Ручная дуговая сварка

Ручная дуговая  сварка

Покрытыми металлическими электродами 

При ручной дуговой  сварке покрытыми металлическими электродами, сварочная дуга горит с электрода  на изделие, оплавляя кромки свариваемого изделия и расплавляя металл электродного стержня и покрытие электрода. Кристаллизация основного металла и металла  электродного стержня образует сварной  шов.

Электрод состоит  из электродного стержня и электродного покрытия . Электродный стержень – сварочная проволока; электродное покрытие – многокомпонентная смесь металлов и их оксидов. По функциональным признакам компоненты электродного покрытия разделяют: 

    Газообразующие:

        защитный газ;

        ионизирующий газ;

    Шлакообразующие:

        для физической изоляции расплавленного  металла от активных газов  атмосферного воздуха;

        раскислители;

        рафинирующие элементы;

        легирующие элементы;

    Связующие;

    Пластификаторы. 

Техника выполнения шва и режим сварки

Зажигание сварочной  дуги 

Перед зажиганием (возбуждением) дуги следует установить необходимую  силу сварочного тока, которая зависит  от марки электрода, типа сварного соединения, положения шва в пространстве и др. 

Зажигание (возбуждение) производиться двумя способами. При первом способе электрод подводят перпендикулярно к месту начала сварки и после сравнительно легкого  прикосновения к изделию отводят  верх на расстояние 25 мм. Второй способ напоминает процесс, зажигая спички. При обрыве дуги повторное зажигание  ее осуществляется впереди кратера на основном металле с возвратом к наплавленному металлу для вывода на поверхность загрязнений, скопившихся в кратере. После этого сварку ведут в нужном направлении. 

Применение того или иного способа зажигания  дуги зависит от условий сварки и  от навыка сварщика.

Положение и перемещение  электрода при сварке 

Положение электрода  зависит от положения шва в  пространстве. Различают следующие  положения швов: нижнее, вертикальное и горизонтальное на вертикальной плоскости, потолочное. Сварку вертикальных швов можно выполнять сверху вниз и  снизу вверх. 

При сварке в нижнем положении электрод имеет наклон от вертикали в сторону направления  сварки. Перемещение электрода при  сварке может осуществляться способами "к себе" и "от себя". 

При отсутствии поперечных колебательных движений конца электрода  ширина валика равна (0,8 - 1,5) d электрода. Такие швы (или валики) называют узкими, или ниточными. Их применяют при  сварке тонкого металла и при  наложении первого слоя в многослойном шве. 

Получение средних  швов (или валиков), ширина которых  обычно не более (2 - 4) d электрода, возможно за счет колебательных движений конца  электрода.

Порядок выполнения швов 

В зависимости от длины различают короткие (250 300 мм), средние (350 1000 мм) и длинные (более 1000 мм) швы. 

В зависимости от размеров сечения швы выполняют  однопроходными или однослойными, многопроходными или многослойными. Однопроходная сварка производительна и экономична, но металл шва недостаточно пластичен вследствие грубой столбчатой структуры металла шва и увеличенной зоны перегрева. В случае многослойной сварки каждый нижележащий валик проходит термическую обработку при наложении последующего валика, что позволяет получить измельченную структуру металла шва и соответственно повышенные механические свойства шва и сварочного соединения. 

Расположение слоев  при многослойной сварке бывает трех видов наложения; последовательное каждого слоя по всей длине шва, "каскадным" способом и способом "горки". Оба  последних способа применяют  при сварке металла значительной толщины (более 20 25 мм). При выполнении многослойных швов особое внимание следует  уделять качественному выполнению первого слоя в корне шва. Провар корня шва определяет прочность  всего многослойного шва.

Подбор силы тока и диаметра электрода 

Силу сварочного тока выбирают в зависимости от марки  и диаметра электрода, при этом учитывают  положение шва в пространстве, вид соединения, толщину и химический состав свариваемого металла, а также  температуру окружающей среды. При  учете всех указанных факторов необходимо стремиться работать на максимально  возможной силе тока. 

Таблица 1 - Выбор  диаметра электрода при сварке стыковых соединений

Толщина деталей    1,5-2,0   3,0  4,0-8,0  9,0-12,0       13,0-15,0  16,0-20,0  более 20

Диаметр электрода   1,6-2,0     3,0     4,0    4,0-5,0          5,0                  5,0-6,0                 6,0-10,0 

Таблица 2 - Выбор  диаметра электрода при угловых и тавровых соединений

Катет шва  3,0  4,0-5,0  6,0-9,0

Диаметр электрода   3,0  4,0  5,0 

Силу сварочного тока определяют по формуле 

Iсв=πdэ2*j/4,

где dэ - диаметр электрода (электродного стержня), мм;

j - допускаемая плотность  тока, А/мм2. 

Таблица 3 - Значения допускаемой плотности тока в  электроде

Вид покрытия              Допускаемая плотность тока j в электроде, А/мм2, при диаметре электрода dэ, мм

                                              3                     4                      5                    6

Рудно-кислое, рутиловое  14,0-20,0  11,5-16,0  10,0-13,5  9,5-12,5

Фтористо-кальциевое  13,0-18,5  10,0-14,5  9,0-12,5  8,5-12,0 

При приближённых подсчётах  величина сварочного тока может быть определена по одной из следующих  формул: 

Iсв=k*dэ 

Iсв=k1*dэ1,5 

Iсв=dэ*(k2+α*dэ) 

где dэ - диаметр электрода (электродного стержня), мм; 

k1, k2, α - коэффициенты, определённые опытным путём: 

k1=20…25; k2=20; α=6.

Достоинства способа: 

    Простота  оборудования;

    Возможность  сварки во всех пространственных  положениях;

    Возможность  сварки в труднодоступных местах;

    Быстрый,  по времени переход от одного  вида материала к другому;

    Большая  номенклатура свариваемых металлов. 

Недостатки способа: 

    Большие  материальные и временные затраты  на подготовку сварщика;

    Качество  сварного соединения и его  свойства во многом определяются  субъективным фактором;

    Низкая  производительность (пропорциональна  сварочному току, увеличение сварочного  тока приводит к разрушению  электродного покрытия);

    Вредные  и тяжёлые условия труда. 

Рациональные области  применения: 

    Сварка  на монтаже;

    Сварка  непротяжённых швов.

Проанализируйте применение различных типов сварных соединений и разделок кромок при сварке металлоконструкций , дайте их характеристики.

Термины и определения  основных понятий по сварке металлов устанавливает ГОСТ 2601–84. Сварные  соединения подразделяются на несколько  типов, определяемых взаимным расположением  свариваемых деталей. Основными  из них являются стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные и торцовые соединения. Для образования этих соединений и обеспечения требуемого качества должны быть заранее подготовлены кромки элементов конструкций, соединяемых сваркой. Формы подготовки кромок для ручной дуговой сварки стали и сплавов на железоникелевой и никелевой основе установлены ГОСТ 5264–80. 

 

Стыковым  соединением называют соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями.

ГОСТ 5264–80 предусмотрено 32 типа стыковых соединений, условно  обозначенных Cl, C2, С28 и т.д., имеющих различную подготовку кромок в зависимости от толщины, расположения свариваемых элементов, технологии сварки и наличия оборудования       скос их с двух или одной стороны. Кромки скашивают на строгальном станке или термической резкой (плазменной, газокислородной). Общий угол скоса (50±4)°, такая подготовка называется односторонней со скосом двух кромок. При этом должна быть выдержана величина притупления (нескошенной части) и зазор, величины которых установлены стандартом в зависимости от толщины металла. Шов стыкового соединения называют стыковым швом, а подварочный шов – это меньшая часть двустороннего шва, выполняемая предварительно для предотвращения прожогов при поседующей сварке основного шва или накладываемая в последнюю очередь, после его выполнения.

При подготовке кромок стали толщиной 8–120 мм. Обе кромки свариваемых элементов скашивают с двух сторон на угол (25±2)° каждую, при этом общий угол скоса составляет (50 ± ±4)°, притупление и зазор устанавливаются стандартом в зависимости от толщины стали. Такая подготовка называется двусторонней со скосом двух кромок. При этой подготовке усложняется обработка кромок, по зато резко уменьшается объем наплавленного металла по сравнению с односторонней подготовкой. Стандартом предусмотрено несколько вариантов двусторонней подготовки кромок: подготовка только одной верхней кромки, применяемая при вертикальном расположении деталей, подготовка с неравномерным пс толщине скосом кромок и др.

Угловым соединением называют соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев. Таких соединений насчитывается 10: от У1 до У10.

Для толщины  металла 3 – 60 мм кромку примыкающего элемента скашивают под углом (45±2) 1°, сварной шов основной и под-варочиый. При этой же толщине и сквозном проваре можно обойтись без подварочного шва. Часто применяют угловое соединение со стальной подкладкой, которая обеспечивает надежный провар элементов по всему сечению. При толщине металла 8–100 мм применяют двустороннюю разделку примыкающего элемента под углом (45±2)°.

Тавровым  соединением называют сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен угловыми швами к боковой поверхности другого элемента. Стандартом предусмотрено несколько типов таких соединений: с Т1 по Т9. Распространенным является соединение, для металла толщиной 2–40 мм. Для такого соединения никакого скоса кромок не делают, а обеспечивают ровную обрезку примыкающего элемента и ровную поверхность другого элемента.

При толщине  металла 3–60 мм и необходимости сплошного шва между элементами, что предусматривается проектом конструкции, в примыкающем элементе делают разделку кромок под углом (45±2)°. На практике часто применяют тавровое соединение с подкладкой при толщине стали 8–30 мм, а также соединение с двусторонним скосом кромок примыкающего элемента при толщине стали 8–40 мм. Все эти соединения со скосом кромок примыкающего элемента обеспечивают получение сплошного шва и наилучшие условия работы конструкций

Нахлесточным соединением называют сварное соединение, в котором сваренные угловыми швами элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга. Стандартом предусмотрено два таких соединения: HI и Н2. Применяют иногда     Из перечисленных сварных соединений наиболее надежными и экономичными являются стыковые соединения, в которых действующие нагрузки и усилия воспринимаются так же, как в целых элементах, не подвергавшихся сварке, т.е. они практически равноценны основному металлу, конечно, при соответствующем качестве сварочных работ. Однако надо иметь в виду, что обработка кромок стыковых соединений и их подгонка под сварку достаточно сложны, кроме того, применение их бывает ограничено особенностями формы конструкций. Угловые и тавровые соединения также распространены в конструкциях. Нахлесточные соединения наиболее просты в работе, так как не нуждаются в предварительной разделке кромок, и подготовка их к сварке проще, чем стыковых и угловых соединений. Вследствие этого, а также из-за конструктивной форме некоторых сооружений они получили распространение для соединения элементов небольшой толщины, но допускаются для элементов толщиной до 60 мм. Недостатком нахлесточных соединений является их неэкономичность, вызванная перерасходом основного и наплавленного металла. Кроме того, из-за смещения линии действия усилий при переходе с одной детали на другую и возникновения концентрации напряжений снижается несущая способность таких соединений.

Кроме перечисленных  сварных соединений и швов при  ручной дуговой сварке применяют  соединения под острыми и тупыми углами по ГОСТ 11534–75, но они встречаются  значительно реже. Для сварки в  защитном газе, сварки алюминия, меди, других цветных металлов и их сплавов  применяют сварные соединения и  швы, предусмотренные отдельными стандартами. Например, форма подготовки кромок и швов конструкций трубопроводов  предусмотрена ГОСТ 16037–80, в котором  определены основные размеры швов для  различных видов сварки.