Виды дуговой сварки (наплавки)

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Ручная дуговая сварка (наплавка)

проволока дуговой сварка флюс

При ручной дуговой сварке угол разделки шва, образованный двумя состыкованными кромками (рис. 1,д), составляет 55±3° (при этом зазор b3 и притупление кромок hп для листов толщиной д>3 мм изменяются в пределах 0 - 3 мм). Такую подготовку кромок применяют при сварке листов толщиной до 18 - 20 мм. При большей толщине свариваемых элементов целесообразнее применять двухстороннюю Х-образную разделку кромок (рис. 1,е) с углами скоса также 55±3°. Сварку листов толщиной до 3 мм выполняют без скоса кромок (так называемая I-образная разделка) - рис. 1,а. Зазор между свариваемыми листами -- 0 - 2 мм.

Тонкие швы (стыковые при толщине листов до 6 - 8 мм, а угловые при катете шва до 6 - 8 мм) сваривают, как правило, за один проход (слой). При выполнении более толстых стыковых и угловых швов сварку (заполнение разделки шва) ведут за несколько проходов (слоев) - рис. 1 д. При этом сварку всех проходов стремятся выполнить при одних и тех же параметрах режима. Исключением является первый проход, который рекомендуется выполнять электродами диаметром 3 - 4 мм (применение электродов большего диаметра затрудняет проплавление корня шва).

Сечение первого слоя (прохода) не должно превышать 30 - 35 мм2 и может быть определено по формуле

F1 =(6 - 8) dэ,

а последующих слоев (проходов) - по формуле

Fс =(8 - 12) dэ,

Общее число слоев (проходов),включая первый, (сварка корня шва),

n = ((Fн - F1)/Fc) + 1, (6)

где Fн - общая площадь наплавленного металла (шва).

При ручной дуговой сварке к параметрам режима сварки относятся: диаметр электрода, сила сварочного тока, скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки), род тока, его полярность и др.

Рис. 1 Размеры и форма подготовки кромок и сварного шва

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемых элементов, типа сварного соединения и положения шва в пространстве. Для выбора диаметра электрода можно использовать ориентировочные данные:

Рис. 2 Параметры

При выборе типа и марки электрода необходимо исходить прежде всего из требований, предъявляемых к качеству сварных швов или наплавки.

В настоящее время для сварки широко применяются высокопроизводительные электроды, в том числе содержащие в составе обмазки железный порошок. В табл. 4 приведены данные о некоторых марках электродов, в том числе и высокопроизводительных.

Рис. 3 Характеристики сварочных и наплавочных электродов

При выборе электродов рекомендуется ознакомиться с ГОСТ 9466 - 75 (классификация, общие технические требования, размеры, правила приема, методы испытания и др.), ГОСТ 9467 - 75 (электроды для сварки углеродистых, низколегированных и легированных конструкционных и теплоустойчивых сталей), ГОСТ 10052 - 75 (электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами: коррозионно-, жаропрочные и др.), ГОСТ 10051 - 75 (электроды для наплавки слоев с особыми свойствами: износостойкие, коррозионностойкие и др.).

Для оценки производительности электродов необходимо сравнивать значения коэффициента наплавки бн.

Из группы электродов, обеспечивающих заданные механические свойства металла шва или наплавки, следует выбрать те, которые имеют более высокий коэффициент наплавки и, следовательно, обеспечивают при прочих равных условиях большую производительность.

Обозначение типов сварочных электродов расшифровывается так: Э - электрод; цифры, стоящие за буквой - гарантированное значение предела прочности ув, кгс/мм2.

В наплавочных электродах следующие за буквой Э цифры и буквы показывают среднее содержание углерода и легирующих элементов в наплавленном металле.

В марках электродов цифры указывают твердость НВ. Например, металл, наплавленный электродами типа Э12Г4 (марка ОЗН-350У), содержит в среднем 0,12 % С и 4,0 % Мn; твердость его равна 350 НВ.

Силу сварочного тока выбирают на основании рекомендаций, помещенных в паспортах электродов и справочных таблицах, или рассчитывают по эмпирическим формулам.

При ручной дуговой сварке стальными электродами диаметром 1 - 6 мм можно пользоваться формулой

Iсв = К d,

где К -- коэффициент, равный 25 - 60;

dэ -- диаметр электрода, мм.

Коэффициент К в зависимости от диаметра электрода dэ принимается равным:

Рис. 4 Зависимость

Силу сварочного тока, рассчитанную по этой формуле, следует скорректировать с учетом толщины свариваемых элементов, типа соединения и положения сварки в пространстве. Так, если толщина листов S >= 3 dэ, то значение Iсв следует увеличить на 10--15%. Если же S <= 1,5 dэ, то сварочный ток уменьшают на 10--15%. При сварке угловых швов и наплавке значения Iсв должно быть повышено на 10 - 15%. Если сварка производится в вертикальном или потолочном положении, значение сварочного тока должно быть уменьшено на 10 - 15%.

Выбирая род тока, следует учитывать экономические и эксплуатационные преимущества переменного тока перед постоянным. Однако могут быть положения, при которых использование переменного тока не допускается или не рекомендуется, например при сварке электродами УОНИ-13. Так, характер наплавочных работ обусловливает необходимость получения слоя наплавленного металла за счет возможно большего количества электродного металла при минимальной глубине проплавления основного металла. Поэтому для наплавочных работ следует предпочесть постоянный ток и вести наплавку на той полярности, на которой электродный металл плавится быстрее.

Для ориентировочного определения длины дуги lд, мм, можно пользоваться формулой

lд = (0,5 - 1,1) dэ,

где dэ - диаметр электрода, мм.

Длина дуги влияет на качество наплавленного металла и геометрическую форму шва. При длинной дуге ухудшается защита сварочной ванны и металл шва интенсивно насыщается кислородом и азотом воздуха. С увеличением длины дуги увеличивается разбрызгивание металла и в шве могут появиться поры.

Для определения напряжения дуги Uд используют справочные данные или рекомендации сертификатов, которыми сопровождается каждая марка электрода (в технологической документации Uд не регламентируется).

Для большинства марок электродных покрытий, используемых при сварке углеродистых и легированных конструкционных сталей, напряжение дуги Uд = 22 - 28 В.

Расчет скорости сварки (скорость перемещения электрода при укладке одного слоя валика многослойного шва), м/ч, производится по формуле

Vсв= бнIсв/100Fн(с)с,

где бн - коэффициент наплавки, г/(А ч);

Fн(c) - площадь поперечного сечения шва Fн при однопроходной сварке (или одного слоя валика Fн(c) при многослойном шве), см2;

с - плотность металла электрода, г/см3, для стали с = 7,8 г/см3.

Коэффициент наплавки бн выбирается в зависимости от марки электрода по рис. 3. Масса наплавленного металла определяется по справочнику или рассчитывается по формуле

Gн = FнLс

где Fн - площадь наплавки (поперечное сечение разделки шва, включая его усиление), см2; L -- длина шва, см;

Расчет Gн при наплавочных работах производится по формуле

Gн = FпнНс, (11)

где Fнп - площадь наплавляемой поверхности, см2; Н - требуемая высота наплавляемого слоя, см.

При наплавке нужно обязательно предусмотреть припуск на последующую механическую обработку наплавленных поверхностей в пределах до 2 мм.

t = Gн/бнIсв

Приближенно полное время сварки Т, ч, можно определить по формуле

T = t/Kп

где t - время горения дуги, ч;

Кп - коэффициент использования сварочного поста, который можно принять для ручной сварки 0,5 - 0,55, а для механизированных способов сварки и наплавки - 0,6 -0,7.

Расход электродов для ручной сварки и наплавки можно определить, воспользовавшись данными.

Расход электроэнергии А, кВт-ч, на сварку заданной детали можно найти, установив по справочным материалам расход электроэнергии на 1 кг наплавленного металла. Более точно его можно рассчитать по формуле

где Uд - напряжение дуги, В (при сварке покрытыми электродами принять 22 - 28 В);

з - КПД источника тока;

щ0 - мощность, расходуемая источником тока при работе на холостом ходу, кВт;

t и Т - соответственно время горения дуги и полное время сварки, ч.

Данные для определения значений ? и ?0 помещены в табл. 5.

Рис. 5 Род тока

Выбор основного сварочного оборудования, к которому относятся источники тока, питающие дугу, полуавтоматы и автоматы, может быть произведен после определения параметров режима сварки (наплавки) по прил. 2 и 3, содержащему выдержки из каталогов. При этом надо исходить из условия использования мощности оборудования с наибольшим эффектом. Так, при необходимости производить сварку на токе Iсв = 250 А не следует использовать трансформатор ТС-500, дающий номинальный ток Iсв = 500 А.

Выбирая метод контроля, следует учитывать, что многие детали и узлы подвижного состава работают в сложных условиях, испытывая ударные и знакопеременные нагрузки. Выбранный метод должен обеспечивать возможность выявления скрытых дефектов (трещин, непроваров и др.) весьма опасных с точки зрения концентрации напряжений. Кроме того, он должен отличаться точностью оценки качества, простотой, экономичностью и безопасностью.

Во избежание многократных повторных ремонтов следует предусматривать оценку износостойкости наплавленного слоя, величину которой в первую очередь определяет его твердость. Для определения твердости наплавленного металла на крупных деталях могут быть использованы переносные приборы Польди и Шора.

2. Полуавтоматическая сварка (наплавка) в углекислом газе проволокой сплошного сечения

При сварке в углекислом газе применяют следующие виды подготовки кромок свариваемых элементов:

1) при толщине листов 1 - 2 мм - I-образную (без скоса кромок), зазор в стыке 0 - 1 мм, сварка односторонняя, см. рис. 1,а;

2) при толщине листов 3 - 12 мм - I-образную, зазор в стыке 0 - 1,5 мм, сварка двухсторонняя, см. рис. 1,в;

3) при толщине листов 14 - 24 мм -- V-образная, под углом 40±5°, притупление кромок 2 - 3 мм, зазор в стыке 0 - 1,5 мм; сварка многопроходная с подваркой корня шва, см. рис. 1,г.

В основу выбора диаметра электродной проволоки положены те же принципы, что и при выборе диаметра электрода при ручной дуговой сварке:

Рис. 6 Параметры

Сварка в углекислом газе выполняется легированной проволокой сплошного сечения (чаще всего кремнемарганцовистой: Св-08ГС, Св-10Г2С и др.). Расчет сварочного тока, А при сварке проволокой сплошного сечения производится по формуле

где а - плотность тока в электродной проволоке, А/мм2 (при сварке в СО2 а = 110 - 130 А/мм2);

dэ - диаметр электродной проволоки, мм.

Механизированные способы сварки позволяют использовать значительно большие плотности тока по сравнению с ручной сваркой. Это объясняется меньшей длиной вылета электрода.

Процесс сварки в углекислом газе на постоянном токе прямой полярности отличается меньшей глубиной проплавления основного металла, но при этом заметно снижается устойчивость дуги и возрастает склонность наплавленного металла к образованию пор. Поэтому наплавку в углекислом газе предпочтительно вести на обратной полярности.

Напряжение дуги и расход углекислого газа выбираются в зависимости от силы сварочного тока:

Рис. 7 Зависимость

При сварке на токах 200 - 250 А длина дуги должна находиться в пределах 1,5 - 4,0 мм. С повышением скорости сварки расход С02 увеличивается для улучшения защиты сварочной ванны. Вылет электродной проволоки составляет 84 - 15 мм (уменьшается с повышением силы сварочного тока).

Скорость подачи электродной проволоки Vпр, м/ч, выбирается по справочным материалам или рассчитывается по формуле:



где бр - коэффициент расплавления проволоки, г/(А-ч);

Для сварки в углекислом газе значение бр может быть рассчитано по формуле:

Скорость полуавтоматической сварки или скорость перемещения электрода при укладке отдельного слоя (валика) многослойного шва, см/с, определяется по формуле (9). При этом

где ш - коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание. При сварке в СО2 ш = 0,10 - 0,15. При наплавке скорость перемещения дуги при укладке отдельного валика можно рассчитать по формуле (9), если принять площадь поперечного сечения валика Fн(c) =0,3 - 0,7 см2.

Массу наплавленного металла, время горения дуги и время сварки - по формулам (10 - 13); при этом Кп принимается равным 0,6 - 0,7.

Расход электродной проволоки сплошного сечения Qпр, кг можно рассчитать по формуле

Qпр = Gн(ш+ 1)

Расход электроэнергии -- см. формулу (14); выбор оборудования - прил. 1, 2.



3. Автоматическая сварка (наплавка) под флюсом проволокой сплошного сечения

При автоматической сварке под флюсом чаще всего применяют следующие виды подготовки кромок:

1) I-образная (без скоса кромок) - применяют при однопроходной и двухпроходной сварке. При однопроходной сварке чаще всего сварку выполняют на остающейся стальной подкладке (рис. 1, б) или по ручной подварке при соединении листов толщиной до 10 - 12 мм. Зазор bз между кромками 2 - 3 мм. При двухпроходной сварке листов толщиной 14 - 60 мм сварку ведут по зазору bз между кромками 3 - 11 мм, который увеличивается с толщиной свариваемых листов.

2) V-образная со скосом кромок под углом 60±5° (рис. 1, г) применяется для листов толщиной 14 - 30 мм. Сварка выполняется по ручной подварке. Притупление кромок и зазор между ними 0 - 3 мм.

3) Х-образная со скосом кромок под углом 60±5° (рис. 1, е) применяется для листов толщиной 20 - 60 мм и более.

Для сварки стали применяют сварочную проволоку по ГОСТ 2246-70 (Св08, Св08ГА, Св10Г2, Св08ГС, Св18ХГС, Св08ХМ, Св08ХГ2С, Св08ХНМ).

Для наплавки применяют наплавочную проволоку по ГОСТ 10543-75. Значения твердости металла, наплавленного некоторыми марками проволоки, см. в прил. 1.

Плотность тока при автоматической сварке под флюсом изменяется в достаточно широком диапазоне (табл. 6). Рекомендуется при сварке для более глубокого проплавления использовать высокие значения плотности тока в электродной проволоке (б>= 40 - 50 А/мм2), а при наплавке для снижения глубины проплавления - невысокие значения (б <= 30 - 40 А/мм2). Диаметр электродной проволоки желательно выбирать таким, чтобы он обеспечил максимальную производительность сварки (наплавки) при требуемой глубине проплавления. В табл. 6 приведено влияние силы сварочного тока и его плотности на глубину проплавления.

Рис. 8 Влияние силы и плотности сварочного тока на глубину проплавления

Зависимость напряжения дуги от силы сварочного тока (флюс АН-348А) следующая:

Рис. 9 Зависимость

Выбор рода тока. Наплавку рекомендуется производить на постоянном токе прямой полярности при напряжении дуги 34 - 40 В.

Вылет электродной проволоки может быть в интервале 30 - 60 мм. Высокие его значения соответствуют большему диаметру электродной проволоки и силе тока.

Коэффициент расплавления электродной проволоки сплошного сечения при сварке под флюсом определяется по формулам:

-для переменного тока

-для постоянного тока прямой полярности

-для постоянного тока обратной полярности

бр=10 - 12 г/(А-ч)

Расчет скорости сварки Vсв (скорости перемещения электродной проволоки при укладке отдельного валика многопроходного шва), см. формулу (9). При этом принять для расчета бн значение ш = 0,02 - 0,03, см. формулу (18).

Расчет скорости сварки-наплавки (перемещения электрода при укладке одного слоя валика).

При наплавке скорость сварки при укладке отдельного валика можно рассчитать, если принять площадь поперечного сечения одного валика, укладываемого за один проход Fн(c) - 0,3 - 0,7 см2.

Марка флюса выбирается в зависимости от химического состава основного металла и требований, предъявляемых к свойствам наплавленного металла. Наиболее часто употребляются флюсы АН-348А или ОСЦ-45 в сочетании с проволокой марки Св08А.

Толщина слоя флюса зависит от силы сварочного тока:

Рис. 10 Сила сварочного тока

Расчет массы наплавленного металла, время горения дуги и время на сварку см. формулы (10 - 13), при этом Кп =0,6 - 0,7.

Расчет расхода проволоки сплошного сечения, см. формулу (19), расчет расхода электроэнергии, см. формулу (27), выбор оборудования, см. прил. 2, выбор метода контроля, см. с. 38.

4. Полуавтоматическая сварка (наплавка) порошковой самозащитной проволокой

Для механизированной сварки открытой дугой без дополнительной защиты зоны сварки применяют специальные порошковые проволоки. Наиболее широкое применение в нашей стране нашли проволоки марок ПП-АН1 и ПП-АН3. Проволоки обеих марок обладают хорошими сварочно-технологическими свойствами, минимальной токсичностью газов и пыли, обеспечивают малое разбрызгивание металла, хорошее формирование шва и отделение шлаковой корки. Коэффициент наплавки проволоки

ПП-АН1 бн =12 - 13 г/(А-ч)

ПП-АНЗ - бн = 13 - 17 г/(А-ч)

Металл швов, выполненных проволокой ПП-АН1, по качеству соответствует металлу, наплавленному электродами типа Э46, а проволокой ПП-АНЗ - электродами типа Э50. Сварку рекомендуется производить на постоянном токе обратной полярности. Режимы сварки самозащитными порошковыми проволоками приведены в табл. 7. Подготовка кромок под сварку выполняется так же, как и при сварке в С02 (см. с. 40).



Рис. 11 Режимы сварки самозащитными порошковыми проволоками

Для предприятий железнодорожного транспорта отделением сварки ВНИИЖТ разработаны наплавочные порошковые проволоки марок ПП-ТН250 и ПП-ТН350 (цифры указывают среднее значение твердости НВ наплавленного металла). Они обладают хорошими сварочно-технологическими свойствами и обеспечивают небольшое разбрызгивание. Потери на угар и разбрызгивание ш = 0,08 - 0,1. Режимы наплавки порошковыми самозащитными проволоками ПП-ТН250 и ПП-ТН350 диаметром dэ = 3 мм помещены в табл. 8.

Выбирая род тока (см. рекомендации на с. 36), следует учитывать, что наплавку порошковыми проволоками рекомендуется производить на постоянном токе обратной полярности.

Рис. 12 Режимы наплавки проволоками ПП-ТН250 и ПП-ТН350



Расчет скорости полуавтоматической сварки (наплавки) электродной проволоки при укладке отдельного валика при многослойной сварке (наплавке) выполняется по формуле (9).

Расход порошковой проволоки рассчитывается путем умножения массы наплавленного металла на коэффициент расхода, представляющий расход проволоки в кг на один кг наплавленного металла:

Рис. 13 Марки порошковой проволоки, их коэффициенты расхода



Приложение 1

Значение твердости наплавленного металла и рекомендации по выбору марки электродной проволоки

Примечание. При выборе марки проволоки для износостойкой наплавки необходимо исходить из требуемой твердости наплавленного металла и условий работы детали (прежде всею вида нагрузки -- статическая, знакопеременная, ударная).



Приложение 2

Краткая техническая характеристика полуавтоматов и автоматов для дуговой сварки и наплавки



Приложение 3

Краткая техническая характеристика полуавтоматов и автоматов для дуговой сварки и наплавки

Размещено на Allbest.ru