5. Сущность ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Преимущества и недостатки способа.

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 (рисунок 1). Кристаллизация основного металла и металла электродного стержня образует сварной шов.

Глубина, на которую расплавляется основной металл, на-зывается глубиной проплавления. Она зависит от режима сварки (силы сварочного тока и диаметра электрода), про-странственного положения сварки, скорости перемещения дуги по поверхности изделия (торцу электрода и дуге сооб-щают поступательное движение вдоль направления сварки и поперечные колебания), от конструкции сварного соедине-ния, формы и размеров разделки свариваемых кромок и т. п.

Схема сварки покрытым металлическим электродом. 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 расплав-ленного металла от активных газов атмосферного воздуха; раскислители; рафинирующие элементы; легирующие эле-менты; Связующие; Пластификаторы. Достоинства способа: Простота оборудования; Возможность сварки во всех пространственных положе-ниях; 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 подготов-ку сварщика; Качество сварного соединения и его свойства во многом определяются субъективным фактором; Низкая производительность (пропорциональна сварочно-му току, увеличение сварочного тока приводит к разруше-нию электродного покрытия); Вредные и тяжѐлые условия труда. Рациональные области применения: сварка на монтаже; сварка непротяжѐнных швов.

Схема и сущность, технологич возможности и облас-ти применения автоматич дуговой сварки под флюсом.

Для автоматической дуговой сварки под флюсом приме-няют непокрытую электродную проволоку, а для защиты сварочной ванны и дуги от воздуха используют флюс. Пере-мещение и подача электродной проволоки полностью меха-низированы, а процессы зажигания дуги и заварки кратера в конце шва автоматизированы.

В ходе автоматической дуговой сварки под флюсом дуга проходит между основным металлом и проволокой. Метал-лическая ванна жидкого металла и столб дуги со всех сторон тщательно закрыты слоем флюса толщиной примерно 30 – 35 мм. Благодаря тому, что часть флюса расплавляется, вокруг дуги появляется газовая полость, а на поверхности расплавленного металла – ванна жидкого шлака. Во время сварки под флюсом происходит глубокое проплавление основного металла. Очень быстрое движение электрода вдоль заготовки и действие мощной дуги способствуют оттеснению расплавленного металла в противоположную направлению сварки сторону.

В процессе поступательного движения электрода проис-ходит затвердевание шлаковой и металлической ванн с возникновением сварного шва, покрытого твердой шлаковой коркой. Используя механизмы перемещения и подачи про-волоку подают в дугу и перемещают ее вдоль шва. Ток к электроду идет через токопровод. 47

Автоматическую дуговую сварку под флюсом производят сварочными головками, сварочными автоматами или само-ходными тракторами, перемещающимися по изделию. На-значение сварочных автоматов – подача электродной прово-локи в дугу и поддержание постоянного сварочного режима во время всего процесса.

Используется автоматическая дуговая сварка под флюсом в массовом и серийном производствах для выполнения длинных прямолинейных и кольцевых швов в нижнем поло-жении на металле толщиной 2 – 100 мм. Под флюсом свари-вают металлы различных классов. Такую сварку часто ис-пользуют при производстве резервуаров для хранения газов и жидкостей, котлов, мостовых балок, корпусов судов и других изделий. Сварка под флюсом - это одно из основных компонентов автоматических линий для производства свар-ных автомобильных колес и станов, а также для изготовле-ния сварных прямошовных и спиральных труб.

Сущность, схема и технологические возможности электрошлаковой сварки.

При электрошлаковой сварке основной и электродный ме-таллы расплавляются теплотой, выделяющейся при прохож-дении электрического тока через шлаковую ванну. Процесс электрошлаковой сварки начинается с образования шлако-вой ванны 3 в пространстве между кромками основного металла 6 и формирующими устройствами (ползунами) 7, охлаждаемыми водой, подаваемой по трубам 1, путем рас-плавления флюса электрической дугой, возбуждаемой между сварочной проволокой 4 и вводной планкой 9. После накоп-ления определенного количества жидкого шлака дуга шун-тируется шлаком и гаснет, а подача проволоки и подвод тока продолжаются. При прохождении тока через расплавленный шлак, являющийся электропроводящим электролитом, в нем выделяется теплота, достаточная для поддержания высокой температуры шлака (до 2000° С) и расплавления кромок основного металла и электродной проволоки. Проволока вводится в зазор и подается в шлаковую ванну с помощью мундштука 5. Проволока служит для подвода тока и попол-нения сварочной ванны 2 расплавленным металлом. Как правило, электрошлаковую сварку выполняют при вертикаль ном положении свариваемых заготовок. По мере заполнения зазора между ними мундштук для подачи проволоки и фор-мирующие ползуны передвигаются в вертикальном направ-лении, оставляя после себя затвердевший сварной шов 8.

В начальном и конечном участках шва образуются дефек-ты: в начале шва — непровар кромок, в конце шва — уса-дочная раковина и неметаллические включения. Поэтому сварку начинают на вводной 9, а заканчивают на выходной 10 планках, которые затем удаляют газовой резкой.

Шлаковая ванна — более распределенный источник теп-лоты, чем электрическая дуга. Основной металл расплавля-ется одновременно по всему периметру шлаковой ванны, что позволяет вести сварку металла большей толщины за один проход.

Заготовки толщиной до 150 мм можно сваривать одним электродом, совершающим поперечное колебание в зазоре для обеспечения равномерного разогрева шлаковой ванны по всей толщине. Металл толщиной более 150 мм сваривают тремя проволоками, а иногда и большим числом проволок, исходя из использования одного электрода на 45—60 мм толщины металла. Специальные автоматы обеспечивают подачу электродных проволок и их поперечное перемещение в зазоре.

Автоматы перемещаются непосредственно по сваривае-мому изделию (безрельсовые) или по рельсовой колонне, устанавливаемой параллельно свариваемым кромкам. Ско-рость движения регулируется автоматически в зависимости от скорости заполнения зазора расплавленным металлом. Электрошлаковая сварка имеет ряд преимуществ по сравне-нию с автоматической сваркой под флюсом: повышенную производительность, лучшую макроструктуру шва и мень-шие затраты на выполнение 1 м сварочного шва. Повышение производительности обусловлено непрерывностью процесса сварки, выполнением шва за один проход при любой толщи-не металла и увеличением сварочного тока в 1,5— 2 раза. Макроструктура шва улучшается в результате отсутствия многослойности и получения более однородного по строе-нию однопроходного шва. Затраты снижаются вследствие повышения производительности, упрощения подготовки кромок заготовок, уменьшения сечения шва, а также расхода проволоки, флюса и электроэнергии. К недостаткам электрошлаковой сварки следует отнести образование крупного зерна в шве и околошовной зоне вследствие замедленного нагрева и охлаждения. После сварки необходима термическая обработка (отжиг или нор-мализация) для измельчения зерна в металле сварного со-единения. Электрошлаковую сварку широко применяют в тяжелом машиностроении для изготовления ковано-сварных и лито-сварных конструкций таких, как станины и детали мощных прессов и станков, коленчатые валы судовых дизе-лей, роторы и валы гидротурбин, котлы высокого давления и т. п

Электронный луч представляет собой сжатый поток элек- тронов, перемещающийся с большой скоростью от катода к аноду в сильном электрическом поле. При соударении элек- тронного потока с твердым телом более 99% кинетической энергии электронов переходит в тепловую, расходуемую на нагрев этого тела. Температура в месте соударения может достигать 5000— 6000° С. Электронный луч образуется за счет эмиссии электронов с нагретого в вакууме [133(10~4~ 10~5) Па] катода с помощью электростатических и эле- ктромагнитных линз фокусируется на поверхности свари- ваемых материалов .

В установках для электронно-лучевой сварки электроны, испускаемые катодом электронной пушки, форми руются в пучок электродом, расположенным непосредственно за ка- тодом, ускоряются под действием разности потенциалов между катодом и анодом, составляющей 20—150 кВ и выше, затем фокусируются в виде луча и направляются специаль- ной отклоняющей магнитной системой на обрабатываемое изделие. На формирующий электрод подается отрицатель- ный или нулевой по отношению к катоду потенциал. Фоку- сировкой достигается высокая удельная мощность луча. Ток электронного луча невелик— от нескольких миллиампер до единиц ампер.

При перемещении заготовки под неподвижным лучом об- разуется сварной шов. Иногда при сварке перемещают сам луч вдоль неподвижных кромок с помощью отклоняющих систем. Отклоняющие системы используют также и для колебаний электронного луча поперек и вдоль шва, что позволяет сваривать с применением присадочного металла и регулировать тепловое воздействие на шов.

В современных установках для сварки, сверления, резки или фрезерования электронный луч фокусируется на пло- щади диаметром менее 0,01 см, что позволяет получить большую удельную мощность.

При сварке электронным лучом теплота выделяется непо- средственно в самом металле, который, частично испаряясь, оттесняет расплав в сторону, противоположную направле- нию сварки.

Высокая концентрация теплоты в пятне нагрева позволяет испарять такие материалы, как сапфир, рубин, алмаз, стекло, образуя в них отверстия. Незначительная ширина шва и нагретой зоны основного металла способствует резкому снижению деформаций сварного соединения. Кроме того, проведение процесса в вакууме обеспечивает получение зеркально-чистой поверхности шва и дегазацию расплавлен- ного металла.

Электронно-лучевой сваркой изготовляют детали из туго- плавких химически активных металлов и их сплавов (вольф- рамовых, титановых, ниобиевых, циркониевых, молибдено- вых и т. п.), а также из алюминиевых и титановых сплавов и высоколегированных сталей. Металлы и сплавы можно сваривать в однородных и разнородных сочетаниях, со значительной разностью толщин, температур плав ления и других теплофизических свойств. Минимальная толщина свариваемых заготовок составляет 0,02 мм, максимальная — до 100 мм.

Электронно-лучевой сваркой можно соединять малогаба- ритные изделия, применяемые в электронике и прибо- ростроении, и крупногабаритные изделия длиной и диамет- ром несколько метров.

Стыковая сварка—разновидность контактной сварки, при которой заготовки свариваются по всей поверхности со-прикосновения. Свариваемые заготовки закрепляют в зажи-мах стыковой машины. Зажим 3 установлен на подвижной плите 4, перемещающейся в направляющих, зажим 2 укреп-лен на неподвижной плите 1. Сварочный трансформатор соединен с плитами гибкими шинами и питается от сети через включающее устройство. Плиты перемещаются, и заготовки сжимаются под действием силы Р, обеспечивае-мой механизмом осадки. Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния и последующей осадкой называют сваркой сопротивлением, а при разогреве торцов заготовок до оплавления и последующей осадкой — сваркой оплавлением. Для правильного формирования сварного соединения необходимо, чтобы процесс протекал в опреде-ленной последовательности. Заготовки сдавливаются силой Р, включается ток, металл разогревается до пластического состояния, затем заготовки снова сдавливают — производят осадку, одновременно отключая ток. Перед стыковой свар-кой сопротивлением заготовки должны быть очищены от оксидных пленок и торцы их плотно пригнаны друг к другу предварительной механической обработкой. Параметрами режима контактной стыковой сварки сопротивлением явля-ются плотность тока j (А/мм2), сила сжатия торцов заготовки -Р(Н) и время протекания тока t (с), которое определяют косвенно через величину осадки, зависящую от установоч-ной длины L. Установочной длиной L называют расстояние от торца заготовки до внутреннего края электрода стыковой машины, измеренное до начала сварки. Она зависит от теп-лофизических свойств металла, конфигурации стыка и раз-меров заготовки. Этим способом соединяют заготовки мало-го сечения (до 100 мм2), так как при больших сечениях нагрев будет неравномерным. Сечения соединяемых загото-вок должны быть одинаковыми по форме и с простым пери-метром (круг, квадрат, прямоугольник с малым отношением сторон). Сваркой сопротивлением можно сваривать низкоу-глеродистые, низколегированные конструкционные стали, алюминиевые сплавы.

Стыковая сварка оплавлением имеет две разновидности: непрерывным и прерывистым оплавлением. При непрерыв-ном оплавлении между заготовками, установленными в электродах машины, оставляют зазор, подключают источник тока и равномерно сближают заготовки. Соприкосновение происходит вначале по отдельным небольшим площадкам, через которые протекает ток высокой плотности. При этом под действием магнитного поля расплавленный и кипящий металл выбрасывается наружу. После достижения равномер-ного оплавления всей поверхности стыка заготовки осажи-вают. При прерывистом оплавлении зажатые заготовки сближают, приводят их в кратковременное соприкосновение и вновь отводят на небольшое расстояние.

Быстро повторяя одно за другим сближения и разъедине-ния, выполняют оплавление всего сечения. Затем вы-ключают ток и сдавливают заготовку. Под давлением часть расплавленного металла вместе с оксидами выдавливается из зоны сварки.

Сварка оплавлением имеет преимущества перед сваркой сопротивлением. В процессе оплавления выравниваются все неровности стыка, а оксиды и загрязнения удаляются, по-этому не требуется особой подготовки места соединения. Можно сваривать заготовки с сечением сложной формы, а также заготовки с различными сечениями, разнородные металлы (быстрорежущую и углеродистую стали, медь и алюминий и т. д.).

Наиболее распространенными изделиями, изготовляемы-ми стыковой сваркой, служат элементы трубчатых кон-струкций, колеса и кольца, инструмент, рельсы и т. п.

Точечная сварка — разновидность контактной сварки, при которой заготовки соединяются в отдельных точках. При точечной сварке заготовки собирают внахлестку и сжимают силой Р между двумя электродами, подводящими ток к месту сварки. Соприкасающиеся с медными электродами поверхности свариваемых заготовок нагреваются медленнее их внутренних слоев. Нагрев продолжают до пластичного состояния внешних и до расплавления внутренних слоев. После этого выключают ток и несколько увеличивают, а затем снимают давление. В результате образуется литая сварная точка.

Точечная сварка в зависимости от расположения электро-дов может быть двусторонней и односторонней. При двусто-ронней сварке (рис.а) две (или больше) заготовки 1 сжимают между электродами 2 точечной машины. При односторонней сварке (рис. б) ток распределяется между верхним и нижним листами 3 и 4, причем нагрев осуществляется частью тока, протекающего через нижний лист. Для увеличения тока, проходящего через нижний лист, предусмотрена медная подкладка 5. Односторонней сваркой можно соединять заготовки одновременно двумя точками. Параметры режима точечной сварки: сила сжатия (Н), плотность тока / (А/мм2), время протекания тока t (с). Весь цикл сварки состоит из че-тырех стадий: сжатие свариваемых заготовок между элек-тродами; включение тока и разогрев места контакта до тем-пературы плавления, сопровождающийся образованием литого ядра точки; выключение тока и увеличение сжатия (проковка) для улучшения структуры сварной точки; снятие сжатия. Перед сваркой место соединения очищают от оксид-ных пленок (наждачным кругом или травлением).

Точечной сваркой изготовляют штампо-сварные конст-рукции при соединении отдельных штампованных элемен-тов сварными точками. В этом случае упрощается техноло-гия изготовления сварных узлов и повышается производи-тельность. Точечную сварку применяют для изготовления изделий из низкоуглеродистых, углеродистых, низколегиро-ванных и высоколегированных сталей, алюминиевых спла-вов. Толщина свариваемых металлов составляет 0,5—5 мм. Шовная сварка—разновидность контактной сварки, при которой между свариваемыми заготовками образуется проч-ное и плотное соединение. Электроды выполняют в виде плоских роликов, между которыми пропускают свариваемые заготовки. В процессе шовной сварки листовые заготовки 1 собирают внахлестку, зажимают между электродами 2 и пропускают ток. При движении роликов по заготовкам образуются пе-рекрывающие друг друга сварные точки, в результате чего получается сплошной герметичный шов. Шовную сварку, как и точечную, можно выполнить при двустороннем (рис. а) и одностороннем (рис. б) расположениях электродов. Последовательность этапов технологических операций вначале и по завершении сварки шва такая же, как при то-чечной. Сварку не прерывным включением тока (рис. а) применяют для коротких швов и сварки металлов и сплавов, с прерывистым включением тока (рис. б) обеспечивает стабильность процесса и высокое качество сварного соеди-нения при малой зоне термического влияния. Ее используют при сварке длинных швов на заготовках из высоколегиро-ванных сталей и алюминиевых сплавов.

Шовная контактная сварка — очень высокопроизводи-тельный процесс, скорость его может достигать 10 м/мин. Особенно эффективно ее применение в массовом производ-стве листовых конструкций для получения прочных и гер-метичных швов, например при изготовлении емкостей. Допустимая толщина свариваемых заготовок 0,3—3 мм.При диффузионной сварке соединение образуется в ре-зультате взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов, находящихся в твердом со-стоянии. Диффузионные процессы в поверхностных слоях контактирующих заготовок протекают достаточно активно при нагреве до температур рекристаллизации (0,4ТПЛ) и давления, необходимого для пластического деформирования микровыступов и их смятия с целью обеспечения физиче-ского контакта по всей поверхности. Диффузионную сварку в большинстве случаев выполняют в вакууме, однако она возможна в атмосфере инертных и защитных газов. Свариваемые заготовки устанавливают внутри охлаждаемой металлической камеры, в которой создается вакуум 133х(10-3—10-5) Па, и нагревают с помо-щью вольфрамового или молибденового нагревателя либо индуктора ТВЧ. Все вводы в камеру хорошо герметизируют-ся. С целью ускорения процесса в камеру может быть введен электронный луч, позволяющий нагревать заготовки с еще более высокими скоростями, чем при использовании ТВЧ. Обычно такой нагрев применяют при диффузионной сварке тугоплавких металлов и сплавов. После того как достигнута требуемая температура, к заго-товкам прикладывают с помощью механического, гидравли-ческого или пневматического устройства небольшое сжи-мающее давление в течение нескольких минут. Для получения качественного соединения нагрев загото-вок по всему сечению должен быть равномерным, а их по-верхности предварительно очищены от оксидов и загрязне-ний. При нагреве в вакууме тончайшие адсорбированные и масляные пленки испаряются и не препятствуют образова-нию соединения. Диффузионной сваркой можно соединять металлы и спла-вы, керамические материалы в однородных и разнородных сочетаниях независимо от их термомеханических свойств и взаимного смачивания, получая при этом прочные соедине-ния без какого-либо изменения физико-механических свойств. Полученные соединения после сварки, как правило, не нуждаются в последующей механической обработке. Диффузионную сварку применяют в космической технике и радиоэлектронике, в самолетостроении, приборостроении, в пищевой промышленности и других отраслях. Этот способ используют для сварки деталей и узлов вакуумных прибо-ров, высокотемпературных нагревателей, при производстве инструмента и т. д. Установки для диффузионной сварки выпускают для еди-ничного производства с обычным ручным управлением и , для серийного поточно-массового производства с полуавто-матическим или автоматическим программным управлени-ем. 52