5.4.2 Вибір електродного металу

Вибір електродного металу виконується лише а за хімічним составом. Він повинен бути подібне основному металу.

Діаметр електрода встановлюється залежно від товщини зварюваного металу (табл. 7), типу зварного з'єднання, розташування шва у просторі, розмірів деталі й складу зварюваного металу.

 

Таблиця 7

Вибір діаметра електрода залежно від товщини металу

 

Товщина зварюваного металу, мм	1,5	2	3	4-5	6-8	9-12	13-15	16-20
Діаметр електрода, мм	1,6	2	3	3-4	4	4-5	5	5 і більше

 

Для зварювання вертикальних, горизонтальних і стельових швів, незалежно від товщини металу, застосовують електроди діаметром до 4 мм, оскільки при цьому легше запобігти скапуванню рідкого металу.

У випадку багатошарового зварювання для кращого провару кореня шва перший шов заварюють електродом діаметром 3-4 мм, а наступні шви — електродами більшого діаметра. При цьому площа поперечного перерізу першого шару (проходу) не повинна перевищувати 30-35 мм². Площу можна визначити за формулою:

де F₁— площа поперечного перерізу першого шару (проходу), мм²; d_e — діаметр електрода, мм.

Площа поперечного перерізу наступних шарів (проходів) може бути збільшена і визначається за формулою:

де F_ш— площа поперечного перерізу наступних шарів, мм².

Знаючи площу поперечного перерізу розчищених кромок, можна визначити необхідну кількість шарів за формулою:

де F_р— площа поперечного перерізу розчищених кромок, мм²; n— кількість шарів (проходів).

Зварювальний струм установлюється залежно від вибраного діаметра електрода. Для зварювання в нижньому положенні шва його приблизно можна визначити за формулою:

де І_зв — сила зварювального струму А; К — коефіцієнт пропорційності, який залежить від типу електрода і його діаметра, А/мм (табл. 7.5).

 

Таблиця 7.5

Значення коефіцієнта пропорційності залежно від діаметра електрода

 

Діаметр електрода, (de), mm	1-2	3-4	5-6
Коефіцієнт пропорційності (К), А/мм	25-30	30-45	45-60

 

Для підбору сили зварювального струму можна використати дещо спрощену формулу:

де І_зв — сила зварювального струму, A; d_e — діаметр електрода, мм.

Якщо товщина металу менша 1,5 d_e при зварюванні в нижньому положенні, то І_явзменшують на 10-15% порівняно з розрахунковим. Якщо товщина металу більша 3 d_e,то І_зв збільшують на 10-15% порівняно з розрахунковим.

При зварюванні на вертикальній площині струм зменшують на 10-15%, а в стельовому положенні — на 15-20% порівняно з нормально вибраною силою струму для зварювання у нижньому положенні.

При виконанні зварювання якісними електродами силу струму необхідно встановлювати відповідно з даними, вказаними в паспортах або сертифікатах на ці електроди.

Встановлену силу зварювального струму перевіряють контрольним наплавленням пробних валиків, визначаючи при цьому глибину провару, ширину шва та стійкість горіння дуги. Глибина провару повинна становити 1-4 мм, а ширина шва має бути в межах, яку визначають за формулою:

де е – ширина шва, мм.

Горіння дуги повинне бути стійким при незначному розбризкуванні рідкого металу.

Відносно малий зварювальний струм призводить до нестійкого горіння дуги, не провару, низької продуктивності, а надмірно великий струм — до сильного нагрівання електрода, збільшення швидкості плавлення електрода і не провару, підвищеного розбризкування металу та погіршення формування шва.

Тип і марку електрода вибирають залежно від необхідної міцності шва, надання йому спеціальних властивостей, марки металу, товщини деталі, жорсткості виробу, температури навколишнього середовища, просторового розташування, умов

експлуатації виробу. Електроди повинні забезпечувати однорідність хімічного складу наплавленого металу з основним.

Напруга на дузі прямо залежить від довжини дуги і становить 16—10 В. Зварювати слід коротшою дугою з напругою 16-20 В. Нормальною вважається дуга довжиною (0,5 ÷ 1,1) d_e, залежно від типу і марки електрода і положення зварювання у просторі.

Рід струму й полярність установлюють залежно від зварюваного металу і його товщини. При зварюванні звичайних вуглецевих сталей застосовують змінний струм, як дешевший порівняно з постійним. Застосовуючи постійний струм, установлюють пряму або зворотну полярність. На прямій полярності зварюють товсті метали, тому що на основному металі виділяється більше тепла.

Зворотну полярність використовують для зварювання тонких металів, щоб уникнути пропалів і при зварюванні високолегованих сталей для зменшення їх перегрівання.

Швидкість зварювання встановлюється залежно від вибраного способу зварювання, властивостей основного металу, характеристики електрода тощо.

Для уникнення перегрівання металу високолеговані сталі зварюють на більших швидкостях, ніж звичайні низько вуглецеві і низьколеговані.

Швидкість переміщення електрода встановлює зварник.

Розташування шва у просторі має велике значення при виборі основних режимів зварювання. Ручне дугове зварювання використовують у всіх просторових положеннях шва. Найзручнішим є нижнє положення, яке забезпечує високу якість зварного шва.

Попередній підігрів і наступна термічна обробка призначені для зварювання середньо - і високо вуглецевих сталей, схильних до утворення гартованих структур, чавунів, кольорових металів та їх сплавів. Температура й способи підігріву та термічної обробки залежать від хімічного складу, товщини й розмірів виробу.

Розглянемо об'ємний елемент наплавленого шару з прямокутним (при деяких допущеннях) перерізом і довжиною, рівною швидкості наплавлення. Маса такого елемента визначається співвідношенням [3]:

, (1.5)

де — питома маса наплавленого металу;

— швидкість га-плавлення (колова швидкість деталі).

З другого боку маса елемента наплавленого шару дорівнює масі розплавленого за одиницю часу електроду без втрат на угар і розбризкування, які враховуються коефіцієнтом втрат . Тому, використовуючи залежність для т_е, можна записати [3]:

, (1.6)

Із формул залежностей (1.5) і (1.6) одержимо:

, (1.7)

Для суцільного дроту можна прийняти, що _е = (для порошкового дроту _е =6,5 г/см³, а = 7,8 г/см³), тоді для суцільного дроту [2]:

, (1.8)

Розмірність у залежності (1.8): —мм, — у м³/год.

Враховуючи, що швидкість наплавлення чисельно дорівнює коловій швидкості деталі, можна записати [2]:

, (1.9)

де — швидкість наплавлення, м/год;

— діаметр деталі, мм (для розрахунку приймається номінальний);

п — частота обертання деталі, хв .

З формули (1.9) одержимо:

, (1.10)

Слід мати на увазі, що розглянуті розрахункові технологічні залежності мають наближений характер, оскільки на формування наплавленого валика впливають й інші фактори складного дугового процесу наплавлення. Разом з тим при налагодженні технологічного процесу наплавлення розрахункові залежності дозволяють регулювати процес у потрібному напрямку, оскільки в них відображений взаємозв'язок основних параметрів.

При наплавленні тіл обертання необхідно також враховувати можливість стікання наплавленого металу у напрямку обертання деталі. У зв'язку з цим дугу (електрод) зміщують із зеніту деталі у бік, протилежний її обертанню.

На формування валика впливає також виліт електроду, тобто довжина вільного кінця від мундштука. Із його збільшенням збільшується опір, а сила струму і глибина проплавлення зменшуються і за певних умов може бути не проварювання основного металу.

Отже, до основних технологічних параметрів режимів механізованого наплавлення деталей відносяться: напруга електричної дуги, сила струму наплавлення, швидкість подачі електродного дроту і наплавлення (частота обертання деталі), крок наплавлення (поздовжня подача електроду), зміщення електроду із зеніту, виліт електроду. Вихідними параметрами є діаметри деталі електроду.

Для окремих видів механізованого наплавлення до режиму можуть відноситись й інші параметри, наприклад амплітуда і частота коливань електроду при вібродуговому наплавленні. Вибір параметрів режимів механізованого наплавлення залежить від його виду, величини зношеного шару, матеріалу і діаметра деталі, вимог до фізико-механічних властивостей наплавленого металу.

Наплавлення в середовищі захисних газів можна проводити як плавлю вальними так і не плавлю вальними електродами.

В якості захисних газів застосовується аргон і гелій (для всіх металів), азот (для міді та її сплавів) вуглекислий газ, водяну пару (для сталі і чавуну).

Наплавлення в середовищі вуглекислого газу зображена на. Установка складається із газової апаратури, механізму подачі проволоки, джерела живлення струмом. Електродний дріт безперервно подається в зону наплавлення. Струм до дроту підводиться через наконечник, розміщений в середині мундштука.

Рис.11

1- мундштук; 2 - електродний дріт; 3 - мундштук; 4 – наконечник; 5 –сопло; 6 – деталь; 7 – наплавлений шар; 8 – зварювальна ванна рідкого металу; 9 – електрична дуга.

Мал.11 – Схема наплавлення у середовищі вуглекислого газу

Під дією високої температури електричної дуги на поверхні деталі утворюється рідка ванна, в якій перемішується метали електроду і деталі. У зону наплавлення через сопло пальника надходить вуглекислий газ, який захищає рідкий метал від контакту з киснем повітря. З одного боку вуглекислий газ захищає метал від навколишнього середовища, з іншого розкладається при високій температурі дуги і окислює розплавлений метал.

Робочий тиск газу 0,05 ...0,2 МПа, витрата газу при наплавленні 10...16 л/хв. Наплавлення в вуглекислому газі проводиться при постійному струмі і зворотній полярності.

Для живлення установки постійним струмом застосовується джерело струму з жорсткою характеристикою: перетворювач ПСГ – 500, ПСУ – 500, селеновий випрямляч ВСС – 300 та ін.; наплавлю вальні головки АБС, А – 384, А – 580; підігрівач та осушувач газу, редуктор-витратомір ДРЗ – 1-5 – 7 або ротаметри з вуглекислим газом (тиск 7,5 МПа). Напруга при наплавленні спрацьованих деталей невеликого діаметра знаходиться в межах 17...22 В при діаметрі проволоки 0,5...1,2 мм і в межах 23...28 В при діаметрі проволоки 1,2...2 мм. Щільність струму 150...200 А на 1 мм квадратний перерізу електрода. Швидкість наплавлення зазвичай 25...50 м/год, швидкість подачі проволоки в залежності від її діаметра 100...300 м/год. Подача електрода в напрямку деталі при наплавленні циліндричних поверхонь рівна 2,0...3,5 діаметра проволоки за один оберт.

В якості електродного матеріалу при наплавленні у вуглекислому газі використовують суцільні і порошкові проволоки. Для наплавлення середньо вуглецевих сталей застосовують дроти Св – 0,8 ГС, Св – 0,8 Г2С, НП – 30ХГСА діаметром 0,5...2,5 мм, які дозволяють одержати твердість наплавленого шару НВ 220-290. Щоб отримати більш високу твердість, необхідно провести цементацію, гартування СВЧ або використати порошкові дроти.

На якість наплавленого шару поряд з матеріалом електродного дроту впливають також режими наплавлення (табл. 8)