Технология и техника дуговой и электрошлаковой сварки

• Технология и техника дуговой и электрошлаковой сварки
  • 1. Сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей
    • 1.1. Ручная дуговая сварка
    • 1.2. Механизированная сварка в среде защитных газов и самозащитной проволокой
    • 1.3. Автоматическая сварка под флюсом
    • 1.4. Электрошлаковая сварка
  • 2. Сварка низколегированных теплоустойчивых сталей
  • 3. Сварка среднеуглеродистых и среднелегированных сталей
  • 4. Сварка высоколегированных сталей и сплавов
  • 5. Сварка разнородных сталей и сплавов
  • 6. Технологические особенности сварки труб
  • 7. Технология и техника сварки чугуна
  • 8. Сварка цветных металлов
    • 8.1. Сварка графитовым электродом
    • 8.2. Сварка покрытыми электродами
    • 8.3. Сварка в среде защитных газов вольфрамовым электродом
    • 8.4. Сварка в среде защитных газов плавящимся электродом
    • 8.5. Сварка под слоем флюса
    • 8.6. Электрошлаковая сварка
  • 9. Технология наплавки, напыления и металлизации

Для качественного выполнения сварных швов очень важно правильно назначить параметры режима сварки, т. е. совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных швов заданных размеров, формы и качества. При электродуговой сварке таковыми являются:

1. Род тока, полярность — возможны три варианта использования источников питания: переменный ток, постоянный ток прямой или обратной полярности. При выборе этого параметра на первом месте стоит соображение относительно стабильности горения дуги, что определяется типом электрода — плавящимся или неплавящимся, свойствами компонентов покрытия, флюса или отсутствия таковых. В случае возможности использования всех трех вариантов нужно учитывать такие факторы, как глубина проплавления (большая на постоянном токе обратной полярности), производительность (большая на постоянном токе прямой полярности), наличие магнитного дутья (меньше на переменном токе), стоимость оборудования (источники питания переменного тока дешевле, они более надежны в эксплуатации).
2. Диаметр электрода, мм, зависит от толщины свариваемого металла (табл. 1), пространственного положения (для потолочного положения диаметр электрода не превышает 4 мм), номера прохода (при многопроходной сварке диаметр электрода первого прохода не более 4 мм), его размеры находятся в пределах 2…6 мм.

Таблица 1. Зависимость диаметра электрода d_э от толщины свариваемого материала s в нижнем положении

1. Сварочный ток I_св, А, зависит от диаметра электрода, определяется по формуле I_св= Kd_э, где K = 25…50 — эмпирический коэффициент, зависит от электротеплофизических характеристик металла стержня, пространственного положения сварки, свойств покрытия, наличия предварительного подогрева (для ручной дуговой сварки в пределах 50…350 А, для механизированных способов 100…1500 А).
2. Напряжение на дуге, В, зависит от свойств покрытия или флюса, пространственного положения, наличия предварительного подогрева (находится в пределах 18…30 В для ручной дуговой сварки и 20…45 В — для механизированных способов, однако нужно соблюдать указания относительно колебаний этого параметра.
3. Скорость сварки, м/ч, задается только при автоматической сварке, зависит от количества одновременно горящих дуг (при однодуговой сварке 20…120 м/ч, при двух- и трехдуговой сварке увеличивается до 150… 180 м/ч). При полуавтоматической сварке задается ориентировочно для возможности проведения технико-экономических расчетов.
4. Вылет электрода, мм, зависит от диаметра электрода, электротеплофизических свойств, находится в пределах 15…100 мм.
5. Расход защитного газа, л/мин, зависит от диаметра электрода, величины сварочного тока и напряжения на дуге, диаметра сопла (находится в пределах 5…30 л/мин).
6. Вид защитного газа выбирается в зависимости от типа электрода. При сварке вольфрамовым электродом, независимо от состава свариваемого материала, используется только чистый аргон или гелий, так как сам электрод требует защиты инертной атмосферой.

При сварке плавящимся электродом выбор защитной среды определяется составом свариваемого материала.

При сварке многослойных швов количество слоев определяется по табл. 2, а площадь поперечного сечения отдельных валиков по табл. 3.
Таблица 2. Число слоев при ручной дуговой сварке стыковых и угловых швов

Таблица 3. Площадь поперечного сечения отдельных валиков при многопроходной сварке стыковых и угловых швов

При электрошлаковой сварке параметрами режима являются:

1. Род тока, полярность — выбирается из соображений устойчивости электрошлакового процесса. Сварку выполняют на переменном токе или на постоянном токе обратной полярности.
2. Количество электродов, n, шт, зависит от толщины свариваемого металла; обычно не превышает трех, но в некоторых случаях может быть и большим, например, при сварке плавящимся мундштуком.
3. Сварочный ток, А, зависит от сечения электрода, скорости его подачи и, в некоторой степени, от скорости сварки; находится в пределах 500…2500 А.
4. Напряжение на шлаковой ванне зависит от сварочного тока при пологопадающей характеристике и практически равно напряжению холостого хода при жесткой характеристике источника питания; находится в пределах 25…50 В.
5. Скорость сварки, м/ч, зависит от скорости подачи электрода и его сечения, количества электродов, толщины свариваемого металла и величины зазора; находится в пределах 0,5…2,5 м/ч.

Следует иметь в виду, что приведенные далее численные параметры режима дуговой и электрошлаковой сварки можно рассматривать как ориентировочные, которые требуют корректировки при разработке технологии.

При сварке металлоконструкций на открытом воздухе при отрицательных температурах нужно руководствоваться рекомендациями относительно необходимости предварительного подогрева, приведенными в табл. 4.

Таблица 4. Минимальные температуры воздуха при дуговой сварке сталей без подогрева низкоуглеродистых и низколегированных сталей, °С

* При s ≤ 25 мм; при s > 25 мм необходимо сваривать с подогревом независимо от температуры воздуха

Примечания. 1. Для дуговой сварки при температуре ниже указанной сталь следует подогревать до 120…160 °С на участках шириной 100 мм по обе стороны соединения.

2. Электрошлаковую сварку низкоуглеродистой и низколегированной стали можно выполнять без подогрева независимо от температуры воздуха.

Теплоустойчивые стали даже при положительных температурах требуют предварительного и сопутствующего подогрева (табл. 5), а среднелегированные — только предварительного (табл. 6).

В зависимости от толщины и углеродного эквивалента иногда и при электрошлаковой сварке также необходим предварительный подогрев (табл. 7).

Таблица 5. Температура предварительного и сопутствующего подогрева Т при ручной дуговой сварке теплоустойчивых сталей

Таблица 6. Температура предварительного подогрева Т при сварке под флюсом среднелегированных сталей высокой прочности

Таблица 7. Температура предварительного подогрева сталей Т при электрошлаковой сварке

Примечание. Температура сварного соединения перед посадкой в печь для термообработки не должна быть ниже температуры предварительного подогрева.