию в исходное положение, согласно рисунку 2.
8. Установить сварочный автомат и начать заполнение разделки на указанном режиме. Швы накладывать по рекомендациям п. 2.6.

 

3. Слесарная
1. Снять сварную конструкцию с кантователя.
2. Удалить входные и выходные планки.
3. Зачистить места удаления планок.
4. Очистить шов и околошовную зону от флюса и шлаковой корки.

 

4. Контрольная
1. Проконтролировать визуально качество сварного шва 100%.
2. Проверить сварной шов методом ультразвуковой дефектоскопии.
3. Проконтролировать размеры детали и шва штангенциркулем и измерительной линейкой.

 

 

7. Выбор сварочных  материалов

Присадочный металл и другие вещества, используемые при сварке плавлением с целью  получения непрерывного, неразъёмного соединения, удовлетворяющего определённым требованиям, принято называть сварочными материалами.

К сварочным  материалам относится сварочная  проволока, присадочные прутки, порошковая проволока, плавящиеся покрытые электроды, неплавящиеся электроды, различные  флюсы и защитные газы, которые  должны обеспечить требуемые геометрические размеры и свойства шва, хорошие  технологические условия ведения  процесса сварки, высокую производительность и экономичность процесса, необходимые  санитарно-гигиенические условия  труда при их производстве и сварке.

Сварочная проволока

Сварочная проволока  служит для подвода электрического тока в зону сварки, а также дополнительным металлом, участвующим в образовании  шва. Поверхность сварочной проволоки  должна быть гладкой, без окалины, ржавчины, масла и других загрязнений. Сварочная  проволока поставляется в бухтах и в катушках.

Проволока для механизированной сварки в среде углекислого газа.

В нашей работе применим проволоку  Св-08ГС ГОСТ 2246-70. Химический состав проволоки в соответствии со стандартом указан в таблице 4.

Таблица 4. Химический состав проволоки Св-08ГС по ГОСТ 2246-70

Обозначение	Массовая доля элементов, %
	C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	Ti	S	P
Св-08ГС	≤0,1	1,40 ÷ 1,70	0,60 ÷ 0,85	≤0,20	≤0,25	-	-	≤0,0250	≤0,030

Проволока для автоматической дуговой  сварки под флюсом.

Для сварки под флюсом низкоуглеродистой низколегированной стали 09Г2 воспользуемся электродной проволокой марки Св-08ГА ГОСТ 2246-70. Химический состав проволоки приведён в таблице 5.

Таблица 5. Химический состав проволоки Св-08ГА по ГОСТ 2246-70

Обозначение	Массовая доля элементов, %
	C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	Ti	S	P
Св-08ГА	≤0,1	0,80÷1,10	≤0,06	≤0,10	≤0,25	-	-	≤0,0250	≤0,030

 

Сварочный флюс

       Сварочный флюс - это сварочный материал, используемый при сварке для защиты зоны сварки, химической очистки соединяемых поверхностей и улучшения качества сварочного шва.

В данной работе применим флюс ОСЦ-45 ГОСТ 9087-81. Он предназначен для механизированной дуговой сварки углеродистых нелегированных и низколегированных сталей, наплавки широкой номенклатуры изделий из углеродистых и низколегированных сталей в сочетании с проволоками марок Св-08, Св-08ГА, S1, S2, S2Mo. Химический состав и свойства флюса приводятся в таблице 6 и 7.

Таблица 6. Химический флюса ОСЦ-45 по ГОСТ 9087-81

Массовая доля элементов, %
SiO2	Fe2O3	Al2O3	CaO	MgO	MnO	CaF2	S	P	TiO2	ZrO2
37÷ 44	0,5÷ 2,0	≤6	≤10	≤3	37÷ 44	5÷ 9	≤0,12	≤0,14	-	-

 

Таблица 7. Свойства флюса ОСЦ-45 по ГОСТ 9087-81

Параметр	Значение
Насыпная плотность, г/см³	1,3 ÷ 1,8
Содержание инородных частиц (не растворившихся частиц сырьевых материалов, футеровки, угля, графита, кокса, металлических  частиц и др.), %	≤0,3
Строение и цвет зерен (стекловидное, от красно-коричневого до черного  всех оттенков)	стекловидное
Содержание зерен с цветом, отличающимся от указанного, %	≤3
Размер зерен, мм	0,35 ÷ 4,0
Влажность флюса, %	≤0,10
Цвет зерен	От светло-серого и желтого до коричневого  всех оттенков
При влажности, превышающей допустимую, флюс перед употреблением подвергают сушке при температуре 400-450 °С - не менее 2 часов. Допускается применение иных режимов сушки, обеспечивающих требуемую влажность и стабильность цвета зерен флюса.