Особенности сварки толстолистового металла

Обновлено: 19.05.2024

Для сварки толстого металла в основном используются два метода – электрошлаковый и электродуговой. Оба этих метода позволяют получить качественный шов и не требуют дорогостоящих дополнительных материалов.

Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка (ЭШС) позволяет сваривать металлические детали толщиной до 60 см. Принцип ЭШС состоит в том, что в зазор между торцами двух свариваемых металлических деталей помещают шлаковую массу. Эта масса расплавляется электрической дугой, создаваемой между электродом и металлическими деталями. После расплавления шлака дуга гаснет, а через шлаковую массу протекает ток, который при правильно подобранных параметрах сварки равномерно нагревает сварочную ванну до высоких температур.

В шлаковую массу добавляется присадочный материал, который плавится вместе со шлаком и краями соединяемых деталей. Поскольку расплавленный металл тяжелее шлака, то он опускается вниз зазора и там застывает. Расплавленная масса же поднимается вверх. В результате этого процесса происходит сварка вертикального зазора.

Для того чтобы расплав не вытекал за пределы зазора, сбоку с двух сторон ставятся специальные пластины – ползуны. Они охлаждаются водой и постепенно перемещаются вверх.

Схема электрошлаковой сварки

Существует три метода осуществления ЭШС:

В расплав непрерывно подается присадочный электрод, который расположен в горизонтальной плоскости.
Используются пластинчатые электроды, которые заменяют собой ползуны. Благодаря перекрытию зазора, создается эффективный расплав, что позволяет соединить зазоры деталей без добавления присадки.
Объединение первых двух методов. При этом используются пластинчатый и плавящийся электроды.

Преимущества и недостатки ЭШС

Основные достоинства ЭШС:

защита шва от воздействия атмосферы жидким шлаком;
малая чувствительность процесса к изменению величины тока и даже его кратковременному прерыванию;
сварка толстого металла за один проход;
возможность сваривать необработанные торцы деталей;
малый расход электроэнергии и дешевизна шлаков;
высокий КПД.

Оборудование

Для выполнения операций ЭШС используются автоматы или полуавтоматы. Второй тип оборудования используется редко, так как вручную перемещать тяжелое оборудование по вертикали для человека довольно трудно.

Автоматы для ЭШС обычно включают:

автоматически двигающийся сварочный аппарат с медными ползунами;
источник питания;
устройства подачи флюса и проволоки;
систему управления.

В зависимости от конструкции автоматы для ЭШС могут быть подвесные или самоходные (рельсового или безрельсового типа).

Электродуговая сварка

Электродуговая сварка (ЭДГС) представляет собой вид неразъемного соединения деталей, получаемого путем плавления металла электрической дугой, возникающей при подаче на электрод и металл напряжения от источника тока. При воздействии на соединяемые детали такой дуги образуется сварочная ванна из расплавленного металла, после остывания и застывания которой формируется шов, соединяющий детали.

При сварке изделий большой толщины (более 20 мм) с помощью ЭДГС невозможно проварить всю толщину изделия. Поэтому в этом случае используется многослойное наложение швов. Перед тем как начать сварку толстого металла, требуется подготовить его торцы. Чаще всего кромки торцов стачиваются под некоторым углом. Между деталями оставляют зазор.

При выполнении первого корневого (соединительного) шва используется тонкий электрод толщиной в 1-3 мм. Его использование позволяет зафиксировать детали и избежать прожога.

Последующее заполнение сварочного шва осуществляется электродом большего диаметра. При этом слой должен прокладываться по неостывшему предыдущему слою. Толщина слоя для достаточного прогрева не должна быть больше 4-5 мм.

Классификация ЭДГС

ЭДГС бывает следующих типов:

При ручной ЭДГС сварщик вручную перемещает электрод, в результате чего образуется сварной шов. При полуавтоматической сварке присадочная проволока подается автоматически, а электрод передвигается вручную. При автоматической сварке и проволока, и электрод передвигаются автоматически.

Наиболее распространенным является ручная ЭДГС. При выполнении такого рода сварки используются:

сварочный аппарат;
ручной инструмент сварщика;
приспособления для облегчения сварки.

Сварочный аппарат является, в первую очередь, источником питания для электрической дуги.

В качестве источников питания при ЭДГС используются сварочные трансформаторы, выпрямители (инверторы) или генераторы.

Примерная стоимость инверторных источников тока на Яндекс.маркет

Сварочный трансформатор предназначен для понижения напряжения сети в более низкое напряжение горения дуги и обеспечения необходимого тока. Сварочные выпрямители состоят из понижающего трансформатора и полупроводникового выпрямителя. Они питают дугу постоянным током. Генераторы обеспечивают питание электродуги путем преобразования механической энергии в электрическую.

Кроме источника питания, в состав сварочного аппарата входят электрод, держатель для электрода и провода, подключающие источник питания к сварочной ванне. Электрод обычно представляет собой присадочный материал с обмазкой, предназначенной для защиты сварочной ванны от воздействия внешней атмосферы. Держатели для электрода бывает винтового или зажимного типа.

Примерная стоимость электрододержателей на Яндекс.маркет

В качестве приспособлений сварщик должен использовать защитную маску, которая фильтрует УФ- и ИК-излучения дуги, респиратор и специальную одежду. Кроме того, в качестве ручного инструмента сварщику положено иметь молоток, зубило, металлическую щетку.

Сварные швы

При сваривании толстостенных деталей могут возникнуть поры или трещины. Для их предотвращения при сварке применяют методы:

В первом случае вначале на участке стыка в 200-300 мм формируют слой №1. После очистки его от окалины на него наваривают слой №2, который в 2 раза длиннее первого. Далее отступают на 200-300 мм от начала слоя №2 и наваривают слой №3. Таким образом заполняют весь сварочный шов швами с двух сторон от слоя №1.

При сварке металла толщиной от 20 мм используется каскадный метод. По сути, этот метод является разновидностью метода «горка». В этом случае весь шов делится на отрезки в 20 см. Сначала проваривается самый нижний участок в 20 см. Затем поверх первого слоя кладется второй слой длиной 40 см. Поверх второго слоя кладется третий слой длиной 60 см. Таким образом укладывают слои до заполнения шва над участком №1. После этого от участка №1 варят короткие швы в обе стороны. Благодаря этому, зона сварки будет все время нагрета, и там не образуются трещины.

При блочном методе шов сначала варят по отдельным участкам (блокам), а промежутки между ними заваривают до окончания завершения сварки всего шва.

Особенности сварки труб с толстыми стенками

Трубы с толстыми стенками используются в различных областях народного хозяйства и промышленности. Например, в трубопроводе «Турецкий поток» используются трубы с толщиной стенок в 39 мм, а в трубопроводах высокого давления могут использоваться трубы с толщиной стенок до 52 мм.

Если толщина стенок труб превышает 20 мм, то сварка таких труб может осуществляться с использованием слоев с увеличенной толщиной. Такой метод позволяет увеличить прочность соединения на 10-15%. При этом сварка таких труб должна осуществляться одновременно 2 сварочными аппаратами – один из них наносит обычный слой, а второй – толстый слой.

Как показал опыт, уже имеются результаты по сварке стыков с увеличенной толщиной слоя, при которых стыки в 45 мм были сварены за 3 прохода при толщине одного слоя в 15 мм. При этом стык имел два типа скоса кромок, один из которых Y-образный, а другой – двухступенчатый.

Сварка листового металла встык

Виды Сварки

Листовой металл является достаточно востребованным материалом для изготовления многих технических устройств и конструкций. Листовая сталь предназначена для производства несущих элементов мостов, балок, резервуаров, водостоков, корпусов электромеханизмов и прочих изделий. Единственным способом соединения такого проката является сварка листового металла. Это вполне надежный вид соединения, особенности которого зависят от толщины металла и его расположения в пространстве.

Способы сварки листового металла

Металлические листы средней толщины варятся ступенчатым способом. Вся полоса сварки условно делится на участки по 10-20 см, после чего эти участки провариваются попеременно. Каждый последующий шов перекрывает предыдущий шов на 1 см. Такая технология позволяет избежать температурных деформаций металла.

Сварка тонких листов металла обычно производится встык, с отбортовкой кромок. Также допускается соединение встык на подкладке, без отбортовки. Существует сварка цилиндрических изделий. Например, приварка к отбортованному днищу цилиндрического корпуса или приварка к отбортованному корпусу днища.

Сварка толстого металла (более 4 мм) выполняется в несколько проходов. Это так называемая многослойная сварка. Сварной шов заполняется несколько раз. Перед наложением каждого последующего слоя производится очистка слоя предыдущего от окалины. Многослойная сварка является более надежной, но ведет к увеличению расходных материалов.

Подготовка листового металла к сварочным работам

Все изделия в местах кромок и прилегающих к ним участков должны быть тщательным образом очищены от краски, загрязнений, масла, ржавчины, окалины и влаги. Очистку производят металлической щеткой, болгаркой или пламенем горелки. Лучший результат дает симбиоз этих способов. Кромки обрабатываются при помощи шлифовальной машины или фрезерного станка.

Они должны быть скошены под небольшим углом для соблюдения технологии сварочных работ. Качественная сварка листового металла встык невозможна без соответствующей обработки кромок.

Сборка изделий под сварку

В зависимости от конструкции будущего изделия производится сборка деталей и их крепление между собой посредством различных приспособлений. Для скрепления листов используются струбцины, клинья, фиксаторы, рычаги, стяжные уголки.

Для плотного стягивания изделий применяются домкраты. В условиях цеха сварка листовой стали обеспечивается специальными прижимными механизмами.

Для обеспечения неподвижности шва изделия скрепляют прихватками. Их размер зависит от толщины листового металла и общей протяженности шва. Для тонких листов длина прихватки составляет до 0,5 см, а для толстого металла может доходить до 3 см. При толщине металла 1 см и более прихватки обычно не используются.

В этом случае применяются клиновые стяжки, допускающие незначительные смещения деталей в процессе сварки. Также могут быть использованы угольники и стяжные планки.

Технология сварки листового металла

Сварка прокатного металла может быть осуществлена встык или с нахлестом. Вертикальные швы рекомендуется выполнять стыковыми, а круговые поясные соединения лучше делать с нахлестом. Первым делом провариваются поперечные швы, а уже затем идет работа над продольными швами.

Зазоры между соединяемыми изделиями должны быть около 1 мм. Это необходимо для предотвращения деформации изделий. Рекомендуется выполнять сварку листового металла от середины, постепенно направляясь к краям.

Сварка выполняется под углом 70-90 градусов. В таком положении идет максимальный провар шва.

Выполняя сварку любого листового металла согласно рекомендациям, получают качественные сварные изделия надлежащей крепости.

Особенности сварки толстого металла

Для изделий из толстого металла применяют в основном электродуговую и электрошлаковую сварку. У них высокая производительность, имеют малую область нагрева, соответственно создают небольшие внутренние напряжения, не требуют дорогостоящих расходных материалов.

Электрошлаковая

В электрошлаковой сварке электротоком нагревается шлак, который расплавляет находящийся рядом металл и защищает шов от окисления и насыщения водородом. Технология позволяет производить только вертикальные швы снизу вверх. Отклонение от вертикали допускается в пределах 30 градусов.

С двух сторон свариваемых толстых листов из металла устанавливаются медные пластины-ползуны, которые охлаждаются водой. Между свариваемыми листами оставляется зазор. Обработка стыков не требуется.

Стыки и ползуны образуют сварочную ванну. При внесении в нее электрода шлак разогревается, металл начинает плавиться, сваривание происходит без создания дуги.

По мере образования шва ползуны передвигаются вверх. Все происходит за один проход. Сварить можно толстый металл до 60 см. Шов должен образоваться за один проход иначе возникают неустранимые дефекты. Технология позволяет пользоваться электродом различной формы.

Электродуговая

Сварка металла большой толщины (20 мм и более) из-за невозможности проварить за один проход всю толщу изделия имеет свою специфику. Кромки свариваемых поверхностей нужно подготовить.

Для этого кромки стачиваются под углом. При соединении деталей в сечении должна получиться буква V. Иногда, одну кромку стачивают под углом, а вторую ступеньками. Между свариваемыми деталями оставляют зазор, в верхней части должна получиться канавка шириной 10-15 мм и больше.

Ширина канавки зависит от толщины металла. При сварке металла разной толщины край более толстого стачивается до сечения тонкого.

При сварке встык и наличии пересекающихся швов возникают напряжения, приводящие к деформации и даже разрушению изделия. Особенно это сильно проявляется при низких температурах, когда металл теряет свои пластические свойства.

Жесткое закрепление деталей в оснастке также вызывает чрезмерные напряжения. К этому же приводят и длинные швы с большим сечением.

Сваривать толстый металлический лист требуется так, чтобы время между наложением последующих слоев было минимальным. Во избежание напряжений необходимо следующий шов прокладывать по горячему слою. Толщина слоев должна находиться в пределах 4-5 мм, это обеспечит достаточный прогрев.

При сваривании толстого металла из-за большой глубины сварочной ванны увеличивается вероятность образования пор. Чтобы этого не произошло, применяется каскадный способ сварки или метод «горка».

Во время сварки возникает поперечная усадка, которая может достигать 4 мм при толщине металла 40-50 мм. При сварке толстых листов необходимо делать прихватки длиной 2-3 см через каждые 30-50 см.

Для уменьшения напряжений, можно выполнять работу двумя сварщиками одномоментно. Прогрев толстого металла до 150-200 ⁰C также снижает внутренние напряжения, замедляет кристаллизацию, что приводит к более длительному времени выделения газов и соответственно уменьшению количества пор.

Виды швов и методы их наложения

Швы по положению и типу соединения делятся на несколько видов, от которых зависят настройки сварки.

По положению в пространстве делятся на:

горизонтальные;
вертикальные;
потолочные;
нижние.

Они могут соединяться внахлест, встык, кроме этого бывают тавровые и угловые соединения. Существует несколько методов наложения швов при сварке толстого металла.

Способы наложения

Метод сварки толстого металла каскадом заключается в следующем: весь участок разбивается на отрезки по 20 см. Сначала проваривается самый нижний участок, который называется корневым. Его длина примерно 20 см. Поверх корневого внахлест, не прерывая дуги, делают новый слой. Его общая длина будет 20 +20=40 см.

Лучше всего метод сварки понятен на схеме. Он применяется к толстым металлам, когда толщина листа более 20 мм. При таком способе сварки слои накладываются на неостывший металл, что позволяет уменьшить деформации и внутренние напряжения.

Сварка толстого металла горкой подобна каскаду, только работают два сварщика от середины к краям шва.

Они варят каскадом по длине и по ширине. Задача состоит в том, чтобы при накладывании следующего слоя место контакта было горячим.

Длина

Швы подразделяют на короткие длиной до 25 см, средние – до 1 м, и длинные – свыше 1 м. Короткие прокладывают за один проход.

При сваривании толстого металла приходится делать несколько слоев – по одному за каждый проход, так как каждый последующий слой становится все шире, то сварщик делает зигзагообразные или спиралевидные движения поперек шва. Таким образом, оплавляются кромки свариваемых деталей.

Такая технология обычно применяется при стыковом соединении толстого металла. Средние и длинные швы накладываются с использованием способов каскада и горки.

При сварке угловых и тавровых соединений применяют многослойный многопроходный двусторонний шов. Сначала формируется корневой шов. Затем поверх него прокладывается второй слой со смещением к одному из стыков, потом третий со смещением ко второму стыку с его оплавлением.

Четвертый идет поверх второго слоя, оплавляя кромку детали. Пятый проходит рядом с четвертым, а шестой слой поверх третьего, оплавляя кромку второй детали. Седьмой слой накладывают поверх четвертого, пятого и шестого слоев.

С обратной стороны шва на первый слой и кромки изделия наносится восьмой завершающий слой.

Параметров сварочного аппарата

Уменьшение сварочного тока уменьшает глубину сварочной ванны и наоборот. Ширина же ее практически не изменяется. Требуемая сила тока зависит от толщины металла и диаметра сварочного электрода. Повышение напряжения приводит к увеличению ширины шва, а глубина провара при этом уменьшается.

От скорости перемещения электрода при прочих равных условиях зависит глубина провара. Она увеличивается при скоростях до 40 м/час, а потом уменьшается. Ширина шва с увеличением скорости уменьшается постоянно.

Работа с толстым металлом требует большей подготовки для сварщика. Шов всегда получается многослойным. Прежде чем браться за такую сварку, необходимо освоить основные технологические приемы.

Как правильно варить толстые заготовки при помощи полуавтомата? Технологические особенности

Соединение массивных деталей с использованием полуавтоматической сварки проводится в соответствии с ГОСТ 14771-76. Для обеспечения прочности соединений необходимо соблюдать общие правила: правильно подготавливать кромки деталей, устанавливать величину сварочного тока в определенных диапазонах, обеспечивать поступление необходимого количества углекислого газа в зону сварки.

Технологические особенности сварки толстого металла полуавтоматом

Чтобы свариваемые металлоконструкции выдерживали нагрузки, требуется создать надежные соединения:

швы должны прочно соединять все элементы изделия;
необходимо снять напряжения, которые возникают после сварки внутри сплавов. Для этого можно использовать предварительный подогрев. После сварки рекомендуется обеспечить медленное остывание;
важно получить определенный технологией катет шва, это также усиливает металлоконструкцию.

При этом следует учитывать, что при работе на больших токах возникает риск деформации, это значит, что контрольные размеры детали изменятся, а форма конструкции будет отличаться от той, которая планировалась.

Необходимое оборудование и материалы

Для работы потребуются:

Мощный сварочный аппарат. Максимальное значение сварочного тока – не менее 250 А.
Баллон для хранения и транспортировки углекислого газа. Существуют емкости объемом 5, 10 и 40 литров. Баллоны красят черной краской.
Редуктор для понижения давления газа. Требуется использовать специальное устройство для СО2. Желательно наличие подогревающего элемента.
Шланг и хомуты – для подключения баллона.

Для сварки сталей полуавтоматом используют проволоку типа Св-08Г2с или аналогичную для сварки углеродистых сталей 08х18н9т, а также эквивалент для сварки коррозионностойких сталей. Диаметр – 1 до 1,6 мм. Распространенные катушки весят 5, 15 и 18 кг.

Примерная стоимость проволоки для сварки углеродистых сталей на Яндекс.маркет

В некоторые аппараты, работающие от сети 220 вольт, помещаются только маленькие бухты с проволокой.

Настройка аппарата и газового оборудования

Сварочные полуавтоматы разных производителей устроены по-разному. На лицевой панели располагаются как минимум два-три регулятора:

настройка скорости подачи проволоки – регулируется частота вращения электромотора, который двигает проволоку;
изменение силы тока – параметр влияет на скорость плавления присадки в сварочной ванне;
настройка индуктивности – изменение касается характеристик тока. При минимальных значениях глубина проплавления металла меньше, а шов более выпуклый. Для сварки толстых заготовок рекомендуется увеличить до среднего или еще больше.

Совет: настраивать аппарат можно на слух. Во время сварки расплавление проволоки происходит очень плавно, полуавтомат издает ровный шуршащий звук.

После подключения редуктора к баллону с углекислым газом требуется выставить давление на выходе. Для работы в помещении достаточно 1-1,5 кг/кв. см. Если на редукторе установлен расходомер, то следует выставить 10-12 литров в минуту.

Подготовка к проведению работ. Обработка кромок

Сварочные работы с использованием полуавтомата следует производить только с чистыми заготовками. На поверхности не должно быть ржавчины, масла и грязи. В противном случае, будут появляться поры.

Правильная разделка кромок – важный этап подготовки деталей под сварку. Для обеспечения формирования качественных швов следует снять фаски в соответствии с ГОСТ 14771-76 – в зависимости от типа соединения. Если все сделано правильно, то соединение получится прочным. Важно добиться того, чтобы металл был проплавлен по всей своей толщине.

Процесс сварки

Толстые заготовки не допускается варить за один проход. Последовательность действий после подготовительных работ:

Сборка элементов на прихватки.
Проверка размеров будущей детали.
Проваривание корня шва.
Заполнение канавки между кромками в несколько проходов.
Создание облицовочного шва.
Обработка соединений при помощи болгарки с зачистным кругом.

Прихватка представляет собой полноценный короткий шов длиной около 15-25 мм с шагом 45-50 см. Варится на таком же токе, что и все изделие. Прихватки следует располагать так, чтобы будущее изделие приобрело жесткость и его не «повело» во время обварки.

Если требуется исключить (или максимально уменьшить) деформации от нагрева, рекомендуется зафиксировать деталь на сборочном столе с помощью зажимов, струбцин. Можно временно прихватить его к верстаку или стальной плите.

Первый проход. Корень шва

Коренной шов – это первое и самое важное сварное соединение между кромками, которое максимально удалено от лицевой части деталей. Важно добиться, чтобы с обратной стороны образовался валик, плавно соединяющий оба элемента.

Если коренной шов проварен с дефектами, в процессе эксплуатации детали могут появиться трещины, которые способны привести к разрушению всей конструкции.

Во время работы необходимо следить, чтобы деталь не нагревалась слишком сильно. Если используется метод сварки каскадом, коренной шов не требуется.

Заполнение пространства между свариваемыми кромками

Толстый металл необходимо сваривать за несколько проходов, заполняя пространство между кромками. Часто применяют каскадный способ сварки или метод «горка»:

«каскад» – этот вариант предполагает одновременное формирование корня шва и заполнение пространства между кромками. Сначала варится отрезок корневого соединения длиной около 20-25 см. Следом накладывается второй шов протяженностью 40-50 см, половина которого ложится на коренной. Третий – длиной 60-65 см – частично (на две трети) перекрывает предыдущие, а ⅓ станет корневым. Четвертый шов (также около 60-65 см) должен перекрыть третий и выйти на толщину металла над корневой частью второго. Этот метод похож на сварку «ступеньками»;
«горкой» – после сварки корня варится второй шов, соединяющий кромки и перекрывающий первый. После него накладываются третий и четвертый (облицовочный).

Благодаря тому, что полуавтомат позволяет непрерывно подавать проволоку в сварочную ванну, можно формировать длинные швы с высокой скоростью.

Сварка в вертикальном и потолочном положениях

Особенности работы в положениях, отличных от горизонтального, заключаются в том, что металл трудно удержать, под воздействием силы тяжести он стремится вытечь из сварочной ванны. Чтобы избежать этого, применяют два способа.

Уменьшение величины сварочного тока на 15-20%. Металл нагревается менее интенсивно и быстрее кристаллизуется.
Сварка с отрывом. Накладываются короткие швы, идущие друг за другом. В вертикальном положении следует идти снизу вверх. Сварка сверху вниз не допускается из-за возможных непроваров.

По возможности следует избегать работы в положениях, отличных от горизонтального. Сварка вертикальных и потолочных швов требует более тщательной подготовки кромок, считается менее производительной и более трудоемкой.

Особенности сварки порошковой проволокой

Если при работе с омедненной проволокой требуется защитный газ, то применение порошковой его не требует. Процесс напоминает сварку электродом – с образованием шлаковой корки, которую необходимо удалять. Обмазка проволоки содержит элементы (флюс), которые при нагреве защищают сварочную ванну от воздействия воздуха. Отличительные особенности:

высокая мобильность – не требуется перемещать баллоны по рабочей площадке;
множество разновидностей марок проволоки позволяет подобрать ту, которая необходима в конкретных условиях;
порошковую проволоку часто применяют во время уличных работ, в этом случае порывы ветра не мешают процессу в отличие от сварки с газом.

Главный минус – высокая стоимость. В среднем порошковая проволока на 50% дороже обычной омедненной.

Дефекты, возникающие при сварке массивных деталей. Как избежать проблем

Во время проведения работ могут возникать проблемы, влияющие на качество соединений.

Недостаточное давление газа. Требуется увеличить подачу.
Ветер сдувает газ. Необходимо использовать защитные ширмы или производить сварку в помещении.
На поверхности металла присутствуют грязь, краска или масло. Следует удалить посторонние частицы или жидкости с кромок.
Низкое качество свариваемых сплавов, газовой смеси или проволоки. Рекомендуется использовать проверенные материалы.
Слишком высокое напряжение сварочного тока. Уменьшить напряжение.

Установлено чрезмерное давление газа на выходе из редуктора, сильный поток сдувает расплавленный металл. Уменьшить давление.
Аппарат настроен неправильно. Следует отрегулировать силу тока и скорость подачи проволоки.

Если металлоконструкция сложной формы и есть опасения, что при сварке она деформируется, сборщики часто прихватывают в ответственных местах дополнительные временные усилители из уголков, швеллеров или арматуры. Они позволяют удержать размеры изделия в заданных пределах. Когда деталь остынет, их можно срезать.

Сварка массивных деталей полуавтоматом считается самым производительным способом. При минимуме усилий можно получить красивые и надежные соединения.

Читайте также: