Температура сварочной ванны при дуговой сварке

Обновлено: 13.05.2024

Температура в различных зонах сварочной дуги неодинакова: наиболее высокая в середине столба дуги около 6000 С, в анодной области - 2600 С, в катодной области - 2400 С, а температура сварочной ванны б ( см. рис. 3) достигает 1700 - 2000 С. В сварочной дуге переменного тока распределение тепла дуги и температуры в катодной и анодной областях примерно одинаково. [16]

Если в сварочной камере поддерживать давление 5 - Ю 4 мм рт. ст. ( 666 5 - 10 Н / м2), что соответствует парциальному давлению кислорода примерно 1 10 - 4 мм рт. ст. ( 133 3 10 - Н / м2), то только окислы меди, никеля и кобальта могут диссоциировать при температурах сварочной ванны . Таким образом, для этих металлов возможно раскисление путем диссоциации их окислов при сварке в вакууме. [17]

При дуговой сварке температура сварочной ванны достигает 2300 С вместо 1700 С в мартеновской печи. [18]

Самым сильным графитизатором является кремний, который способствует выделению углерода в свободном состоянии в виде графита. Углерод и алюминий повышает температуру сварочной ванны , раскисляют расплавленный металл и способствуют увеличению числа центров кристаллизации. [19]

Самым сильным графи-тизатором является кремний, который способствует выделению углерода в свободном состоянии в виде графита. Углерод и алюминий повышают температуру сварочной ванны , раскисляют расплавленный металл и способствуют увеличению числа центров кристаллизации. [20]

Для уменьшения деформаций применяют также предварительный подогрев свариваемой детали. В этом случае разность между температурой сварочной ванны и температурой всей детали уменьшается, и, следовательно, будут уменьшаться деформации от нагрева в процессе сварки. Данный способ нашел широкое применение при ремонте изделий из чугуна, алюминия, бронзы, высокоуглеродистых и легированных сталей. Изделия подогревают в специальных горнах, печах, индукторах. [21]

Повышенные локальные концентрации водорода могут вызывать образование трещин в зоне термического влияния в процессе охлаждения. Пористость в металле шва также обязана своим происхождением водороду, который выделяется в процессе понижения температуры сварочной ванны и кристаллизации. [23]

То же наблюдается и при сварке других металлов. Например, при аргоно-дуговой сварке титана ( Тпл 1650 С) неплавящимся электродом, по данным Л. И. Мальцева, температура сварочной ванны равна - 2100 С. [24]

Большинство неразъемных соединений получают сваркой плавлением с использованием мощного теплового источника - электрической дуги. При этом основной металл и электрод плавятся, образуя жидкую ванну. Температуры сварочной ванны и примыкающего металла достигают высоких значений. После кратковременного нагрева следует достаточно быстрое охлаждение, т.е. возникает своеобразный термический цикл, который определяет строение сварного шва и околошовной зоны. Шов имеет структуру литого металла, которая образуется в процессе первичной кристаллизации. Из-за направленного отвода теплоты кристаллы здесь приобретают столбчатую форму, вытянутую перпендикулярно линии сплавления. [25]

В связи с наличием в латунях цинка, который является рас-кислителем для меди, жидкая латунь при плавке и сварке является достаточно раскисленной. Однако в процессе сварки латуней происходит значительная потеря цинка, обусловленная главным образом испарением. При температурах сварочной ванны цинк испаряется довольно интенсивно и, если не принимать мер против его потерь, металл шва вместо 37 - 38 % Zn в исходном расплавляемом металле будет содержать только 22 - 27 % Zn. Одновременно в таком шве может наблюдаться значительная пористость, ослабляющая его сечение и приводящая к возможности появления трещин. [26]

Вредное влияние водорода заметно усиливается, если одновременно с ним в металле присутствует кислород. Последний активно растворяется в никеле. При изменении температуры сварочной ванны от 1700 С до температуры плавления растворимость кислорода в никеле уменьшается примерно в 20 раз. [28]

Для металла расплавленной ванны при наплавке под флюсом характерен высокий перегрев: флюс создает своеобразную тепловую защиту. Избыток тепла расплавленной ванны передается в основной металл, вследствие чего происходит дополнительное его проплавление. Повышенные объем и температура сварочной ванны обусловливают ее высокую жидкотекучесть. Высокая жидкотекучесть ванны при наплавке под флюсом вынуждает внимательно относиться к выбору углов наклона электрода и изделия к горизонтальной плоскости, так как незначительное их изменение влияет на формирование сварного шва. [29]

Если жидкий металл плохо смачивает металл детали и плохо сплавляется с ним, значит ванна имеет низкую температуру. Температура ванны повышается путем увеличения силы сварочного тока или более интенсивным внешним нагревом свариваемой детали. Если чугун ремонтируемой детали плавится быстро, то температура сварочной ванны высока и ее снижают уменьшением силы сварочного тока или добавлением в ванну холодного металла в виде присадки чугуна. Деталь после наплавки охлаждают медленно в песке, золе или шлаке. [30]

Основные принципы ручной дуговой сварки

Один из видов неразъемного соединения материалов, проводимый в ручном режиме – это ручная дуговая сварка. Она основана на действии электрической дуги, возникающей при контролируемом коротком замыкании.

Сварщик вручную управляет электродом и при необходимости подает присадочный материал. Хотя производительность ручного метода не высока, его часто используют в домашних условиях. Оборудование для него вполне доступно, и обучиться ручной сварке при желании может каждый.

Краткий обзор технологии

Когда применяется ручная электродуговая сварка, происходит быстрый разогрев металла до температуры плавления воздействием электрической дуги, возникающей как эффект пробоя воздуха между электродом и массой (свариваемыми деталями). В сварной шов вводится дополнительный материал, что позволяет заполнить зазор между свариваемыми деталями.

В точке нагрева образуется так называемая сварочная ванна, которая представляет собой зону смешивания расплавленного металла детали с маериалом присадки.

Вверх всплывает легкий расплавленный шлак — это сгоревшая обмазка плавящегося электрода или остатки стержня неплавящегося. Шлак защищает раскаленный металл от вредного влияния газов, находящихся в атмосфере.

Это влияние может привести к окислению шва и проникновению в его структуру атомов газа, в результате чего шов не приобретет требуемой прочности.

Ручная дуговая сварка производится плавящимся либо неплавящимся электродом. Первый сам по себе является присадочным материалом, второй требует введения в расплав присадочной проволоки.

Существуют различные технологии сварки вручную. Наименее сложная и затратная из них требует наличия только сварочного аппарата переменного или постоянного тока и необходимой амуниции для сварщика, но подходит этот способ, как правило, только для черных металлов, нормально переносящих контакт с кислородом. Для защиты сварочной ванны, где оплавляется сталь и железо, достаточно только среды, выделяемой защитной обмазкой электрода.

Более сложные способы, такие, как, например, аргонодуговая сварка, требуют наличия специальной горелки с соплом, через которую подается аргон либо другой защитный газ.

Сварочную дугу инициирует короткое замыкание при контакте электрода с массой. Температура дуги может достигать 5000 °C.

Назначение

Применение ручной дуговой сварки очень широко — от бытовых работ по дому и даче до промышленности, в том числе высокотехнологичной. Среди основных отраслей промышленности и народного хозяйства, где она используется, можно выделить:

различные сервисные и ремонтные работы, например, автомобильной техники;
сварку труб для воды, газа, нефтепродуктов.;
кораблестроение (сварка листов корпуса);
многие виды машиностроения.

Принцип ручной сварки часто применяется для наплавок на поверхность детали иного металла. В быту ручным дуговым методом сваривают беседки, скамейки, мангалы, качели, проводят ремонт металлических изделий.

Технические возможности

Ручная сварка имеет существенные ограничения по толщине свариваемых деталей, это ее основной недостаток. Как правило, листы толще 10 мм этим способом не сваривают.

К другим можно отнести сравнительно низкую скорость процесса и прямую зависимость результата от мастерства сварщика. Процесс ручной сварки, как и любой ручной процесс, трудно стандартизировать: результат зависит от многих факторов. Среди них:

тип источника тока;
мощь источника;
характеристика и свойства обрабатываемого сплава;
толщина кромок;
соответствие электродов возложенной на них задаче;
грамотно подобранный режим сварки.

Особенности дуговой сварки заключаются в том, что для ее продуцирования используется сравнительно малое напряжение — и очень большой ток. Напряжение дуги составляет от 30 до 90 В (многие сварочные аппараты для бытового применения рассчитаны на среднее значение — 48 В), но очень большую силу тока — от 90 до 350 А.

Подбор сварочных параметров

Основные параметры дуговой сварки — это сила тока и напряжение (но оно фиксировано). Частота имеет меньшее значение, так как в настоящее время применяются, как правило, установки для сварки постоянным током — инверторы.

Для сварки с помощью электричества, вне зависимости от способа, действует прямая пропорциональная зависимость: чем толще металл, тем больше должна быть сила тока при фиксированном напряжении. Для сравнения: листы толщиной 3 мм варят током 175-185 А, 5 мм — не менее 200 А, 10 мм — 300-330 А.

Настоятельно рекомендуется, во избежание прожига и сильного разбрызгивания металла, варить минимальным током, какой только возможен.

Но при этом очень большое значение имеет также толщина сварочного электрода, и его соответствие по химическому составу тому металлу, который предполагается обрабатывать.

Стандартный электрод для дуговой сварки имеет толщину 3 мм. Он пригоден для сваривания деталей с толщиной кромок 2-3 мм. Для более толстого металла можно руководствоваться правилом, что диаметр электрода должен быть на 1-2 миллиметра меньше толщины металлических пластин, которые с его помощью предполагается соединить.

Максимальная толщина электродов, выпускаемых промышленностью, составляет 6 мм. Они пригодны для сварки десятимиллиметровых стальных листов.

Каждая пачка электродов имеет свою маркировку, указывающую, для каких целей они предназначены.

Что значит маркировка

Невозможно представить ручную дуговую сварку без электродов. Их маркировка определяет, для каких металлов они предназначены, какую толщину и состав покрытия имеют, в в каком положении их надо держать при сварке (вертикально, горизонтально, под углом), для каких металлов предназначаются. Характер маркировки — буквенно-цифровой.

Первой после названия и марки электрода идет буква, определяющая его назначение. У — для низколегированных и среднеуглеродистых сталей, Т — для теплоустойчивых легированных. Буква Н — для наплавок, А — для пластичных металлов.

Далее следует буква, обозначающая толщину покрытия. М — тонкое покрытие, С — среднее, Д — толстое, Г — особо толстое.

Толщина покрытия определяется в процентах по отношению к самому стержню.

Следующая буква кода означает тип электрода. Если это буква Е, то электрод плавящийся.

Далее следуют цифры, которые характеризуют предел прочности на растяжение, относительное удлинение и температуру сохранения ударной вязкости. Они имеют значение только для профессиональных сварщиков, работающих на особо ответственном производстве.

За ними идут одна или две буквы, означающие материал обмазки электрода. А означает кислотное соединение, Б — щелочное, Ц — целлюлозное, Р — рутиловое, П — прочие виды. Возможны смешанные типы обмазки, такие, как РЦ.

Последние две цифры кода означают одни из самых важных параметров — положение в пространстве, в котором можно производить ручную дуговую сварку, и характеристики тока для сварки.

Например, код «13» следует читать как 1 и 3. 1 — варить можно в любом пространственном положении, 3 — необходимо использовать ток обратной полярности либо переменный напряжением 50 В.

Разновидности оборудования

Оборудование для ручной дуговой сварки, как правило, представляет собой сварочный аппарат трансформаторного или инверторного типа, снабженный шнуром подключения к источнику питания и двумя контактными шнурами с держателями для электрода и для массы.

Разница между аппаратами в том, что трансформатор варит только переменным током, а инвертор или полуавтомат имеет функцию выпрямления тока для лучшего качества дуговой сварки и возможности работать в прямой или обратной полярности.

При прямой полярности проводящий стержень подключают к минусу, а деталь — к плюсу. Обратная, соответственно, наоборот. Разные виды металлов и сплавов требуют сварки либо в прямом, либо в обратном режиме.

Требования ГОСТа

На ручную дуговую сварку распространяются требования ГОСТа 5264 80 и ГОСТа 11534 75. Это основные нормативы, которыми нужно руководствоваться при сварочных работах.

Первый — ГОСТ 5264 80 — регламентирует технологию создания сварных соединений различной конфигурации из сталей, чистого никеля и сплавов никеля с железом.

Он состоит из большого числа таблиц, в которых приведены чертежи типов соединений, которым нужно соответствовать. В ГОСТе указываются также пределы допустимых погрешностей и другие важные числовые параметры.

ГОСТ 11534 75 описывает основные типы, размеры и конструктивные особенности изделий из низколегированных и углеродистых сталей, которые можно подвергать скреплению методом ручной дуговой сварки плавящимся электродом.

На методологию сварки электродом неплавящимся он не распространяется. Документ также состоит из таблиц, содержащих примеры соединений, допустимые пределы погрешностей, толщины и углы соединяемых деталей.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Температура сварочной ванны при дуговой сварке также характеризуется значительным превышением над точкой плавления, перегрев составляет 100 - 5Q09 С. Высокая температура способствует высокой скорости протекания реакций, однако из-за больших скоростей охлаждения реакции при сварке обычно не успевают завершиться полностью. [1]

Температура сварочной ванны при дуговой сварке также характеризуется значительным превышением над точкой плавления, перегрев составляет 100 - 500 С. Высокая температура способствует высокой скорости протекания реакций, однако из-за больших скоростей охлаждения реакции при сварке обычно не успевают завершиться полностью. [2]

Снижение температуры сварочной ванны способствует уменьшению размеров дендритов в наплавленном металле. Например, при автоматической сварке трехфазной дугой это достигается подачей присадочной проволоки в шов: чем больше скорость подачи проволоки, тем меньше размер дендритов. [3]

Фру мин И. И. О температуре сварочной ванны . [4]

Обычная сварка чугуна производится при температуре сварочной ванны , превышающей температуру плавления чугуна. [5]

Самое значение вязкости шлаков в области температур сварочной ванны и ее затвердевания также является важной характеристикой. При обычной для расплавленного металла вязкости т м 0 01 ч - 0 02 пз шлаки должны быть значительно более вязкими. Удовлетворительными характеристиками обладают шлаки ( применяемые при сварке сталей) с т ] ш 0 8 - - 3 0 пз. [6]

Раскисляющие действия марганца и кремния усиливаются с понижением температуры сварочной ванны , что способствует уменьшению содержания закиси железа в металле шва. [7]

ВЯЗКИЙ ФЛЮС - флюс, вязкость которого велика при температуре сварочной ванны . [8]

При ручной дуговой сварке положительные результаты получают в противоположном варианте, т.е. при снижении температуры сварочной ванны , что зависит от температуры плавления электрода. Снижения температуры плавления электрода достигают увеличением содержания никеля и марганца. [10]

При ручной дуговой сварке положительные результаты получают в противоположном варианте, т.е. при снижении температуры сварочной ванны , что зависит от температуры плавления металла шва. Это достигают увеличением никеля и марганца в составе электрода, снижающим температуру его плавления. [12]

Эффективными способами уменьшения зерна металла сварного шва и околошовной зоны являются способы, обеспечивающие снижение температуры сварочной ванны : автоматическая наплавка с подачей присадочной электродной проволоки, наплавка лентой, наплавка расщепленным электродом и др. Для измельчения первичной структуры металла сварных швов широкое применение в сварочной технике нашло введение модификаторов в сварочную ванну. В качестве модификаторов применяются многие элементы, в том числе алюминий, титан, ванадий, вводимые в сварочную ванну через покрытия, электродную проволоку или флюс. Модификаторы, вводимые в сварной шов в требуемом количестве, обусловливают образование дезориентированной структуры шва и значительно повышают механические характеристики сварного соединения. [13]

Удаление из металла связанного кислорода и азота может быть успешным только в том случае, если парциальное давление этих газов в камере будет ниже упругости диссоциации окислов и нитридов при температурах сварочной ванны . [14]

Температура в различных зонах электрической дуги неодинакова: в середине столба дуги - около 6000 С, в анодной области - 2600 С, в катодной области - 2400 С, а температура сварочной ванны 6 достигает 1700 - 2000 С. В электрической дуге переменного тока тепло дуги и температура в катодной и анодной областях распределяются примерно одинаково. [15]

Особенности ванного способа сварки арматуры

Ванная сварка арматуры – это наиболее надежный метод соединения отдельных участков металлоконструкций из легированной стали, обладающей высокой прочностью. На результат сварки влияет ряд факторов, один из которых – соосность соединяемых отрезков.

При проведении обычной сварки встык качество шва будет ненадежным, соединение поломается рядом со швом. Поэтому разработано решение более прочного соединения продольных и поперечных участков армирующей сетки – метод сварки в ванну. При существенных нагрузках во время эксплуатации, конструкция обладает достаточной жесткостью, а сварочный шов на соединении получается небольшим.

Способы соединения арматуры

Производство блоков жби для возведения бетонных домов, монолитное строительство и изготовление фундаментов – это основные места использования арматуры.

Обладая невысокой ценой при надежных характеристиках материала, метод ванной сварки удовлетворяет всем требованиям строительства и монтажа металлоконструкций. Ванную сварку используют также для соединения рельсов, валов и других деталей со сплошным профилем.

Согласно нормам ГОСТ – 14098 от 1991 года для изготовления фундаментов, плит перекрытий и балконов, а также других жби изделий, разрешено сваривание участков из металлических стержней для армирования и надежного сцепления бетонных конструкций. В современном строительстве применяют несколько видов неразъемного соединения армирующего слоя:

с применением полуавтоматической электрошлаковой сварки;
ванно-шовного способа соединения;
ручной электродуговой сварки;
контактной;
ванного метода соединения.

С применением на стыке специальной ванночки, неразъемного соединение А500С и остальных марок и размеров, процесс выполнения и стыковки значительно облегчается.

Суть процесса

Метод ванной сварки наиболее часто применяется для соединения прутков с большим сечением 20 – 100 мм. Такой диапазон размеров более всего подходит для выполнения качественного шва.

При соединении ванночка обжимает полностью место контакта. При этом между соединяемыми деталями нужно оставить зазор 2 мм для затекания металла и заполнения всех пор.

При проведении работ по ванной сварке, согласно ГОСТ и требованиям СНиП, получается надежный стык с сохранением характеристик по всей длине собираемой конструкции.

Сдвиги заготовок ограничивает одетая на стык ванночка. Применяют резьбовые ванны, для соединения ответственных стыков, но этот способ требует нарезания резьбы на концах прутков.

Деталь для монтажа подбирается с учетом небольшого зазора между заготовкой и стенкой изделия. В него протекает металл электрода, образуя межатомное соединение основного металла со стержнем электрода.

Бортики на краях ванны не позволяют металлу вытекать, при этом шлак выдавливается наверх шва. Таким же способом происходит соединение вертикальных стержней при изготовлении колонн.

Достоинства и недостатки

Сварочный материал и расплавленный металл арматуры, не растекаясь, заполняет ванночку и образует надежный шов, способный выдержать значительные нагрузки. Материал самой детали служит добавочным усилением для шва.

К остальным преимуществам ванной сварки относятся:

минимальные затраты, обусловленные рациональным расходованием наплавочного материала;
технология выполнения всех операций обеспечивает высокое качество шва при аналогичных условиях с другими методами сварки;
ванный метод неоднократно испытан и проверен, имеется много литературы и пособий по производству работ;
для каждого размера прутка, найдется подходящая ванночка – это обусловлено широким ассортиментом продукции.

Есть в ванном методе и недостатки. Использование стальных ванн может быть только одноразовым из-за приваривания к основному металлу. Медные ванночки, хотя можно применять несколько раз, цена их довольно высока. Необходимо также проводить подготовительные работы, что забирает время.

Недостатки носят сугубо субъективный характер, поэтому ванный способ соединения наиболее распространен.

Алгоритм одноэлектродного метода

Для выполнения работ по закреплению различных изделий из арматуры А500С, самым лучшим способом будем ванная сварка при помощи медных накладок. Такая сварочная ванна выполняется без канавок для удержания металла, но внутренняя часть изготовлена с гладкой поверхностью, что позволяет легко пристыковывать арматуру.

Метод применяется при монтаже конструкций, находящихся под воздействием статических, вибрационных нагрузок. Сварочные аппараты могут использоваться с питанием от постоянного и переменного токов, главное, они должны быть достаточной мощности и производительности.

Ванную сварку начинают от одной из сторон, постепенно продвигаясь к центру. Электрод должен продвигаться медленно, совершая кольцевые движения или полумесяцем. Такой способ обеспечит равномерное заполнение полости ванночки и прогрева основного металла.

При плавлении, электрод опускают, обеспечивая образование наиболее короткой дуги. Металл поднимается к верхней кромке ванночки, полностью покрывая арматуру. После этого ванная сварка считается оконченной. Когда шов остынет, можно производить подгонку деталей.

При остановке ванной сварки надо обязательно отбить шлак и зажечь дугу на готовом крае шва. Это даст возможность надежно перекрыть место остановки и прерывания шва. Завершать шов следует посередине ванночки для предотвращения раковин и пустот. Такие места нужно очистить от шлака и проварить снова.

Формочки

Чтобы соединить две плети арматуры, применяют скобу-накладку, предназначенную специально для ванной сварки.

Медные ванночки или детали с содержанием этого металла считаются наиболее прочными накладками. Разборная накладка производится из разных марок меди с помощью литья, штампов и с помощью механических операций по обработке болванок.

Применять для изготовления ванн бронзу, латунь не рекомендуется. Для обеспечения сварки с малыми зазорами рекомендуется использовать неразборный способ производства медных желобков. Такие изделия можно применять для сварки более 100 стыков.

Многоэлектродный метод

Отличительной особенностью многоэлектродного метода ванной сварки является соединение нескольких электродов на специальную пластину, гребенку, которую вставляют в держатель.

Рукоятка держателя вынесена в сторону от корпуса и сварочной шины. Для ванной многоэлектродной сварки используются аппараты переменного тока.

Такая конструкция работает по принципу сварки одноэлектродным методом. Дугу зажигают с одной стороны, продвигаются ко второму краю. Следует помнить, что заканчивать шов лучше посередине накладки.

Расплавив конец арматуры, переходят ко второму концу. Движения электродов для наполнения шва точно так же производятся по кругу или полумесяцем, постепенно опускаясь при плавлении набора электродов.

Для усиления шва рекомендуется периодически опускать электроды в сварочную ванну. Метод позволяет выдавить шлак. Затем дуга снова зажигается и процесс электросварки продолжается. Такую операцию советуют провести более 5-ти раз.

При возникновении неудобного проведения сварочных работ и угла наклона держателя, зазор между стержнями не делают и соединяют их вплотную друг к другу.

При проведении ванной сварки в вертикальном положении, электроды ведутся без сильного наклона, пластина не отклоняется от перпендикулярного положения.

Для такого способа применение стальных неразборных ванночек достаточно редкое явление. Они применяются при невозможности установки специализированных накладок. Наиболее часто используются металлические разборные или выштампованные накладки.

Необходимо обратить внимание на несколько основных моментов. В случае грамотного, аккуратного и качественного проведения сварочных работ с применением соединения арматуры ванным способом, получается прочный, надежный сварочный шов.

Он позволяет пользоваться металлоконструкциями и бетонными узлами долгое время. Это обусловлено сохранением гибкости и прочности арматуры в месте сборки. Главное, чтобы работы по ванной сварке производились высококвалифицированными специалистами при соблюдении технологии проведения сварки.

Читайте также: