Техника и технология выполнения швов в различных пространственных положениях

Сварочные электроды и проволока обеспечивают подачу электрического питания в зону сварки для нагрева. Плавящиеся покрытые электроды, порошковая и активированная проволока, защитный флюс для дуговой сварки содержат специальные компоненты, которые могут предназначаться для защиты металла от воздуха, поддержания стабильности процесса сварки, получения необходимого химического состава металла шва и т.п.

При ручной дуговой сварке основное распространение получил плавящийся покрытый электрод. Электрод состоит из электродного стержня и электродного покрытия (рис. 2).

 

 

 

 

Рис. 2. Схема сварки покрытым металлическим электродом

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, расскислители, рафинирующие элементы, легирующие элементы; связующие; пластификаторы.

Электроды изготавливаются из электропроводного материала и предназначены для подвода электрического тока к месту сварки. Виды электродов: металлические – стальные, чугунные, медные, латунные, вольфрамовые, бронзовые и др.;

Покрытые электроды для ручной сварки (рис. 6) представляют собой стержни длиной, как правило, от 250 до 700 мм, изготовленные из сварочной проволоки с нанесенным на нее слоем покрытия. Один из концов электрода длиной 20–30 мм не имеет покрытия для его крепления в электрододержателе.

Покрытие электрода имеет сложный химический состав и предназначено для защиты расплавленного металла от окисления кислородом воздуха и легирования металла сварного шва. Защита металла от воздуха осуществляется за счет шлака и газов, образующихся при плавлении покрытия. В состав покрытия электродов входят также специальные добавки, которые обеспечивают стабильное горение дуги при сварке на переменном и постоянном токе.

Существует много типов и марок электродов. Проще всего последовать рекомендациям изготовителя сварочных аппаратов и применять уже испытанные электроды.  Для сварки на переменном токе можно использовать электроды марок МРЗ, АНОЗ, ОЗС4, а для сварки на постоянном токе - УОНИ 13/45. Электроды АНО-21 и АНО-21М работают и на постоянном, и на переменном токе. Они обеспечивают стабильное горение дуги и прочное сварочное соединение, с которого шлак легко удаляется. Различают электроды длиной 30 или 40 см, диаметром 1,5; 2; 3; 4 и 5 мм. Чем толще металлический лист, подвергаемый сварке, тем толще должен быть электрод и тем больше должна быть сила тока.

 

                             3 Техника и технология  ручной дуговой сварки

 

  Подготовка  металла  под  сварку   заключается  в  правке,  очистке,  разметке,  резке,  и  обработке  кромок.

  Правкой устраняют  дефекты  прокатной  стали,  полученные  ею  во  время  погрузки,  разгрузки,  хранении  и  транспортировки.

  Применяются  правильные  станки,  прессы, вальцевые станки,  если  в  этом  есть  необходимость,  ручная  правка,  с  применением  наковальни  или  правильной  плиты,  молотка  и  кувалды.  При  правке  углового  проката  могут  еще  использоваться  тиски.  Качество  правки  будет  проверяться  с  помощью  металлической  линейки.  Для  этой  цели  она  будет  устанавливаться  ребром  на  проверяемую  поверхность.  Длина  и  высота  просвета  будут  говорить  о  качестве  правки.  Чем  меньше,  тем  лучше.

  Разметка– это  процесс  переноса  размеров  детали  с  чертежа  на  металл  в  натуральную  величину.

  При  разметке  заготовок    конструкции    используется  следующий  инструмент:  рулетка,  мел,  чертилка,  металлическая  линейка,  уголок.  Для компенсации усадки сварных швов после их кристаллизации применяется  припуск в 1мм  на  каждый  поперечный  стык.

  Для резки  заготовок  из  листового  материала  имеющих  прямоугольную  форму, целесообразно  применить  гильотину.  Резка  на  гильотине  обеспечивает  ровность  реза,  и  нет  необходимости  в  обработке  кромок.  Угловой  и профильный прокат  может  разрезаться  ручной  ножовкой  по  металлу, или на мехножовке. 

 Очистка  деталей  под  сварку  заключается  в  удалении  с  поверхности  металла  ржавчины,  окалины,  загрязнений  и  заусенцев.  Очистку  можно  выполнять  на  специальном  оборудовании,  или в ручную.  Из  инструментов    применяется:  металлическая  щетка,  напильник  и  при  необходимости – зубило  и  молоток.  Особое  внимание необходимо  уделить  будущим  зонам  сварки.

      

Сборка  заготовок  под  сварку   составляет  30%  от  трудоемкости  всего  процесса.  Собираются  элементы  конструкций    на  прихватках и с помощью специальных сборочных приспособлений.  Прихватки  представляют  собой  неполноценные  (сечением  до  ⅓  сечения  шва) короткие  швы.  Длина  прихватки  может  колебаться  от 2  до  100мм,  в  зависимости  от  толщины  свариваемого  металла  и  длины  шва.             

Расстояние  между  прихватками  так же  может  составлять  50 – 500мм.  Расстояние  от  края  шва  до  первой  прихватки должно  составлять не менее 10мм,  чтобы  можно  было  хорошо  проварить  начало  и  окончание  шва.  Электрод  при  сборке  применяется  на  10-15%  больше  сварочного.

Точность  сборки    проверяется  с  помощью  рулетки и  угольника – визуально. Необходимо, чтобы собранная под сварку дверь имела прямоугольную форму. Конструкция будет удовлетворять этим требованиям, если ее диагонали равны между собой, и противоположные стороны находятся в одной плоскости. 

Выбор  режима  сварки.

Под  режимом  сварки  понимается  совокупность  параметров,  определяющих  процесс  её  протекания.

К  основным  параметрам  режима  ручной дуговой  сварки  относятся:  диаметр  электрода,  сварочный  ток,  напряжение  на  дуге  и  скорость  сварки.

К  дополнительным  относятся:  род  и  полярность  тока,  тип  и  марка   электрода,  угол  наклона  электрода  и  изделия, а  также  начальная  температура  изделия.

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 (приложение табл. 1,2, 3).

 

 

 

 

Силу сварочного тока определяют по формуле

 

Iсв=πdэ2*j/4,

 

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

j - допускаемая плотность тока, А/мм2.

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.

3.1  Техника  сварки

Зажигание  дуги между  концом  электрода  и  изделием  выполняется  в  два  приема:  коротким  замыканием  конца  электрода  с  изделием,  и  отрывам  электрода  от  поверхности  изделия  на  расстояние,  равное  примерно  диаметру  электрода. Существует  два  способа  зажигания  дуги:  впритык  и  чирканьем. 

Длина  дуги  должна  составлять  (0,5 – 1,1)Фэл. Она зависит от марки электрода, положения шва в пространстве и некоторых других факторов. Длинная  дуга неустойчива, глубина её проплавления снижается и ухудшается качество шва. Снижение длины дуги приведет к возникновению прожогов, короткому замыканию, насыщению шва газами и шлаками. От постоянства длины дуги напрямую зависит качество шва.

Положение электрода (рис. 3):

 

 

 

 

 

 

а б                          в                               г

45˚

15˚  

45˚

 

 

 

 

    15˚                                                                                                           45˚

                                   15˚                         15˚                                   

 

Рис. 3 Положение электрода при выполнении швов конструкции:

а) стыкового, б) углового, в) таврового, г) нахлесточного.

Для получения плотного шва, при сварке, электрод должен быть наклонен примерно на 15˚ от вертикали в сторону ведения шва углом назад. При выполнении  стыкового шва, когда толщина основного металла позволяет выдерживать это положение.

 При сварке углового шва, наклон электрода по ходу сварки также составляет 15˚, а в поперечном сечении 15-20˚ в сторону горизонтальной пластины (п. б).

При выполнении таврового шва  угол наклона электрода тоже будет составлять 15˚ по ходу сварки (п. в). А так как этот шов будет выполняться наклонным электродом, то в поперечной плоскости угол наклона к одному из элементов должен равняться 45˚. Аналогичное положение должен занимать электрод при сварке нахлесточным швом (п. г). В поперечной плоскости наклон электрода к листу должен быть так же 45˚.

  Наклон электрода вдоль шва  регулируется сварщиком по степени  его нагрева. Вначале сварки он ближе к вертикальному, по мере нагрева шва и изделия наклон меняется в сторону шва.

Движения электроду (рис. 4) в процессе сварки сообщаются в трех направлениях. Первое движение – поступательное, направленное по оси электрода в дугу. Этим движением поддерживается постоянная длина дуги, в зависимости  от скорости плавления электрода

 

 

 

 

 

Рис. 4. Движения электрода:

Второе движение – это перемещение  электрода вдоль оси валика шва, для его образования. Скорость этого движения  устанавливается в зависимости  от силы тока, диаметра электрода, скорости его плавления, вида шва и других факторов.

Третье движение (рис. 5) – это перемещение электрода поперек шва, для получения требуемой ширины и глубины проплавления. Поперечные колебания концом электрода определяются формой разделки кромок, размерами и положением шва, свойствами свариваемого металла и навыком сварщика. Ширина швов, получаемых с применением поперечных колебательных движений концом электрода, обычно составляет  (1,5  - 5)Фэл.

При сварке чаще всего применяются  манипуляция электродом в виде ломаной линии (а) и полумесяца (б, в). При сварке  шарниров  – в виде треугольника (г). 

 

 

   а             б                в               г                 д

 

 

 

 

 

Рис. 5. Основные виды поперечных движений концом электрода:

а,б,в – для равномерного прогрева шва; г – для усиленного прогрева корня шва; д – для усиленного прогрева кромок шва.

 

3.2 Техника выполнения швов в различных пространственных положениях

 

При сварке  в нижнем пространственном положении швы получаются высокого качества, так как в этом случае легко выделяются неметаллические включения и газы из расплавленного металла сварочной ванны.

В зависимости от протяженности шва, свойств свариваемого металла, требований к точности и качеству сварных соединений  сварка швов может выполняться различными способами (рис. 6)

а                                                        б                                                   в  

 

Рис. 6. Схемы  заполнения по длине однослойных швов: а – напроход, б – от середины к краям, в – обратноступенчатым способом.

При ручной сварке в нижнем положении основная проблема состоит в том, чтобы обеспечить полное проплавление сечения без образования прожогов.

На рисунке 7 приведены различные варианты выполнения швов в нижнем положении. При сварке односторонних швов на весу (рисунок А), как правило, очень трудно избежать непроваров или прожогов, поэтому для односторонних швов обычно применяют способы удержания сварочной ванны:

сварка на съемной медной подкладке (рисунок Б);

сварка на остающейся стальной подкладке (рисунок В);

наложение подварочного шва (рисунок Г);

вырубка непровара с последующей заваркой корня шва (рисунок Д).

Рис. 7. Способы удержания сварочной ванны

1 – съемная медная подкладка; 2 – остающаяся стальная подкладка; 3 – основной шов; 4 – подварочный шов .

Сварку угловых швов в нижнем положении можно выполнять двумя способами: при повороте изделия на 45° (так называемое положение «в лодочку») и наклонным электродом (рис. 15). Сварка «в лодочку» более предпочтительна, так как при сварке наклонным электродом из-за отекания расплавленного металла трудно предупредить подрез по вертикальной плоскости и обеспечить провар по нижней плоскости.