Текст книги "Сварочные работы. Практическое пособие"

После возбуждения дуги электрод нужно выдерживать некоторое время в точке начала наплавки, пока не сформируется сварной шов и не произойдет расплавление основного металла. Сварочная ванна сначала будет маленькой, потом станет больше. В таком состоянии ее и надо удерживать. При этом не нужно прямо смотреть на слепящую дугу. Сфокусируйтесь на зоне дальше дымящихся искр, на расплавленной ванне за электродом.

Очень важно научиться удерживать постоянную длину дуги, т. е. зазор между концом электрода и основным металлом, во время продвижения по шву. Длина дуги значительно влияет на ширину, форму и качество сварного шва и зависит от марки и диаметра электрода, пространственного положения сварки, разделки свариваемых кромок и т. п. На глубину проплава влияет незначительно.

Нормальной длина дуги считается в пределах 0,5–1,1 диаметра электрода. Показателями оптимальной длины дуги являются резкий потрескивающий звук, ровный перенос капель металла через дуговой промежуток, малое разбрызгивание.

Короткая дуга горит устойчиво и спокойно. Она обеспечивает получение высококачественного шва, так как расплавленный металл электрода быстро проходит дуговой промежуток и меньше подвергается окислению и азотированию. При использовании электродов с тонким покрытием короткая дуга обеспечивает наилучшее качество сварки. Но слишком короткая дуга может вызывать прилипание электрода, дуга прерывается, нарушается процесс сварки.

Длинная дуга горит неустойчиво, с характерным шипением. Глубина проплавления недостаточная, расплавленный металл электрода разбрызгивается и больше окисляется и азотируется. Шов получается бесформенным, а металл шва содержит большое количество оксидов.

Чем лучше вы управляете длиной дуги, тем лучше будете варить. Помните, что интенсивная дуга отталкивает ванну и глубоко прогревает металл. При сварке надо следить, чтобы шов был на уровне свариваемой поверхности.

Выбор длины дуги зависит от типа электрода и положения в пространстве изделия при сварке. При использовании электродов с тонким покрытием длина дуги должна быть минимально короткой, не более диаметра электрода. При шлакообразующих или газообразующих электродах длина дуги может быть от 3 до 5 миллиметров.

Напряжение дуги зависит от ее длины и изменяется в пределах 30–60 В. Чем короче дуга, тем меньше напряжение, чем дуга длиннее, тем сильнее напряжение приближается к верхнему порогу.

Выбирая ту или иную длину дуги, приходится учитывать положение свариваемого изделия. Вертикальная и потолочная сварки требуют более короткой дуги, чем при положении изделия, требующем нижней сварки.

Следует учесть, что при изменении длины дуги значительно меняется рабочее напряжение, что влияет на ширину валика. Умение сварщика держать постоянно определенную длину дуги положительно сказывается на равномерности ширины валика и его форме. Нормальную (среднюю) дугу рекомендуется применять при наплавке, сварке в нижнем положении, короткую дугу – при сварке горизонтальных, вертикальных, потолочных швов угловых и стыковых соединений и в других ситуациях, когда требуется проплавление. Длинную дугу применять не рекомендуется.

Минимальную длину дуги можно принять равной половине диаметра электрода, а максимальную – диаметр электрода + 1 миллиметр.

Например, для электрода ∅ 3 мм длина дуги составляет 1,5–4 мм, для электрода ∅ 4 мм – 2–5 миллиметров.

В процессе сварки электрод постоянно находится в движении. Сварщик сообщает ему следующие движения (рис. 26):

1 – поступательное по оси электрода в сторону сварочной ванны (вследствие расплавления электрода), при этом для сохранения постоянства длины дуги скорость движения должна соответствовать скорости плавления электрода;

2 – перемещение вдоль линии свариваемого шва; скорость этого движения (скорость сварки) устанавливается в зависимости от тока, диаметра электрода, скорости его плавления, вида шва и других факторов;

3 – перемещение электрода поперек шва для получения так называемого уширенного валика – шва шире, чем ниточный сварной валик, получаемый при прямолинейном движении. Этими движениями за один проход получают шов шириной до четырех диаметров электрода.

Манипулирование электродом позволяет управлять жидким шлаком и металлом шва, что необходимо для получения качественного сварного соединения, а также для формирования валика определенной формы и ширины. Движения следует выполнять плавно, без резких колебаний. При поперечных колебаниях электрода необходимо выбрать такую ширину валика, чтобы сварочная ванна была в жидком состоянии по всей своей ширине. Причем если ток мал, то металл не прогреется должным образом и сварочная ванна будет «бегать» за электродом. Если тока много, то основной металл будет слишком горячим, дуга будет прожигать металл, отталкивая его назад. Когда ток нормальный, ванна растекается по поверхности, ее внешние края тонкие. И вот тогда-то движением электрода можно расширять и передвигать ванну.

Рис. 26. Перемещения электрода при сварке:

а – направления движения; б – угол наклона в горизонтальной и вертикальной плоскости

Сварной шов, образованный в результате двух движений торца электрода – поступательного и вдоль линии шва, называют ниточным. Его ширина при оптимальной скорости сварки составляет (0,8–1,5)d_э. Ниточным швом заполняют корень шва при многослойной сварке, сваривают тонкие заготовки, выполняют наплавочные работы и производят подварку подрезов.

Сварка осуществляется в направлении как слева направо, так и справа налево, от себя и на себя. При этом положение электрода может быть углом вперед, углом назад и под прямым углом, о чем говорилось выше.

Кроме движений вдоль и вглубь шва, перемещать электрод приходится чаще всего и поперек шва. Глубина проплавления основного металла и формирование шва главным образом зависят от вида этих поперечных колебаний, которые обычно совершают с постоянными частотой и амплитудой относительно оси шва (рис. 27). Траектория движения конца электрода зависит от пространственного положения сварки, разделки кромок и навыков сварщика. При сварке с поперечными колебаниями получают уширенный валик, а форма проплавления зависит от траектории поперечных колебаний конца электрода, т. е. от условий ввода теплоты дуги в основной металл.

Рис. 27. Основные виды траекторий поперечных движений рабочего конца электрода при слабом (а – б), усиленном (в – з) прогреве свариваемых кромок; усиленном прогреве одной кромки (и – к); прогреве корня шва (л)

Зигзагообразные прямые движения по ломаной линии, или «лесенку» (рис. 27, а, к), чаще всего применяют в нижнем, вертикальном и потолочном положениях для получения наплавочных валиков при сварке встык без скоса кромок. Чтобы не произошло прогара, смотрите на верхний край сварочной ванны каждый раз, когда меняете направление.

Движения дугой вперед (рис. 27, б) применяют в вертикальном и потолочном положениях для стыковых швов со скосом кромок, а также для угловых швов с катетом менее 6 мм, выполняемых в любом положении электродами диаметром до 4 миллиметров.

Такие же движения, но дугой назад используются для сварки в нижнем положении, а также для вертикальных и потолочных швов с выпуклой наружной поверхностью. При необходимости усилить прогрев свариваемых кромок на краях зигзагов электрод слегка придерживают (рис. 27, в).

Движения треугольником (рис. 27, д) применяют для угловых швов с катетом более 6 мм и стыковых швов со скосом кромок в любом пространственном положении. Дает хороший провар корня шва. Для сварки толстостенных конструкций с гарантированным проплавлением корневого участка в корне шва электрод задерживают.

Петлеобразные и круговые движения (рис. 27, е – и, л) используют для усиленного прогревания кромок шва, особенно при сварке высоколегированных сталей. Электрод задерживают на краях, чтобы не было прожога в центре шва или вытекания металла при сварке вертикальных швов. Во время круговых движений при поперечном перемещении электрода смотрите поверх «мостика» – границы ванны и шлака, потом на другую сторону и распределяйте ванну по кругу.

Нужно понимать, что расплавленная ванна следует за теплом. Когда вы передвигаете электрод вдоль линии сварки, присадочный металл электрода движется позади. Если металла вокруг недостаточно, вы оставляете подрезы. Подрез это пустое место – канавка на краю шва ниже уровня металла (см. рис. 16, в). Чтобы избежать этого, надо контролировать границы ванны, утончая ее на поверхности.

Манипулировать ванной позволяет сила сварочной дуги. Когда электрод стоит вертикально, дуга давит на ванну вниз. Это приводит к глубокому проплавлению основного металла и равномерно распространяет ванну вокруг кратера. Наклоняя электрод, мы отталкиваем ванну, а шов начнет подниматься – всплывать (рис. 28, а). Чем ближе к перпендикуляру по отношению к поверхности металла расположен электрод, тем менее выпуклым будет шов. Чем больше мы его наклоняем, тем шов выпуклее (рис. 28, б).

Но здесь следует быть осторожным – если наклон слишком велик, дуга будет давить в направлении шва, делая ванну трудноуправляемой. Поэтому используют разные углы наклона электрода.

В табл. 16 приведены рекомендуемые ширины валика в зависимости от положения сварки в пространстве, при которых возможно поддержание шва в жидком состоянии по всей ширине валика. Ширина валика от минимального до среднего диапазона (1–2 диаметра электрода) может быть получена без колебательных движений, за счет скорости продвижения электрода, длины дуги и силы сварочного тока. Ширина валика более двух диаметров электрода обеспечивается манипулированием электрода. Среднее значение ширины (два диаметра электрода) позволяет вести сварку в обоих случаях.

Рис. 28. Манипулирование сварочной ванной с помощью силы дуги:

а – глубокое проплавление металла; б – «всплывание шва»

При сварке углеродистых сталей используется весь рекомендуемый диапазон ширины.

Начинать сварку лучше всего при наклоне электрода от 45 до 90°. С таким углом работать удобнее, хорошо видна сварочная ванна.

Ручную дуговую сварку (наплавку) покрытыми электродами со стержнями из сталей аустенитного класса следует выполнять узкими валиками шириной не более трех диаметров применяемых электродов.

Завершая шов, важно правильно заваривать кратер. Кратер является зоной с наибольшим количеством вредных примесей ввиду повышенной скорости кристаллизации металла, поэтому в нем наиболее вероятно образование трещин. Поэтому по окончании сварки не следует обрывать дугу, резко отводя электрод от изделия. Необходимо прекратить все перемещения электрода и медленно удлинять дугу до обрыва; расплавляющийся при этом электродный металл заполнит кратер.

Другой метод: в конце шва прекратить перемещение электрода, задержав его на 1–2 c, чтобы заполнить кратер, затем сместиться по шву назад примерно на 5 мм и быстрым движением вверх и назад оборвать дугу. Кратер необходимо оставлять пологим, что позволит качественно начать сварку новым электродом.

При окончании электрода в середине шва обрыв дуги необходимо производить обратным возвращением электрода в сторону валика и быстрым отрывом от кратера. В этом случае также кратер необходимо оставлять пологим. Нельзя «тянуть» (обрывать) дугу медленным увеличением ее длины до прерывания дугового разряда. В данном случае в кратере возможно появление свища (газовой поры, выходящей на поверхность кратера). Нельзя допускать при окончании электрода крутого кратера, который получается при неправильном обрыве дуги и почти всегда, когда высота валика равна диаметру электрода или больше него.

При крутом кратере в начале сварки нового электрода жидкий шлак быстро стекает вниз кратера и подстывает, что может привести к непровару и зашлаковке. Поэтому при случайных обрывах дуги или при смене электродов применяется специальная техника повторного зажигания дуги, обеспечивающая начало сварки с хорошим сплавлением и внешним видом. В таких случаях дуга должна возбуждаться на передней кромке кратера, затем через весь кратер переводиться на противоположную кромку, на только что наплавленный металл, и после этого снова вперед, в направлении проводившейся сварки. Если электрод при повторном зажигании дуги не будет достаточно далеко отведен назад, между участками начала и конца сварки останется углубление. Если же при повторном зажигании электрод отвести слишком далеко назад, то на поверхности сварного валика образуется высокий наплыв.

Чтобы высота шва оставалась одинаковой, можно путем обрыва дуги в конце сварного шва и дополнительных зажиганий на этом же месте добиться необходимой высоты валика. Между обрывом дуги и дополнительным зажиганием необходимо сделать небольшую выдержку на время, в течение которого не успевает остыть (затвердеть) шлак, а металл шва успевает подстыть (начать кристаллизоваться). Это необходимо для легкого повторного зажигания дуги без обивки шлака. Однако такой способ может привести к образованию оксидных и шлаковых загрязнений металла.

Сварка листовой стали малой толщины (0,5–2,0 мм) связана с определенными трудностями. Тонкий металл легко прожигается дугой, а прожоги трудно поддаются заплавке. Опасаясь этого, сварщик иногда недостаточно проплавляет кромки листов, накладывая валик на нерасплавленные кромки. В этом случае возникают непровары и неплотности.

При сварке тонколистовой стали рекомендуется:

● специально подготавливать кромки;

● применять временные или остающиеся подкладки;

● уменьшать величину сварочного тока;

● использовать специальные электроды;

● применять специальные источники питания.

Стыковые соединения выполняют с закладкой между кромками прутка или полоски. Сварку ведут так, чтобы дуга горела только на прутке или полоске, при этом кромки основного металла оплавляются косвенным теплом дуги.

При сварке на подкладках листы собирают встык без зазора и сварку ведут без колебательных движений электрода. Сварку стыковых соединений тонколистовой стали лучше выполнять не в нижнем, а в вертикальном положении – сверху вниз. Для очень тонких листов (0,5 мм) применяют нахлесточные соединения, сварку ведут на подкладке с проплавлением верхнего листа. В качестве остающихся подкладок используют стальные полоски, в качестве временных – медные полосы.

Величина тока принимается в пределах 40–80 А в зависимости от диаметра электрода. При выполнении нахлесточных соединений со сквозным проплавлением верхнего листа величина тока устанавливается на 10–15 % больше, чем при выполнении стыковых соединений.

Для сварки тонколистовой стали применяют электроды ∅ 1,6–2,5 мм с тонким или средним по толщине слоем покрытия.

Источники питания, используемые для сварки тонколистовой стали, должны иметь повышенную величину напряжения холостого хода (80–90 В) и плавную регулировку сварочного тока с малым нижним пределом порядка 40 А.

Это положение позволяет получать сварные швы наиболее высокого качества, так как облегчает условия выделения неметаллических включений и газов из расплавленного металла сварочной ванны. Условия формирования металла шва наилучшие, так как расплавленный металл сварочной ванны удерживается от вытекания нерасплавившимися кромками.

Стыковые швы сваривают без разделки кромок или с V-, Х– и U-образным скосом. Стыковые швы без разделки кромок, в зависимости от толщины, сваривают с одной или двух сторон. Необходимо тщательно следить за равномерным расплавлением обеих свариваемых кромок по всей их толщине и особенно стыка между ними в нижней части (корне шва).

Однопроходную сварку с V-образной разделкой кромок обычно выполняют с поперечными колебаниями электрода на всю ширину, чтобы дуга выходила со скоса кромок на необработанную поверхность металла. Однако в этом случае очень трудно обеспечить равномерный провар корня шва по всей его длине, особенно при изменении величины притупления кромок и зазора между ними. Рекомендуемый зазор при сборке стыкового соединения при V-образной разделке зависит от притупления и толщины свариваемого металла. Чем толще металл и больше притупление, тем больше зазор, и наоборот. Прихватки в зазор рекомендуется производить электродами ∅ 3 мм с минимальной высотой. Протяженность прихваток 10–15 мм. В зависимости от размеров изделия и толщины металла прихватки выполняются по условиям чертежа или технологического процесса, в которых оговорены протяженность и частота прихваток.

При сварке такого шва за несколько проходов обеспечить хороший провар первого слоя в корне разделки гораздо легче. Для этого обычно применяют электроды ∅ 3–4 мм и сварку ведут без поперечных колебаний. Последующие слои выполняют в зависимости от толщины металла электродом большего диаметра с поперечными колебаниями. Для обеспечения хорошего провара между слоями предыдущие швы и кромки следует тщательно очищать от шлака и брызг металла.

Для зачистки шва от шлака удобно применять специальный инструмент – металлическую щетку, оснащенную маленьким молоточком для сбивания шлаковых наслоений.

Заполнять разделку кромок можно швами с шириной на всю разделку или отдельными валиками (рис. 29). Однослойный однопроходный шов выполняется за один проход (напроход). При сварке металла большой толщины шов выполняют слоями, каждый из которых накладывают за один проход (многослойный) или за несколько проходов (многослойный многопроходный). В многопроходных швах последний валик (поз. 11 на рис. 29, д) для улучшения внешнего вида иногда можно выполнять на всю ширину разделки (декоративный слой).

Рис. 29. Способы выполнения швов различной длины (а – напроход; б – от середины к краям; в – обратноступенчатый) и поперечные сечения многослойных (г) и многопроходных (д) стыковых швов; нумерация соответствует порядку выполнения швов

Сварка за один проход предпочтительнее при ширине шва не более 14–16 мм, так как дает меньше остаточных деформаций. При толщине металла более 15 мм сварка каждого слоя напроход нежелательна. Первый слой успевает остыть, и в нем возникают трещины. Для равномерного прогрева металла по всей длине швы накладывают двойным слоем («горкой»), каскадом или блоками. При каскадном способе заполнения шва двойным слоем второй слой накладывают по неостывшему первому после удаления сварочного шлака в противоположном направлении на длине 200–400 мм. Сварка «горкой» – разновидность каскадного метода. Ее ведут два сварщика одновременно от середины к краям. Оба метода – это обратноступенчатая сварка не только по длине, но и по сечению шва, причем зона сварки всегда остается горячей.

При сварке блоками шов заполняют отдельными ступенями по всей высоте сечения шва. Этот метод применяют при соединении деталей из сталей, закаливающихся при сварке.

Швы с Х– или U-образным скосом кромок по сравнению с V-образным имеют преимущества: в 1,6–1,7 раза уменьшаются объем наплавленного металла и угловые деформации, улучшается провар корня шва. Сварку этих швов выполняют так же, как и с V-образной разделкой, но для уменьшения остаточных деформаций и напряжений желательно накладывать каждый валик или слой попеременно с каждой стороны. Рекомендованный зазор при Х-образной разделке – 3 миллиметра.

При сварке на весу (рис. 30, а) наиболее трудно обеспечить провар корня шва и формирование хорошего обратного валика по всей длине стыка. В этом отношении более благоприятна сварка на плотно прижатой съемной медной или остающейся стальной подкладке (рис. 30, б – в). Последние увеличивают расход металла и не всегда технологичны. В медной подкладке для формирования обратного валика делают формирующую канавку, но могут возникнуть трудности точной установки кромок вдоль формирующей канавки.

Рис. 30. Схема сварки стыковых швов:

а – на весу; б – на медной съемной подкладке; в – на остающейся стальной подкладке; г – с предварительным подварочным швом; д – удаление непровара в корне шва для последующей подварки

Если с обратной стороны возможен подход к корню шва и допустима выпуклость обратной стороны шва, целесообразна подварка корня швом небольшого сечения с последующей укладкой основного шва (рис. 30, г). В некоторых случаях при образовании непроваров в корне шва после сварки основного шва дефект в корне разделывают газовой, воздушно-дуговой строжкой или механическими методами (рис. 30, д) с последующим выполнением подварочного шва.

Сварку угловых швов в нижнем положении можно выполнять двумя приемами. Сварка вертикальным электродом «в лодочку» (рис. 31, а) обеспечивает наиболее благоприятные условия для провара корня шва и его формирования. По существу этот прием напоминает сварку стыковых швов с V-образной разделкой кромок, так как шов формируется между свариваемыми поверхностями. Однако при этом способе требуется тщательная сборка соединения под сварку с минимальным зазором в стыке для предупреждения вытекания в него расплавленного металла.

Рис. 31. Положение электрода и изделия при сварке:

а – «в лодочку»; б – таврового соединения; в – внахлестку; г – углового соединения

При наложении угловых швов наклонным электродом, в т. ч. «в лодочку», сварку лучше вести углом назад. Во избежание непровара и подрезов кромок сварку «в лодочку» лучше выполнять методом опирания электродного покрытия на кромки.

При сварке наклонным электродом (рис. 31, б – г) трудно обеспечить провар шва по нижней плоскости ввиду натекания на нее расплавленного металла и предупредить подрез на вертикальной плоскости из-за стекания расплавленного металла. Поэтому таким способом обычно сваривают швы с катетом до 6–8 мм. При сварке угловых швов наклонным электродом трудно также обеспечить глубокий провар в корне шва, поэтому в односторонних или двусторонних швах без разделки кромок может образоваться непровар, который под нагрузкой послужит началом развития трещин. Для предупреждения этого в ответственных соединениях при толщине металла 4 мм и более необходима односторонняя, а при толщине 12 мм и более – двусторонняя разделка кромок.

Тавровые и угловые швы без скоса кромок с катетами более 10 мм выполняют в один слой поперечными движениями электрода треугольником с задержкой в корне шва. Дугу при этом возбуждают на горизонтальной полке, а не на вертикальной, чтобы избежать натекания металла.

При сварке наклонным электродом многопроходных швов первым выполняют шов на горизонтальной плоскости. Формирование последующего валика происходит с частичным удержанием расплавленного металла сварочной ванны нижележащим валиком.

Наплавка. Наплавка на поверхности изделия выполняется одиночными валиками. Каждый последующий валик необходимо выполнять так, чтобы центр сварочной дуги (электрода) проходил по краю предыдущего валика, перекрывая его на половину или на треть ширины (рис. 32, а). Перед сваркой очередного валика предыдущий валик нужно очистить от шлака и крупных брызг зубилом и металлической щеткой от нагара.

Рис. 32. Наплавка:

а – формирование валиков наплавки; б – выравнивание высоты по краям; 1 – наплавленный металл; 2 – дополнительные валики

Наблюдая за центром дуги, одновременно необходимо следить за краем жидкой ванны, который должен доходить (или чуть-чуть не доходить) до вершины предыдущего валика. Наклон электрода по отношению к изделию и предыдущему валику должен составлять 80–90°. Наклон электрода по отношению к направлению сварки определяется по правилу: «чтобы шлак вперед не забегал и сзади не отставал». Сварочный ток и диаметр электрода, в зависимости от толщины изделия, – максимальные или близкие к максимальным.

При наплавке нужно использовать среднюю длину дуги. При сварке с манипулированием электродом перемещение электрода необходимо производить от центра шва на предыдущий валик и на изделие на равное расстояние. Постоянно следует следить за геометрией, высотой и шириной предыдущего и выполняемого валика.

Для выравнивания высоты по краям наплавленного участка необходимо произвести невысокие дополнительные валики (рис. 32, б). Это поможет добиться минимальных перепадов между валиками, что не потребует механической зачистки перед наплавкой последующего слоя.

При многослойной наплавке жидкотекучий шлак «спешит» занять несовершенство предыдущего слоя (углубления), что вносит дополнительные сложности в процесс сварки. В данном случае после тщательной зачистки предыдущего слоя от шлака необходимо центром дуги обязательно идти по центру углублений, иначе требуется дополнительная зачистка первого слоя от глубоких перепадов между вершинами. В данном случае теряются качество и производительность наплавки.

Высота наплавки каждого слоя зависит от диаметра электрода и не должна превышать ¾ его диаметра.