Глубина проплавления металла возрастает при использовании метода сварки

Обновлено: 19.05.2024

Возрастание скорости сварки приводит к уменьшению ширины и высоты шва. Диаметр электродной проволоки оказывает значительное влияние на форму и размеры шва, особенно на глубину проплавления. Напряжение дуги при сварке под флюсом зависит от силы тока, диаметра электродной проволоки, марки флюса и других параметров и устанавливается обычно опытным путем. Понижение напряжения дуги сопровождается уменьшением ее длины и увеличением глубины проплавления , повышение - увеличением ширины шва, снижением его высоты и уменьшением провара. [46]

Величина сварочного тока является одним из важнейших параметров, от которых зависит производительность сварки, форма поверхности шва и его качество. При увеличении тока повышается скорость расплавления электродной проволоки. Одновременно возрастает количество тепла, нагревающего металл труб. При возрастании тока жидкий металл давлением дуговых газов оттесняется с поверхности кратера под электродом, что создает условия для увеличения глубины проплавления . [47]

Изменение формы шва путем сварки на спуск или на подъем мало применяется из-за сложности установки изделия под сварку и небольшой эффективности. Практическое применение сварка на спуск находит при выполнении круговых швов труб и сосудов малого диаметра. В этом случае электрод смещается от зенита с таким расчетом, чтобы сварка велась на спуск. При этом уменьшается опасность прожогов, улучшается формирование шва и предотвращается возможность стекания жидкого металла сварочной ванны. Сварку на подъем применяют для увеличения глубины проплавления при ручной сварке с глубоким проваром. [48]

Таким образом, сила сварочного тока и напряжение дуги оказывают противоположное действие на форму шва. Поэтому для получения шва оптимальной формы увеличение силы сварочного тока при увеличении толщины свариваемого изделия должно обязательно сопровождаться соответствующим повышением напряжения дуги. С увеличением скорости сварки столб дуги отклоняется в сторону, противоположную направлению сварки, из-под дуги вытесняется больше жидкого металла и толщина его слоя уменьшается. Жидкий металл под дугой имеет высокое термическое сопротивление и препятствует поступлению теплоты от дуги к нерасплавленному металлу. Поэтому при возрастании скорости сварки вначале наблюдается увеличение глубины проплавления , затем при дальнейшем увеличении скорости сварки влияние уменьшения погонной энергии ( количество энергии на единицу длины шва) становится преобладающим, в результате глубина провара и площадь сечения шва уменьшаются. Уменьшается также расстояние / от электрода до фронта плавления. [50]

Влияние углов наклона электрода и изделия на форму шва. Заданную форму шва можно получить не только изменением режима сварки, но и применением некоторых технологических приемов, например изменением наклона электрода или изделия по отношению к горизонту каждого по отдельности или совместно. Электрод по отношению к изделию может занимать вертикальное положение или иметь наклон: углом вперед или углом назад. В зависимости от наклона изделия сварку выполняют на подъем или на спуск. При сварке углом назад большой наклон столба дуги способствует усилению вытеснения жидкого металла и некоторому увеличению глубины проплавления . При сварке углом вперед столб дуги располагается над поверхностью основного металла, увеличивая под собой слой жидкого металла. [51]

Влияние углов наклона электрода и изделия на форму шва. Заданную форму шва можно получить не только изменением режима сварки, но и применением некоторых технологических приемов, например изменением наклона электрода или изделия по отношению к горизонту каждого в отдельности или совместно. Электрод по отношению к изделию может занимать вертикальное положение или иметь наклон: углом вперед или углом назад. В зависимости от наклона изделия сварку выполняют на подъем или на спуск. При сварке углом назад большой наклон столба дуги способствует усилению вытеснения жидкого металла и некоторому увеличению глубины проплавления . При сварке углом вперед столб дуги располагается над поверхностью основного металла, увеличивая под собой слой жидкого металла. Вытеснение жидкого металла и образование кратера происходят под действием вертикальной составляющей давления дуги. [52]

Представляет определенный интерес использование внешнего магнитного поля для отклонения или перемещения непрерывно горящей дуги. Внешнее переменное или постоянное магнитное поле, параллельное или перпендикулярное к направлению сварки, создается П - образными электромагнитами. При использовании постоянного магнитного поля дугу можно отклонить в любую сторону относительно направления сварки. При отклонении дуги в сторону направления сварки ( магнитное поле также параллельно направлению сварки) наблюдается такой же эффект, как и при сварке наклонным электродом - углом вперед. В этом случае уменьшается глубина проплавления. При отклонении дуги в обратном направлении наблюдается увеличение глубины проплавления , как при сварке с наклоном электрода углом назад. [54]

Исследования дуги в инертных газах с применением скоростной киносъемки показали, что при увеличении плотности тока наблюдается некоторое критическое ее значение, порядка 100 а / мм2, за которым скачкообразно изменяются многие свойства дуги и резко меняется характер переноса металла с электрода на изделие. При плотности тока ниже критической перенос идет довольно редкими крупными каплями, постепенно накапливающимися на конце электрода. При превышении критического значения плотности тока перенос происходит мелкими каплями, срываемыми с конца электрода действием электромагнитных сил и с большой скоростью пролетающими от электрода к ванне. Капли следуют столь часто, что иногда образуют как бы непрерывную тонкую струйку быстро движущегося жидкого металла. В этом случае получается высококачественный плотный наплавленный металл, почти без потерь легирующих элементов, одновременно наблюдается хорошее проплавление основного металла и формирование валика с чистой поверхностью правильной формы при незначительном разбрызгивании. Схема переноса металла в дуге показана на рис. 110 а - для меньших, на рис. 110 6 - для больших токов. Схематически показанное увеличение глубины проплавления с увеличением тока дуге объясняется возрастанием давления дуги на ванну жидкого металла; давление растет приблизительно пропорционально квадрату силы тока. [56]

Высокопроизводительные способы сварки

Одним из способов повышения производительности дуговой сварки является уменьшение объема наплавленного металла на единицу длины шва. Этот способ положен в основу сварки с глубоким проплавлением. Необходимая прочность соединения обеспечивается глубиной проплавления свариваемых деталей.

Объем наплавленного металла шва с глубоким проплавлением меньше, чем обычного шва. На такой шов расходуется меньше электроэнергии и электродов, так как он образуется за счет большей доли основного расплавленного металла.

Способ сварки с глубоким проплавлением разработан инженерами А. Д. Бондаренко и А. С. Чесноковым и нашел широкое применение в практике сварки, особенно при изготовлении строительных конструкций, тонкостенных резервуаров, корпусов судов и других изделий из стали толщиной 4— 12 мм.

Глубина проплавления увеличивается с увеличением тока. Повышение тока на 50 а увеличивает глубину проплавления в среднем на 1 мм.

При сварке с глубоким проплавлением электрод опирается кромкой покрытия на свариваемый металл (рис. 130, а). После возбуждения дуги на конце электрода образуется чехольчик из нерасплавившегося покрытия, внутри которого горит дуга. Чехольчик предохраняет электрод от короткого замыкания.

Сварщик нажимает электрододержателем в сторону направления сварки, и по мере расплавления свариваемого металла и покрытия электрода равномерно перемещает его без поперечных колебаний. Электрод должен быть наклонен к линии шва под углом 70—80° (рис. 130,6). Жидкий металл давлением газов вытесняется в сторону, противоположную направлению сварки, образуя валик шва. При этом обнажается основной металл, который подвергается воздействию дуги.

Сварка выполняется электродами с покрытием ОЗС-3, толщина слоя покрытия у которых больше, чем у обычных. Вес покрытия составляет 60— 80% от веса стержня, отношение диаметра электрода к диаметру стержня 1,5—1,6.

Тавровые соединения сваривают в лодочку (рис. 131), при которой обеспечивается более равномерное заполнение шва жидким металлом. Скорость сварки зависит от величины тока. Если уменьшить скорость сварки, оставив ток неизменным, то размеры сечения шва увеличатся. Для получения тех же размеров шва при пониженной скорости сварки ток необходимо уменьшать.

Приемы сварки стыковых соединений такие же, как и при сварке втавр. Для обеспечения надлежащего формирования шва применяют электроды с более толстым слоем покрытия, чем при сварке тавровых соединений. Стыковые соединения без скоса кромок сваривают на режимах, приведенных в табл.33.

Стыковые швы на толстом металле следует сваривать со скоростью не ниже 20 м/ч в несколько проходов (слоев). При повышенной скорости сварки получается шов меньшей ширины, требующий меньшего расхода электродов, электроэнергии и времени на сварку. Многослойная сварка обеспечивает получение металла шва более высокого качества вследствие отжига при наложении последующих слоев.

Сварка погруженной дугой

Способ сварки погруженной дугой (рис. 132) предложен Я. А. Ларионовым и применяется при односторонней сварке встык листов толщиной до 20 мм без скоса кромок. Этот способ дает экономию электродов, времени и затрат труда на подготовку кромок. Свариваемые листы помещают на стальную подкладку 1. На концах шва ставят ограничительные планки 2. Зазор между кромками должен на 1 —1,5 мм превышать диаметр электрода Для устранения сближения кромок от усадки наплавленного металла листы раздвигают v под углом один к другому на 10—20 мм на каждый метр длины шва. Сварка выполняется электродами 03С-3,У0НИ-13 и другими, образующими при плавлении на конце чехольчик.

Дуга возбуждается на стальной подкладке и по мере образования ванны электрод 3 поднимают вверх, наклоняя то к одной, то к другой кромке листов для их оплавления и сплавления с жидким металлом ванны. Заполнив один вертикальный слой шва, сварщик вновь опускает электрод на соседний участок и повторяет те же движения в процессе сварки шва по всей длине.

С поверхности сваренного шва удаляют шлак и накладывают декоративный шов, заполняющий неровности основного шва.

Сварку погруженной дугой выполняют электродами диаметром 4; 5 и 6 мм. Ток применяют максимально допустимый для электрода данного диаметра.

Сварка спаренными электродами и пучком электродов

Способы сварки спаренными электродами и пучком электродов разработаны В. С. Володиным.

Спаренные электроды представляют собой два стержня из электродной проволоки длиной 450 мм, сложенные вместе и имеющие общий слой покрытия. Вес покрытия должен составлять около 25% от веса металлических стержней. Сварка спаренными электродами выполняется теми же приемами, как и одним электродом. Спаренные электроды располагают так, чтобы оси стержней лежали в плоскости оси шва, а при большом угле разделки кромок — перпендикулярно оси шва. Электрододержатель должен обеспечивать контакт с двумя стержнями. При сварке шов располагается наклонно под углом 5—10°. Сварка ведется на себя, причем сварщик держит электрод под углом 60—70° к плоскости металла. Сварку можно производить как на переменном, так и на постоянном токе на следующих режимах:

Сварка спаренными электродами имеет следующие преимущества перед сваркой одним электродом:

1. Сварка может выполняться на повышенном токе, что увеличивает количество наплавляемого металла и повышает производительность на 50—80 %.

2. Увеличивается время полезного горения сварочной дуги, потому что сварщик как бы работает электродом длиной 2X450 = = 900 мм и тратит вдвое меньше времени на смену электродов.

3. Улучшаются условия труда, так как дуга горит более устойчиво, электрод не перегревается и дает меньше брызг.

4. Уменьшаются потери металла на угар и разбрызгивание до 8—10% вместо обычных 20—25%.

Применение спаренных электродов позволяет сваривать за один проход металл толщиной до 12 мм.

При сварке пучком электродов берется несколько покрытых электродов, которые скрепляются в нескольких местах проволокой, а контактные концы их сваривают вместе и вставляют в общий электрододержатель. Ток подводится одновременно ко всем электродам, а дуга горит попеременно между электродами и свариваемым металлом. Величина тока равна

где п — число электродов в пучке; d_э — диаметр электрода.

Этот способ повышает производительность в 1,5—2 раза и снижает удельный расход энергии на 20—30% по сравнению со сваркой одним электродом, имеющим диаметр, равный диаметру отдельных электродов, входящих в пучок. Корень шва для обеспечения надлежащего провара предварительно сваривается одним электродом диаметром 4—5 мм.

Для наплавки применяют пучки из нескольких электродов, расположенных в один ряд в виде гребенки (2; 3 и 4 шт.); для сварки используют пучки в форме треугольника (3 шт.), квадрата (5 шт.), прямоугольника (6 шт.) и круга (5 и 7 шт.). В пучках с пятью и более электродами часть стержней является холостыми, т. е. не включается в цепь сварочного тока; холостые стержни плавятся только за счет тепла сварочной ванны, увеличивая объем наплавки.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Влияние тока, напряжения, расхода газа и скорости процесса на сварку

Производительность процесса сварки в углекислом газе, так же как и других способов сварки плавящимся электродом, характеризуется количеством наплавленного электродного и расплавленного основного металла.

Производительность процесса наплавки оценивается, как известно, коэффициентом наплавки (а_н), показывающим количество наплавленного электродного металла в граммах за единицу времени током в один ампер. Коэффициент расплавления (а_р) показывает количество расплавленного электродного металла в граммах в единицу времени током в один ампер. Разность а_р - а_н показывает потери металла на разбрызгивание, угар и испарение. а_н и а_р определяются по следующим формулам:

где G_н и G_p - вес наплавленного электродного и, соответственно, расплавленного металла в г;

I - сварочный ток в а;

t- время горения дуги в час. Количество проплавленного основного металла за 1 час горения дуги определяется по следующей формуле:

где F₀ - площадь зоны проплавления основного металла в мм 2 ; у_o- удельный вес металла в г/см 3 ; v_cв- скорость сварки в м/час. Определение коэффициентов расплавления и наплавки, а также количества проплавленного дугой основного металла производилось при автоматической сварке в углекислом газе проволокой Св-08ГС на токах 200-500 а. Для сравнения определялась производительность автоматической сварки под флюсом ОСЦ-45 на тех же режимах. Приведенные на рисунках ниже данные показывают, что при сварке в углекислом газе как коэффициент наплавки, так и количество проплавленного основного металла в изучаемом диапазоне токов выше, чем при сварке под флюсом. С увеличением тока эта разница растет.

Электросопротивление проволоки Св-08ГС, а, следовательно, и скорость плавления за счет легирования кремнием и марганцем будут выше, чем малоуглеродистой проволоки Св-08А, обычно применяющейся при сварке малоуглеродистой стали под флюсом. Поэтому производительность процесса сварки под флюсом проволокой Св-08А, как показали опыты (см. фиг. 26), будет еще ниже.

Более высокая производительность процесса сварки в углекислом газе указывает на то, что затраты тепла дуги на расплавление электродной проволоки и основного металла в этом случае будут больше, чем при сварке под флюсом.

Количество тепла, расходуемого за 1 сек. на расплавление электродного и основного металла, образующих шов, определяется по формулам:

где Q_н и Q_о-количество тепла, расходуемого соответственно на расплавление электродного и основного металла за 1 сек.;

С_н и С₀-теплосодержание наплавленного и основного металла в точке плавления в кал/г.

Теплосодержание стали определяется из следующего выражения:

где С₁ - средняя удельная теплоемкость от 0° С до температуры плавления; для малоуглеродистой стали она составляет 0,155 кал/г° С;

Т₁ - температура плавления малоуглеродистой стали (1524°С);

Т₂ - температура, до которой охлаждается металл шва (20°С);

S - теплота плавления малоуглеродистой стали (63,9 кал/г).

Следует отметить, что средняя температура металла в сварочной ванне выше температуры его плавления. Однако тепло перегретого в сварочной ванне металла расходуется на теплоотвод и дополнительное расплавление основного металла. Это позволяет принять для расчетов теплосодержание при температуре плавления. Полагая, что понижение температуры плавления кремнемарганцевой проволоки (0,72% кремния; 1,17% марганца), используемой в этих опытах, невелико по сравнению с температурой плавления малоуглеродистой стали, на которую производилась наплавка, и что теплоемкость металла, легированного кремнием и марганцем, изменяется незначительно, можно принять теплосодержание наплавленного электродного и проплавленного основного металла одинаковыми, т. е.

С_н = С₀ = 0,155 (1524 - 20) + 63,9 = 297 кал/г.

Результаты подсчета количества тепла, расходуемого на расплавление электродного и основного металла при сварке в углекислом газе и под флюсом, приведены в таблице ниже.

Расход тепла на расплавление металла при сварке в углекислом газе и под флюсом ОСЦ-45:

В таблице указана тепловая мощность дуги, подсчитанная по формуле

где I_cв - сварочный ток в а;

U_д - напряжение на дуге в в и расход теплоты на плавление электродного и основного металла в процентах, рассчитанный по формулам:

Сопоставление коэффициентов наплавки при сварке в углекислом газе проволокой диаметром 1,6; 2,0 и 2,5 мм (рисунок справа) одинакового химического состава (0,09% углерода, 0,72% кремния и 1,17% марганца) показывает, что производительность процесса наплавки возрастает с уменьшением диаметра проволоки, т. е. с увеличением плотности тока. Количество тепла, расходуемого на расплавление электродного и основного металла в шве, с увеличением плотности тока увеличивается (рисунки ниже). Таким образом, увеличение плотности тока при сварке в углекислом газе, так же как при сварке в инертных газах и под флюсом, приводит к увеличению производительности процесса сварки в целом. При этом нием плотности тока увеличивается (см. рисунки ниже). Таким образом, увеличение плотности тока при сварке в углекислом газе, так же как при сварке в инертных газах и под флюсом, приводит к увеличению производительности процесса сварки в целом. При этом

Увеличение глубины проплавления с увеличением тока при сварке в углекислом газе, так же как и при других процессах электродуговой сварки, связано с более интенсивным вытеснением жидкого металла из-под электрода вследствие увеличения давления дуги. Однако при сварке в углекислом газе глубина проплавления будет больше, чем например, при сварке под флюсом на тех же режимах. Это может объяснено отсутствием дополнительного давления на металл сварочно ванны, имеющегося при сварке под флюсом (за счет веса флюса и жидкого шлака, а также избыточного давления внутри газового пузыря, в котором горит дуга) и затрудняющего вытеснение жидеого металла из основания столба дуги.

Влияние напряжения на процесс сварки

Увеличение напряжения на дуге при сварке в углекислом газе, так же как и при ручной сварке электродами с качественным покрытием и сварке под флюсом, приводит к уменьшению коэффициентов наплавки и расплавления.

Снижение коэффициента расплавления при возрастании напряжения на дуге объясняется уменьшением предварительного подогрева конца электродной проволоки, который при неизменном расстоянии от поверхности изделия до мундштука уменьшается. Кроме того, на снижение коэффициента расплавления при сварке в углекислом газе существенное влияние оказывает увеличение потерь тепла дуги в окружающее пространство при ее удлинении излучением и конвекцией. Уменьшение коэффициента расплавления, а также возрастание потерь металла на разбрызгивание, угар и испарение, приводит к тому, что при увеличении напряжения на дуге снижается и коэффициент наплавки.

При повышении напряжения на дуге несколько снижается площадь наплавки и растет площадь проплавления (рисунок выше), что приводит к незначительному снижению доли наплавленного металла в шве.

Химический состав металла и.ва при сварке с различными значениями напряжения на дуге:

Примечание. I_св = 400 a; υ_св = 15,6 м/час расход газа 1000 л/час.

Химический состав наплавленного металла существенно изменяется при изменении напряжения на дуге (табл. выше), что связано, главным образом, с изменением выгорания легирующих элементов и, в значительно меньшей степени, с изменением соотношения наплавленного и основного металла. Посмотреть точное наличие легирующих элементов в металле - марки стали и сплавов, также обращаем внимание, что на нашем портале есть специальный металлический калькулятор, на котором можно посчитать вес по длинне или наоборот длину металлопроката по его весу.

Расчет коэффициентов усвоения показал значительное снижение усвоения марганца и особенно кремния металлом шва при повышении напряжения на дуге и, наоборот, увеличение усвоения углерода. Увеличение коэффициента усвоения углерода с увеличением напряжения на дуге связано при сварке стали с процессами, протекающими в столбе душ. Это подтверждается тем, что при наплавке в углекислом газе на медь (таблица ниже) коэффициент усвоения углерода не повышается, а, наоборот, понижается (с 0,69 при напряжении на дуге 30 в до 0,50 при напряжении 45 в). Отсюда следует, что повышение коэффициента усвоения углерода при сварке стали вызывается при увеличении напряжения на дуге уменьшением выгорания углерода из сварочной ванны.

Сравнение коэффициентов усвоения легирующих элементов показывает, что выгорание кремния и марганца в дуге и общем процессе усиливается с увеличением напряжения на дуге.

Химический состав металла и коэффициенты усвоения углерода, кремния и марганца при наплавке в углекислом газе на медь:

Отметим, что если надо, то мировые цены на медь и другие цветные металлы можно узнать на нашем портале - лондонская биржа цветных металлов lme.

Изменение напряжения на дуге при сварке в углекислом газе существенно влияет на механические свойства металла швов. С увеличением напряжения на дуге относительное удлинение и сужение, а также ударная вязкость металла шва падают (табл. 27); пределы прочности и текучести также имеют тенденцию к понижению.

Механические свойства металла однопроходных швов, сваренных при различном напряжении на дуге:

Механические свойства металла швов зависят от ряда факторов: содержания в металле швов газов, химического состава швов, скорости охлаждения наплавленного металла и т. д. Указанные факторы в различной степени могут влиять на механические свойства шва.

Поскольку скорость охлаждения металла шва зависит, в основном, от толщины свариваемого металла и погонной энергии, то в данном случае она не может оказать решающего воздействия на механические свойства шва, так как в описываемых опытах толщина металла была постоянной, а погонная энергия изменялась в сравнительно узких пределах.

Незначительное увеличение содержания углерода в шве (от 0,13 до 0,15%) в условиях этих опытов при возрастании напряжения на дуге от 30 до 40 в не может заметно повлиять на механические свойства металла шва. Снижение содержания в наплавленном металле кремния (с 0,45 до 0,21%) и марганца (с 0,93 до 0,70%) должно способствовать понижению его прочностных и улучшению пластических свойств и, следовательно, не может явиться причиной резкого падения относительного удлинения, сужения и ударной вязкости.

Основной причиной снижения пластических свойств и ударной вязкости металла шва могут быть растворившиеся в нем газы.

Известно, что увеличение напряжения на дуге, т. е. ее удлинение, сопровождается при ручной дуговой сварке увеличением содержания в металле шва кислорода и азота.

Повышение в швах содержания кислорода и азота с увеличением напряжения на дуге подтвердилось также и при сварке в углекислом газе результатами анализа газов в этих швах (табл. ниже).

Попадание в металл шва азота указывает на наличие в составе газовой фазы, контактирующей с жидким металлом, воздуха, проникающего через защитный слой углекислого газа. Можно предположить также, что увеличение содержания газов связано с увеличением времени взаимодействия их с каплями металла при удлинении дугового промежутка.

Содержание кислорода и азота в металле швов, сваренных с различными напряжениями на дуге:

Таким образом, проведенные опыты указывают на необходимость строгого контролирования расхода газа и напряжения на дуге. Оптимальные значения напряжения на дуге при сварке в углекислом газе на обратной полярности проволокой диаметром 2 мм (расход газа на 1000 л/час) приведены ниже.

Сварка с напряжением на дуге более 35 в не может быть рекомендована при данном расходе газа вследствие заметного снижения пластических свойств металла шва.

Влияние расхода углекислого газа на сварку

С увеличением расхода углекислого газа коэффициенты наплавки и расплавления снижаются (рисунок справа). Заметное снижение этих коэффициентов наблюдается при увеличении расхода газа от 0 до 2000 л/час. При дальнейшем увеличении расхода газа коэффициенты практически не изменяются. По-видимому снижение коэффициентов наплавки и расплавления при увеличении расхода газа связано с увеличением степени охлаждения столба дуги вновь поступающими порциями холодного углекислого газа.

Изменение расхода углекислого газа в широких пределах оказывает некоторое влияние на химический состав металла шва. При увеличении расхода газа несколько уменьшается содержание в шве марганца и кремния (таблица ниже). Это связано главным образом с более интенсивным окислением содержащихся в проволоке элементов и подтверждается данными химического анализа металла, наплавленного в медную форму (табл. ниже), позволяющую исключить влияние

Однако при уменьшении расстояния от сопла до изделия, естественно, уменьшается вылет электродной проволоки, что оказывает существенное влияние на коэффициент наплавки. Например, при увеличении вылета проволоки от 20 до 55 мм коэффициент наплавки (рис. слева) возрастает с 14,5 до 25 г/а • час (диаметр проволоки 2 мм, ток 400 а, напряжение на дуге 30-32 в; расход газа 1000 л/час). Это объясняется увеличением степени предварительного подогрева конца электродной проволоки проходящим через нее током. Таким образом, увеличенный вылет электродной проволоки при сварке является эффективным средством повышения производительности процесса. Поэтому сварку в углекислом газе целесообразно производить, при максимально допустимом вылете, выбрав при этом такой расход газа, который обеспечивал бы надежную защиту наплавленного металла. Опыты показали, что при сварке в лабораторных условиях на токе 400 а с расходом газа 1000 л/час и расстоянии от изделия до сопла 32 мм в металле шва поры не обнаруживались, а при увеличении этого расстояния до 35-40 мм в швах появлялись поры даже при увеличенном расходе газа (1200-1250 л/час).

Влияние скорости сварки

При возрастании скорости сварки коэффициенты наплавки и расплавления несколько снижаются (рисунки ниже), а потери металла на разбрызгивание, угар и испарение уменьшаются. Площади наплавки и проплавления с повышением скорости сварки заметно уменьшаются (рисунок справа), причем уменьшение площади наплавки происходит намного быстрее, чем площади проплавления.

В связи с этим, снижается доля наплавленного металла, чем объясняется возрастание при повышении скорости сварки содержания углерода в металле шва и снижение содержания кремния (табл. ниже).

Химический состав металла шва при сварке с различной скоростью:

Результаты механических испытаний (табл. ниже) показывают, что с увеличением скорости сварки прочностные свойства шва несколько повышаются, а пластические незначительно снижаются. Это связано, по-видимому, с увеличением скорости охлаждения металла шва и ухудшением газовой защиты зоны сварки.

Механические свойства металла однопроходного шва при сварке с различной скоростью:

Выбор режима сварки

Под режимом сварки понимают совокупность факторов, определяющих протекание процесса сварки. Эти факторы называются элементами режима. Основными элементами режима дуговой сварки являются: ток, род и полярность тока, диаметр электрода, напряжение дуги и скорость сварки. При ручной сварке к ним добавляется величина поперечного перемещения конца электрода. Остальные факторы — вылет (длина) электрода, свойства покрытия, начальная температура металла, наклон электрода и основного металла, — являются дополнительными элементами режима сварки.

Влияние элементов режима сварки на размеры и форму шва.

Размеры шва и форма провара не зависят от типа шва (валиковый шов, угловой, стыковой, сварка без разделки и зазора, сварка с разделкой и зазором), а определяются в основном режимом сварки. Основным показателем формы шва является коэффициент формы провара, представляющий отношение ширины шва к глубине провара. При дуговой сварке и наплавке он может изменяться в широких пределах — от 0,8 до 20. Уменьшение ширины шва и увеличение глубины провара уменьшает коэффициент формы провара, а противоположное изменение этих величин — увеличивает его.

В ел и ч и н а т о к а. Увеличение тока увеличивает, а уменьшение— уменьшает глубину провара. При глубине провара более 0,7—0,8 толщины металла резко изменяются условия отвода тепла от нижней части сварочной ванны и может произойти сквозное проплавление металла. Чем больше плотность металла (чем тяжелее металл), тем больше провар при данном токе. На ширину шва величина тока почти не оказывает влияния.

Род и полярность тока. При сварке постоянным током прямой полярности глубина провара меньше на 40—50%, а при сварке переменным током — меньше на 15—20%, чем при сварке постоянным током обратной полярности. Ширина шва при сварке постоянным током прямой полярности меньше, чем при сварке постоянным током обратной полярности и переменным током. Изменение ширины шва становится заметным при более высоких напряжениях дуги (свыше 30 в).

Диаметр электрода. Уменьшение диаметра при том же токе повышает плотность тока в электроде и уменьшает подвижность дуги, что увеличивает глубину провара и сокращает ширину шва. Соответственно, при уменьшении диаметра электрода глубина провара возрастает; ширина же шва с увеличением диаметра электрода увеличивается за счет повышения подвижности дуги. Заданная глубина провара может быть достигнута и при меньшем токе за счет уменьшения диаметра электрода, однако это вызывает затруднения вследствие повышенного разогрева электрода малого диаметра.

Напряжение дуги почти не оказывает влияния на глубину провара, но влияет на ширину шва. При возрастании напряжения ширина шва увеличивается, при снижении напряжения — уменьшается, что широко используется при механизированных способах сварки для регулирования ширины шва особенно при наплавке.

При ручной сварке напряжение изменяется незначительно (от 18 до 22 в), что не оказывает практического влияния на ширину шва.

Скорость сварки. При малых скоростях ручной сварки, составляющих 1 —1,5 м/ч, глубина провара получается минимальной, так как в этом случае интенсивность вытеснения жидкого металла сварочной ванны из-под основания столба дуги невелика. Образующийся у основания дуги слой жидкого металла препятствует проплавлению основного металла. Повышение скорости сварки до некоторого значения, соответствующего максимальной погонной энергии дуги, увеличивает глубину провара. Для практических пределов применяемых при сварке режимов скорость сварки незначительно влияет на глубину провара.

Ширина шва зависит от скорости сварки: увеличение скорости уменьшает, а уменьшение скорости — увеличивает ширину шва. Это соотношение сохраняется при всех скоростях сварки и широко используется в практике для регулирования ширины шва.

Поперечное перемещение электрода сильно влияет на глубину провара и ширину шва, поэтому его широко используют при ручной сварке для регулирования формы шва. Увеличение ширины поперечных перемещений конца электрода увеличивает ширину шва и уменьшает глубину провара, и наоборот. Это связано с соответствующим изменением концентрации тепла дуги на металле.

Длина (вылет) электрода. При увеличении длины электрода (или его вылета) он больше нагревается и скорость плавления его возрастает, что приводит к уменьшению тока и глубины провара. Если диаметр проволоки более 3 мм, изменение вылета ±6—8 мм не оказывает влияния на формирование шва. Если используется проволока диаметром 1—2,5 мм, указанные колебания вылета могут ухудшать формирование шва.

Физические свойства покрытия или флюса. При использовании легкого флюса и электрода с легкоплавким покрытием подвижность дуги увеличивается, возрастает ширина шва и сокращается глубина провара. При повышении толщины слоя или тугоплавкости покрытия на конце электрода образуется чехольчик, ограничивающий подвижность дуги, что приводит к уменьшению ширины шва и увеличению глубины провара.

Начальная температура металла в пределах от — 60 до +80° С не влияет на форму шва. Подогрев основного металла до 100—400° С приводит к увеличению ширины шва и глубины провара, причем быстрее растет ширина шва, чем провар. Предварительным подогревом свариваемого металла объясняется увеличение ширины верхних слоев при многослойной сварке и наплавке.

Наклон электрода. Сварку ведут вертикальным электродом, с наклоном углом вперед и углом назад (относительно направления сварки). При сварке углом назад дуга сильнее вытесняет металл из ванны и глубина провара возрастает, а ширина шва уменьшается. При сварке углом вперед давление столба на поверхность металла снижается, что уменьшает глубину провара

и увеличивает ширину шва по сравнению со сваркой вертикальным электродом.

Наклон изделия. При сварке сверху вниз (на спуск) растет толщина слоя жидкого металла под основанием столба дуги и глубина провара от этого уменьшается; увеличивается блуждание дуги и ширина шва возрастает. При сварке снизу вверх (на подъем) толщина слоя жидкого металла под дугой уменьшается, глубина провара возрастает, а ширина шва уменьшается, так как дуга блуждает меньше. Для нормального формирования шва при ручной сварке угол наклона должен быть 8—10°. При большем угле и сварке на спуск происходит подтекание жидкого металла из-под основания дуги, а при сварке на подъем — появляются непровары и подрезы по кромкам шва. Сварка на спуск применяется при выполнении круговых швов (труб, сосудов). Это снижает опасность прожогов, улучшает формирование шва и предупреждает стекание жидкого металла ванны.

Выбор режима сварки. Режим сварки (тип и марку электрода, диаметр его стержня, род, полярность, напряжение, величину тока) выбирают в зависимости от вида, толщины свариваемого металла и конструкции сварного соединения. Определив условия сварки, обеспечивающие получение высококачественного сварного соединения, выбирают диаметр электрода (проволоки) и величину сварочного тока.

Диаметр проволоки электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла. Для стыковых швов можно принимать:

При большом диаметре электрода повышается производительность сварки, но возможно проплавление свариваемого металла, затрудняется выполнение швов в вертикальном и потолочном положениях, возможен непровар корня шва. Поэтому первый слой многослойного шва всегда сваривается электродом диаметром 4—5 мм, за исключением швов с U-образной подготовкой, где весь шов можно сваривать электродами одного (максимально допустимого) диаметра.

Вертикальные и потолочные швы свариваются электродами диаметром не более 5 мм; сварщики высокой квалификации могут такие швы сваривать электродами диаметром 6 мм. Прихваточные швы и наплавка валиками небольшого сечения выполняются электродами диаметром не более 5 мм.

Сварочный ток выбирается в зависимости от диаметра электрода и марки электродного покрытия. В табл. 5 были приведены рекомендуемые величины тока для электродов различных марок.

Если ток мал, то в сварочную ванну будет поступать недостаточно тепла и возможно несплавление основного и наплавленного металла (непровар), резко понижающее прочность сварного соединения. При слишком большой величине тока весь электрод, спустя некоторое время после начала сварки, сильно разогревается, его металл начинает быстрее плавиться и стекать в шов. Это создает излишек наплавленного металла в шве и также связано с опасностью образования непровара в случае попадания жидкого электродного металла на нерасплавленный основной металл.

При выборе величины тока для сварки встык низкоуглеродистой стали в нижнем положении можно пользоваться формулой акад. К. К. Хренова

где I_св — сварочный ток, а;

d — диаметр металлического стержня электрода, мм.

При толщине металла менее 1,5 d ток уменьшают на 10—15%, а при толщине более 3 d — увеличивают на 10—15% по сравнению с полученным по формуле. При сварке на вертикальной плоскости ток уменьшают на 10—15%, а при сварке потолочных швов — уменьшают на 15—20% по сравнению с током, выбранным для сварки в нижнем положении металла той же толщины.

Для сварки соединений внахлестку и тавровых можно применять больший ток, гак как в этом случае опасность сквозного проплавления меньше.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Так как при автоматической сварке под слоем флюса глубина проплавления основного металла большая, стыковые соединения толщиной до 20 мм можно сваривать без разделки кромок. При большей толщине выполняют скос одной или двух кромок. [17]

С целью увеличения производительности наплавочных работ и уменьшения глубины проплавления основного металла применяют полуавтоматическую наплавку с автоматической подачей в дугу присадочной проволоки. В этом случае применяют специальный держатель с двумя изолированными друг от друга мундштуками. Мундштук электродной проволоки соединен с обычным шлангом, и к нему подводится ток для наплавки. Мундштук присадочной проволоки соединен с изолированной спиралью. Электродная и присадочная проволоки подаются независимо одна от другой отдельными механизмами, подключенными к одному общему аппаратному ящику. [18]

Однако при повышении силы сварочного тока увеличивается не только глубина проплавления основного металла , но и количество наплавленного электродного металла, который при отсутствии разделки образует очень высокий валик с резким переходом от основного металла к шву. Такие швы обладают низкой работоспособностью, особенно при вибрационных нагрузках. Поэтому, начиная с некоторой толщины, необходимо и при автосварке под слоем флюса делать разделку кромок с целью убрать избыточное количество наплавленного металла с поверхности листов. Этим обеспечивается хорошее формирование валика и плавный переход от основного металла к шву. [19]

Повышение силы сварочного тока увеличивает механическое давление дуги и глубину проплавления основного металла / гпр. [21]

Ленточные электроды позволяют повысить производительность процесса наплавки и уменьшить глубину проплавления основного металла . Холоднокатаную ленту можно изготовить только из пластичных деформируемых сплавов с невысоким содержанием углерода, поэтому изготовляют спеченную и порошковую ленты. Спеченную металлокерами-ческую ленту на железной основе производят из смеси металлических порошков, ферросплавов, графита и других компонентов путем холодной прокатки смеси и последующего спекания в защитной среде. Порошковую ленту ( рис. 3.11) изготовляют из стальной оболочки и молотых порошков. В отличие от порошковой проволоки ее не подвергают волочению. [23]

Давлением дуги расплавленный металл вытесняется из зоны горения, и глубина проплавления основного металла значительно увеличивается. [24]

При работе трехфазной дугой резко повышается производительность наплавки и уменьшается глубина проплавления основного металла , так как в этом случае тепловой режим легче регулировать. [26]

Первым способом снижают в металле шва содержание углерода путем уменьшения глубины проплавления основного металла или процесс сварки ведут по слою окислительного флюса, содержащего до 30 % окалины, где флюс выполняет функцию окислителя углерода. [27]

Использование больших сварочных токов ( табл. 4.5) резко повышает глубину проплавления основного металла и обеспечивает сварку металла повышенной толщины без разделки кромок. При сварке с разделкой кромок меньше угол разделки и больше величина притупления, следовательно, уменьшается количество электродного металла, необходимого для заполнения разделки. В результате скорость сварки может быть значительно увеличена. [28]

Форма сварочной ванны при дуговых процессах характеризуется длиной, шириной и глубиной проплавления основного металла . Время нахождения металла в жидком состоянии в различных ее участках неодинаково. [30]

Читайте также: