Сварочные работы. Практический справочник Кашин Сергей
– рабочий ведет сварку по направлению к себе и наклоняет электрод под углом в 60–70° к поверхности металла.
Сварка сдвоенными электродами обладает следующими преимуществами:
– позволяет работать при повышенном токе, благодаря чему объем наплавленного металла и производительность труда возрастают на 50–80 %;
– время полезного горения дуги увеличивается вдвое, поскольку можно сказать, что работа ведется электродом длиной 900 мм. Следовательно, время на смену электрода сокращается в 2 раза;
– снижаются потери металла (при сварке одиночным электродом они составляют 20–25 %, а при сдвоенном – 8-10 %);
– условия труда улучшаются, потому что при стабильном горении сварочной дуги электрод не перегревается, а жидкий металл меньше разбрызгивается;
– за один проход можно сварить металл толщиной до 12 мм.
Количество электродов можно увеличить. В этом случае сварку осуществляют пучком электродов, которые складывают и прихватывают в точке контакта с электродержателем, вследствие чего одновременно все электроды обеспечиваются током (хотя корневой шов следует накладывать одиночным электродом). Благодаря такой работе производительность сварки повышается примерно в 2 раза, а расход электроэнергии снижается приблизительно на 2030 %.
Ориентировочные режимы работы увеличенным количеством электродов представлены в табл. 23.
Таблица 23. РЕЖИМЫ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ НЕСКОЛЬКИМИ ЭЛЕКТРОДАМИ3. В ряде случаев, в частности при выполнении швов со значительным объемом наплавленного металла (например, при заварке дефектов стального литья, наплавке и др.), применяют сварку трехфазной дугой (рис. 77).
Рис. 77. Схема горения сварочных дуг при сварке трехфазной дугой: 1 – основной металл; 2, 6 – дуга между электродом и металлом; 3, 4 – электрод; 5 – дуга между электродами
Суть данного способа заключается в том, что к двум электродам и основному металлу подключается переменный ток одновременно от трех фаз источника тока (две фазы к электродержателю, одна – к основному металлу). Это означает, что возбуждаются три сварочные дуги: две между электродами и металлом, а третья – между электродами. Благодаря такому способу сварки увеличиваются количество выделяющейся теплоты, скорость плавления электродов и производительность труда (в 2–3 раза).
В совокупности это означает, что за 1 час горения трехфазной дуги и при использовании электродов диаметром 6 мм количество наплавленного металла во время работы может составить 8 кг.
Понятно, что для такой сварки необходимы особые электроды (рис. 78).
Рис. 78. Конструктивная схема двухстержневого электрода для сварки трехфазной дугой: 1 – электрод; 2 – общее покрытие; 3 – зачищенный конец
Расстояние между электродами определяется диаметром стержня (табл. 24). Таблица 24. СООТНОШЕНИЕ ДИАМЕТРА СТЕРЖНЕЙ ЭЛЕКТРОДОВ И РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ НИМИ
Трехфазной дугой выполняют стыковые и тавровые соединения в нижнем положении и под углом в 45°. Тавровое соединение предпочтительнее варить «в лодочку». Чтобы увеличить глубину провара и предотвратить пористость шва, необходимо, чтобы конец электрода касался основного металла кромкой козырька покрытия, появляющегося при плавлении. При сварке в нижнем положении величина сварочного тока составляет 200–220 и 280–320 А при диаметре электрода 5 и 6 мм соответственно.
Режимы сварки стыковых соединений наглядно представлены в табл. 25.
Таблица 25. РЕЖИМЫ СВАРКИ СТЫКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРЕХФАЗНОЙ1. Также повышает производительность сварка наклонным и лежачим электродами (рис. 79).
Рис. 79. Способы сварки: а – наклонным электродом: 1 – электрод; 2 – обойма; 3 – штанга; б – лежачим электродом: 1, 3 – электроды; 2 – разделка шва
В первом случае электрод устанавливают в штангу с подвижной обоймой, в ней его наклонно фиксируют и подводят через нее ток. При плавлении он будет опускаться вниз, совершая параллельные самому себе движения и сохраняя угол наклона. Одновременно с ним по штанге будет скользить и обойма. Для возбуждения дуги используют вспомогательный, например угольный, электрод. При сварке электрод опирается на основной металл козырьком, который образует плавящееся покрытие, благодаря чему поддерживается стабильное горение дуги.
Чем больше угол наклона электрода относительно изделия, тем шире наплавленный валик. Для получения уширенного валика применяют не один электрод, а гребенку из 3–5 штук. Величину тока увеличивают на 50–70 % по сравнению с обычной ручной сваркой.
Для электрода диаметром 6-10 мм угол наклона должен составлять 25–30° (при меньшем качество шва резко падает, а потери на разбрызгивание металла возрастают). Длина электрода составляет 1200 мм. Ток пропускают из расчета 40 А на 1 мм диаметра электрода.
Такой способ показал особую эффективность при выполнении коротких швов.
Во втором в разделку укладывают толстопокрытый электрод (1,5–3 мм). Дугу возбуждают вспомогательным электродом. Она горит под слоем покрытия и перемещается по длине электрода (которая составляет не более 1200 мм, чтобы не допускать перегрева) по мере того, как он плавится.
Если осуществляется многослойная сварка, то в шов можно заложить несколько электродов (рис. 80), причем каждый из них будет работать от отдельного источника питания.
Рис. 80. Многослойная сварка несколькими лежачими электродами: 1 – основной металл; 2 – электроды; 3 – медная накладка; 4 – бумага; 5 – стальная накладка; 6 – подкладка
Для сварки наклонными и лежачими электродами используют специальные электроды марок ОЗС-12, ОЗС-17 Н, ОЗС-15 Н и диаметром 4, 5 и 6 мм.
Сварка различных материалов
В промышленности применяют различные металлы и сплавы, поэтому использование сварки при выполнении их соединений не является редкостью. Очень важно иметь представление о том, как правильно это делать. Далее будут рассмотрены особенности дуговой сварки различных материалов.
1. Сварка алюминиевых сплавов. В зависимости от состава алюминиевые сплавы имеют различную свариваемость. Например, дюралюминий (сплав алюминия с медью) отличается плохой свариваемостью, поэтому его соединяют не сваркой, а клепкой; силумины (сплавы алюминия с кремнием), напротив, варятся довольно хорошо.
При соединении алюминия используют сварку плавлением и давлением, способы сварки: ручная и механизированная в среде аргона плавящимся (при автоматической и полуавтоматической сварке) и неплавящимся (при ручной дуговой) электродами, а также покрытыми электродами (при толщине изделия более 5 мм).
Режим полуавтоматической сварки плавящимся электродом в среде аргона для металла толщиной 3 мм:
– диаметр электрода – 0,8 мм;
– величина сварочного тока – 120–145 А;
– скорость сварки – 30 м/ч;
– скорость подачи проволоки – 900 м/ч;
– расход газа – 15–17 л/мин.
Режимы автоматической сварки неплавящимся электродом представлены в табл. 26.
Таблица 26. ПРИМЕРНЫЕ РЕЖИМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ ВОЛЬФРАМОВЫМ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ
Основная проблема при сварке алюминия – наличие тугоплавкой оксидной пленки (температура плавления – 2050 °C). Поэтому данный материал требует специальной подготовки, т. е. обезжиривания (бензином или ацетоном), удаления с поверхности оксидной пленки (химическим или механическим способом) и применения присадок, которая должна быть завершена за 2–4 часа до проведения основных работ.
Для сварки алюминия и сплавов рекомендуется постоянный ток прямой полярности. Материал нуждается в предварительном подогреве до 300–400 °C в зависимости от толщины. Она же определяет и необходимость разделки кромок. Если толщина металла больше 2 мм, тогда детали сваривают с разделкой кромок и зазором, составляющим половину толщины металла; если толщина равна 1–2 мм, то изделие сваривают без разделки и применения присадок.
Скорость сварки алюминия должна превышать скорость сварки стали.
При сварке в среде аргона на переменном токе подбирают вольфрамовые электроды диаметром 5–6 мм при толщине изделия до 5 мм. Угол между присадочной проволокой, подаваемой возвратно-поступательными движениями, и электродом должен сохраняться прямым.
2. Сварка меди и ее сплавов сопряжена с определенными трудностями, поскольку этот металл имеет высокую теплопроводность и при расплавлении подвержен сильному окислению. Для меди и ее сплавов применяют практически любые виды и способы сварки. В нижнем положении используют дуговую сварку угольным либо металлическим плавящимся или неплавящимся электродом.
Медные пластины толщиной до 15 мм сваривают угольными электродами, а если она превышает 15 мм – графитовыми. Для сварки рекомендуется следующее:
– постоянный ток прямой полярности и применение длинной дуги;
– постоянный ток обратной полярности и короткую сварочную дугу при применении покрытых электродов (характер движений – возвратно-поступательный);
– положение электрода к изделию – под углом в 90°. При сварке присадочную проволоку (наилучшей считается проволока с раскислителем, которую может заменить флюс, состоящий из 95 % буры и 5 % металлического магния) не вводят в сварочную ванну, а придерживают под углом в 30° к поверхности изделия. Высокой производительностью отличаются электроды марок АНЦ-1 и АНЦ-2;
– использование асбестовых или графитовых подкладок;
– односторонняя сварка стыковых соединений в один проход;
– прогрев медных листов толщиной более 5 мм до 300 °C, односторонняя разделка кромок под углом в 70°. При толщине листов до 5 мм ни прогрев, ни разделка кромок не требуются.
Режимы сварки меди и ее сплавов наглядно представлены в табл. 27.
Таблица 27. ПРИМЕРНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ МЕДИ И ЕЕ СПЛАВОВ
3. К сварке бронзы прибегают в случае необходимости исправить дефектные отливки, при ремонте изделий из нее и для наплавки. Для этого используют угольные и металлические электроды, а в среде аргона – вольфрамовые. Технология сварки бронзы аналогична работе с медью (ток постоянный обратной полярности). Но есть некоторые особенности, которые следует иметь в виду:
– вести процесс нужно быстро, чтобы ограничить нагревание основного металла и величину сварочной ванны, ускорить охлаждение и кристаллизацию;
– следует применять присадочные прутки из фосфористой бронзы;
– подогревать металл при сварке и использовать флюсы необязательно.
4. Сварка чугуна призвана устранить дефекты, образовавшиеся в отливках и промышленных конструкциях. В соответствии с температурой предварительного подогрева сварка чугуна бывает:
1) холодной, которая предполагает ряд операций, а именно: очистку, разделку кромок, сварку и проковку. Для сварки подбирают определенные марки электродов:
– медно-никелевые (МНЧ-2), дающие наплавленный металл, поддающийся обработке. При их применении необходимо избегать перегрева изделия, поэтому его время от времени охлаждают. После сварки валики проковывают легким слесарным молотком;
– никелевые (ОЗЧ-3), которыми можно устранять небольшие дефекты на чугунном литье. Чтобы не допустить образования трещин в зоне сварного шва, изделие подвергают проковке;
– медно-железные (ОЗЧ-2), сфера применения которых совпадает с описанной в предыдущем пункте;
– железоникелевые (ОЗЖН-1), которые дают шов высокой прочности, наложенный на поверхность чугунного изделия;
– стальные (УОНИ-13/45) с легирующим покрытием, перед применением которых требуется разделать кромки изделия. При сварке шов накладывают отдельными участками длиной примерно 100 мм. После этого остуженное изделие проковывают;
2) горячей, в которую входят предварительная обработка, формовка, доведение температуры изделия до 600–800 °C, сварка и охлаждение. Очищенное от загрязнений изделие формуют, т. е. на дефектном участке разделывают полость для удобства манипулирования электродом, предотвращения вытекания расплавленного металла из сварочной ванны и сообщения наплавке надлежащей формы. Для формовки используют графитовые пластинки и формовочную массу (смесь кварцевого песка с жидким стеклом).
Подогрев, который необходим для снижения скорости охлаждения и повышения пластических свойств соединения, осуществляют посредством индукционного тока или помещают изделие, если его габариты позволяют, в нагревательную печь.
Для горячей сварки подходят электроды марок ЭЧ-1, ЦЧ-5 и ЭЧ-2 диаметром 8, 10, 12 и 16 мм, рассчитанные на работу при величине тока 600–800, 700–800, 10001200 и 1500–1800 А соответственно. Ручную дуговую сварку ведут угольными электродами диаметром 8-18 мм на постоянном токе прямой полярности (280–600 А).
Горячая сварка чугуна отличается большей трудоемкостью, чем холодная. При объемной сварочной ванне жидкий металл следует перемешивать концом присадочного прутка. Для защиты и раскисления металла применяют флюсы.
5. В основу классификации сталей могут быть положены различные признаки, например:
– по химическому составу стали подразделяются на углеродистые и легированные;
– по назначению – на конструкционные, инструментальные и с особыми свойствами;
– по способу производства – на конвекторные, мартеновские и электросталь и т. д.
В состав углеродистых сталей входят 0,1–0,7 % углерода, марганец, кремний, примеси серы и фосфора. Для каждой марки стали разработаны стандарты – ГОСТ 380-71 (обыкновенного качества), ГОСТ 1050-74 (качественная сталь), ГОСТ 5521-76 (для судостроения) и др.
Легированные стали имеют в своем составе элементы, введенные с целью придания материалу тех или иных свойств. По содержанию легирующих элементов стали делятся на низко– (до 2,5 %), средне– (2,5-10 %) и высоколегированные (более 10 %).
По свариваемости выделяются четыре группы сталей:
– хорошо свариваемые стали. Сюда входят низкоуглеродистые стали (содержание углерода – 0,23 %), например ВСт3 сп5, СтТсп; низколегированные низкоуглеродистые стали (содержание углерода – 0,15 %), например 10 Г2 С, 12 Г2 СМФ и др. Они свариваются без каких-либо ограничений (по толщине металла, температуре окружающего воздуха, жесткости изделия и пр.). Диапазон режимов довольно широкий;
– удовлетворительно свариваемые. Это стали с содержанием углерода 0,22-0,3 %, например Ст4, Ст25 и др.; низколегированные низкоуглеродистые стали (содержание углерода – 0,14-0,22 %), например 15 ХСНД, 16 Г2 АФ и др. Такие материалы свариваются с некоторыми ограничениями, в частности толщина металла не должна превышать 20 мм, температура воздуха должна быть не ниже -5 °C, а режим сварки следует тщательно подбирать;
– ограниченно свариваемые. Эту группу составляют углеродистые стали с содержанием углерода 0,3–0,4 %, например Ст5; низколегированные среднеуглеродистые стали (содержание углерода – 0,22-0,3 %), например 18 Г2 АФ, 20 ХГСА и др. Для сварки требуется подогрев (сопутствующий или предшествующий);
– плохо свариваемые. К ним относятся теплоустойчивые стали, например 15 ХМ, 20 ХМФЛ и др., среднелегированные среднеуглеродистые стали типа 30 ХГСА и перлитные высоколегированные стали.
Сварка этих материалов возможна при наличии подогрева и термической обработки сваренного изделия.
Примерные режимы сварки конструкционных сталей представлены в табл. 28.
Таблица 28. РЕЖИМЫ ДУГОВОЙ СВАРКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ
Для сварки низкоуглеродистых сталей используют электроды марок УОНИ-13/45, ОММ-5, КПЗ-32 Р ЦМ-7 и др. А для среднеуглеродистых сталей подходят электроды марок К-5 А, УОНИ-13/65, УП-2/45 и др.
Технология сварки в защитных газах
Дуговая сварка в среде защитных газов получает все большее распространение, поскольку отличается рядом технологических достоинств:
– обеспечивает высокую производительность труда и степень концентрации тепла источника питания, поэтому можно существенно уменьшить зону термического воздействия;
– дает возможность соединять металлы без использования электродных покрытий и флюсов, т. е. исключает такую стадию сварки, как очистка швов от шлака;
– позволяет автоматизировать и механизировать процесс сваривания и вести его в разных пространственных положениях;
– применяется при работе как со сталями, так и с цветными металлами и их сплавами.
Сварка в среде защитных газов является общим названием различных видов дуговой сварки, в процессе которой в зону горения сварочной дуги через сопло горелки подают струю газа. Это могут быть инертные газы (аргон, гелий), активные газы (углекислый газ, азот, кислород, водород) и их смеси, в частности:
– аргон, углекислый газ и кислород. Эта смесь используется при сварке сталей плавящимся электродом, минимизирует потери металла на разбрызгивание, стабилизирует горение сварочной дуги, устраняет пористость и дает шов хорошего качества;
– аргон и кислород, применяющиеся для сварки низкоуглеродистых и легированных сталей. При сварке капельный перенос металла сменяется струйным, благодаря чему производительность возрастает, а потери на разбрызгивание металла сокращаются;
– аргон и углекислый газ. Область применения данной смеси такая же, как и у предыдущей. Ее использование препятствует образованию газовых пор в шве, стабилизирует горение дуги и способствует формированию качественного сварного шва.
В стальных баллонах может содержаться как чистый газ (для контроля его расхода предназначен специальный прибор – ротаметр, а подача регулируется отдельным редуктором), так и их смеси.
Классификация сварки в среде защитных газов основывается на следующих признаках:
– по применяемому в процессе работы газу (активному или инертному);
– по способу защиты (отдельным газом или смесью);
– по используемому электроду (плавящемуся или неплавящемуся);
– по характеру сварочного тока (постоянному или переменному).
Наибольшее распространение в последнее время получила сварка плавящимся и неплавящимся электродами в среде инертных газов.
Сварка неплавящимся электродом представляет собой процесс, в котором источником тепла служит дуга, зажигаемая между вольфрамовым или угольным электродом и металлом изделия (рис. 81).
Рис. 81. Схема горения сварочной дуги в среде инертных газов: 1 – электрод; 2 – присадочная проволока; 3 – свариваемый металл; 4 – шов; 5 – дуга; 6 – струя газа; 7 – горелка; 8 – воздух
Наибольшего проплавления свариваемого металла добиваются при использовании постоянного тока прямой полярности. При этом источники питания должны обладать крутопадающей вольт-амперной характеристикой, например ВДУ-601, ВСВУ-300 и др. Для сварки на переменном токе применяют стабилизатор горения дуги ВСД-01. Сварочный процесс ведут как с присадками, так и без них.
Помимо источника питания, к оборудованию, необходимому для сварки на постоянном токе, относятся:
– сварочные горелки (табл. 29);
Таблица 29. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ ТИПОВ СВАРОЧНЫХ ГОРЕЛОК– устройство для первоначального возбуждения дуги (ОСППЗ-300 М, ОСПЗ-2 М и др.). Необходимость в нем объясняется тем, что защитные газы, поступившие в зону горения сварочной дуги, снижают температуру дугового промежутка, вследствие чего возбуждение дуги затрудняется;
– аппаратура для управления сварочным циклом. Дуговая сварке в среде аргона обеспечивает высококачественный шов (особенно при соединении высоколегированных тонколистовых сталей), поскольку надежно защищает рабочую зону от воздействия атмосферного воздуха. Для сварки стали толщиной до 1 мм используют ток прямой полярности, при толщине до 3 мм – обратной полярности (варить сталь толщиной более 3 мм экономически невыгодно). Режимы, на которые можно ориентироваться при сварке, приведены в табл. 30.
Таблица 30. ПРИМЕРНЫЕ РЕЖИМЫ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКИ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИПри сварке плавящимся электродом дуга возбуждается между концом проволоки, которую подают в зону горения дуги с помощью особого механизма со скоростью, совпадающей со скоростью ее расплавления, и свариваемым металлом. Жидкий металл электродной проволоки поступает в сварочную ванну и формирует шов.
Если применяется плавящийся электрод, сварку ведут короткой или длинной дугой. В первом случае расплавленный электродный металл переносится мелкокапельным способом, что позволяет снизить величину сварочного тока, уменьшить потери при разбрызгивании, обеспечить стабильный сварочный процесс. Во втором случае возможны разные способы переноса расплавленного металла – мелко-, крупнокапельный, струйный. При этом достаточно сложно поддерживать струйный перенос металла при работе в аргоне или его смеси с гелием. Стабильность сварки возрастает при добавлении к аргону 5 % кислорода либо 20 % углекислого газа.
Сварка в углекислом газе производится в любых пространственных положениях (рис. 82) и используется для углеродистых и легированных сталей. Преимуществами данного способа являются высокая производительность, широкий диапазон допустимой толщины материала и экономичность. Но на открытом воздухе сварку в среде углекислого газа практически не применяют, поскольку в таких условиях трудно обеспечить защиту сварочной ванны.
Рис. 82. Схема дуговой сварки в среде углекислого газа (А – вылет электродной проволоки): 1 – электродная проволока; 2 – струя защитного газа; 3 – токоподводящий мундштук; 4 – сопло; 5 – подающий механизм
Сварку в углекислом газе ведут разными способами – автоматическим, полуавтоматическим или плавящимся электродом. Ниже приведены ее параметры:
1. Величина, род и полярность тока. Сварку осуществляют при постоянном токе (переменный не подходит, поскольку он не обеспечивает стабильность горения дуги и дает плохой сварной шов) обратной полярности, чтобы избежать возникновения пористости, характерной для сварки при прямой полярности. Источник питания должен иметь жесткую или возрастающую внешнюю характеристику. Величина сварочного тока и диаметр электродной проволоки определяются толщиной металла и пространственным положением шва. От величины тока зависят глубина проплавления и производительность сварки. Для регуляции этого параметра изменяют скорость подачи электродной проволоки.
2. Напряжение на дуге. При повышении напряжения наблюдается уширение сварного шва, а качество его формирования улучшается. Но одновременно с этим возрастают потери кремния и марганца, разбрызгивание расплавленного металла и чувствительность дуги к магнитному дутью. С понижением напряжения сварной шов формируется хуже. Поэтому важно соблюсти баланс между напряжением и величиной тока, диаметром и составом электродной проволоки. Как правило, напряжение на дуге не превышает 22–28 В.
3. Диаметр, наклон, скорость подачи и вылет электродной проволоки. Для сварки применяют проволоку Св-08 Г2 С, в состав которой входят марганец и кремний, играющие роль раскислителей. Они препятствуют образованию газовых пор. Для полуавтоматической сварки подбирают проволоку диаметром 0,8, 1, 1,2, 1,6 или 2 мм, а для автоматической – 3 мм. Для различных видов стали используют сварочную проволоку разных марок:
– для углеродистых и низколегированных – Св-08 ГС и Св-08 Г2 С, рассчитанных на величину тока 300–400 и 600750 А соответственно;
– для низколегированных повышенной прочности – Св-10 ХГ2 С;
– для теплоустойчивых сталей типа 20 ХМФ – Св-08 ХГСМФ и т. д.
Вылет сварочной проволоки в зависимости от величины сварочного тока может варьироваться в пределах 7-14 мм при токе 60-150 А и 15–25 мм при токе 200–500 А.
4. Расход углекислого газа (7-20 л/мин).
5. Скорость сварки (20–80 м/ч).
Примерные режимы для сварки в углекислом газе представлены в табл. 31, причем скорость подачи проволоки определяется методом подбора под соответствующий режим.
Таблица 31. РЕЖИМЫ ДУГОВОЙ СВАРКИ В СРЕДЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗАВ процессе сварки не следует задерживать горелку в зоне сварочной ванны, чтобы не усилить разбрызгивание металла. При выполнении нижних швов горелку нужно держать под углом в 5-15° вперед либо назад (второй вариант предпочтительнее, поскольку при этом надежнее защищается металл сварочной ванны).
При механизированной сварке тонколистового металла (1–2 мм) совершение колебательных движений не требуется, а горелку рекомендуется держать под углом в 30–45° (углом назад).
Стыковые соединения металла толщиной 1,5–3 мм выполняют на весу. Более тонкий металл варят в вертикальном положении сверху вниз и ограничиваются только одним проходом.
Нахлесточные соединения при толщине металла 0,8–2 мм обычно варят на весу, иногда на медной подкладке. Скорость сварки может быть увеличена при условии качественной сборки.
При сварке меди зону сварочной дуги защищают азотом. Азотно-дуговую сварку ведут угольными или графитными стержнями, поскольку применение вольфрамовых стержней экономически невыгодно (на их поверхности образуются легкоплавкие соединения (нитриды вольфрама), что приводит к увеличению расхода вольфрама), при постоянном токе прямой полярности. Диаметр угольного электрода составляет 6–8 мм при величине тока 150–500 АВ; расход азота – 3-10 л/мин; напряжение на дуге – 22–30 В. Для фиксации стержней горелка должна быть оснащена сменными наконечниками.Технология дуговой резки
Разработано и используется несколько способов резки металлов (стали, чугуна, цветных металлов) электрической дугой.
1. Дуговая резка металлов осуществляется с помощью:
1) металлического плавящегося электрода. Этот способ состоит в том, что металл расплавляют с помощью более высокой величины тока (на 30–40 % больше, чем при дуговой сварке).
Электрическую дугу возбуждают на верхней кромке у начала реза и постепенно перемещают ее вниз вдоль кромки (рис. 83).
Рис. 83. Схема резки металлическим плавящимся электродом
Капли жидкого металла выталкивают козырьком электродного покрытия. Кроме того, он изолирует электрод, препятствуя его замыканию на металл.
Резка таким способом обладает рядом недостатков, в частности имеет низкую производительность и дает некачественный рез. Режимы, при которых проводят резку, представлены в табл. 32;
Таблица 32. ПРИМЕРНЫЕ РЕЖИМЫ РЕЗКИ МЕТАЛЛА ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ2) угольного электрода. Этот способ используют при резке чугуна, цветных металлов и стали тогда, когда нет необходимости строго соблюдать все размеры, а качество и ширина реза не играют никакой роли. При этом разделку проводят, выплавляя металл вдоль линии раздела. Резку ведут при постоянном или переменном токе сверху вниз, располагая оплавляемую поверхность под небольшим углом к горизонтальной плоскости, чтобы облегчить вытекание жидкого металла. Режимы резки представлены в табл. 33.
Таблица 33. ПРИМЕРНЫЕ РЕЖИМЫ РЕЗКИ СТАЛИ УГОЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДОМ3) неплавящегося вольфрамового электрода в среде аргона. Этот способ резки используется редко, в основном при работе с легированными сталями и цветными металлами. Его суть заключается в том, что на электрод подают ток, величина которого превышает таковую при сварке на 20–30 %, и насквозь проплавляют металл.
2. Кислородно-дуговая резка (рис. 84). В данном случае металл расплавляют электрической дугой, которую возбуждают между изделием и стержневым электродом из низкоуглеродистой или нержавеющей стали (наружный диаметр – 5–7 мм, внутренний – 1–3,5 мм), после чего он сгорает в струе кислорода, подаваемого из отверстия трубки и окисляющего металл, и выдувается. Кислородно-дуговую резку применяют в основном при подводных работах.
Рис. 84. Схема оборудования поста для кислородно-дуговой резки: 1 – источник питания (трансформатор); 2 – регулятор; 3 – рубильник; 4 – кабель; 5 – электродержатель; 6 – электрод; 7 – резак РГД-1-56; 8 – кислородный шланг; 9 – кислородный баллон; 10 – редуктор
3. При воздушно-дуговой резке (рис. 85) металл расплавляют электрической дугой, возбуждаемой между изделием и угольным электродом (пластинчатым или круглым), и удаляют струей сжатого воздуха.
Рис. 85. Схема осуществления воздушно-дуговой резки: 1 – резак; 2 – струя воздуха; 3 – канавка; 4 – электрод
Процесс резки проводят при использовании постоянного тока обратной полярности (при прямой полярности зона нагрева более широкая, что создает трудности при удалении металла) или переменного тока.
Величину тока определяют по формуле:
I = K·d,
где I – ток;
K – коэффициент 46–48 и 60–62 А/мм для угольных и графитовых электродов соответственно;
d – диаметр электрода.
Для этого способа применяют особые резаки, которые бывают двух типов и поэтому предполагают разные режимы резки:
– резаки с последовательным расположением струи воздуха;
– резаки с кольцевым расположением струи воздуха.
Воздушно-дуговая резка подразделяется на два типа, которым соответствуют разные режимы (табл. 34 и 35):
– поверхностная строжка, используемая для разделки образовавшихся в металле или сварном шве дефектов, подрубки корневого шва и снятия фасок;
– разделительная резка, применяемая при обработке нержавеющей стали и цветных металлов.
Таблица 34. ПРИМЕРНЫЕ РЕЖИМЫ ПОВЕРХНОСТНОЙ ВОЗДУШНО-ДУГОВОЙ РЕЗКИТаблица 35. ПРИМЕРНЫЕ РЕЖИМЫ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ ВОЗДУШНО-ДУГОВОЙ РЕЗКИ
4. Плазменно-дуговая резка, суть которой заключается в том, что металл проплавляется мощным дуговым разрядом, сконцентрированным на небольшом участке поверхности разрезаемого металла, и удаляется из зоны реза высокоскоростной газовой струей. Холодный газ, проникающий в горелку, обтекает вольфрамовый электрод и в зоне разряда превращается в плазму, которая затем истекает через небольшое отверстие в медном сопле в виде яркосветящейся струи с высокой скоростью и температурой, доходящей до 30 000 °C (или больше). Принципиальная схема плазменно-дуговой резки показана на рис. 86.
Рис. 86. Схема процесса плазменно-дуговой резки: 1 – электрод; 2 – водоохлаждемое сопло; 3 – наружное сопло; 4 – струя плазмы; 5 – металл; 6 – изоляционная шайба; 7 – балластное сопротивление; 8 – источник питания; 9, 10 – газ; 11 – вода
Плазменная резка может осуществляться независимой или зависимой дугой. В таком случае говорят о плазменной дуге прямого или косвенного действия.
Режимы резки, на которые можно ориентироваться, наглядно представлены в табл. 36.
Таблица 36. ПРИМЕРНЫЕ РЕЖИМЫ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ РЕЗКИ ДВУХ ВИДОВ МАТЕРИАЛА5. Дуговая резка под водой. В жидкой среде, например в воде, можно создать мощный дуговой разряд, который, обладая высокой температурой и значительной удельной тепловой мощностью, сможет испарять и диссоциировать жидкость. Дуговой разряд сопровождает образование паров и газов, которые заключат сварочную дугу в газовую оболочку, т. е. фактически дуга будет находиться в газовой среде.
Стабильную сварочную дугу от стандартных источников питания дадут угольные и металлические электроды. Для осуществления резки под водой на них должно быть нанесено толстое водонепроницаемое (пропитанное парафином) покрытие, которое, охлаждаясь снаружи водой, будет плавиться медленнее, чем стержень электрода. В результате этого на его конце образуется небольшой чашеобразный козырек, благодаря которому будет обеспечиваться устойчивость газовой оболочки и горения дуги.
Величина тока выставляется из расчета 60–70 А на 1 мм диаметра электрода.
Описанный способ резки применяют при ремонте судов и т. п.Техника безопасности при дуговой сварке и резке
Сварочные работы сопряжены с определенными факторами, которые могут быть опасными для здоровья человека. К ним относятся:
– поражение электрическим током;
– отравление токсичными газами и пылью;
– ожоги расплавленным металлом, который разбрызгивается при сварке;
– поражение глаз и незащищенной поверхности кожи лучами сварочной дуги;
– ушибы и порезы, которые возможны при подготовке изделия под сварку;
– взрывы находящихся под давлением сосудов или взрывоопасных веществ;
– пожар.
Чтобы обезопасить свое здоровье, необходимо:
1) скрупулезно выполнять инструкции по обращению со сварочным оборудованием (об ознакомлении с ними в условиях производства надо расписаться в соответствующем журнале);
2) следует знать порядок включения и выключения питающей сети высокого напряжения, проверять заземление и сопротивление изоляции коммутационных проводов и электродержателей (на производстве такой контроль осуществляется ежегодно, о чем составляются соответствующие акты);
3) работать только в специальной одежде, надевать рукавицы, в подошве не должно быть металлических гвоздей, набоек и пр.;
4) ухаживать за оборудованием и следить за его исправностью. Это означает, что рабочий день должен начинаться с ряда определенных мероприятий, а именно:
– с проверки наличия заземления;
– с очищения источника питания перед включением от пыли, огарков электродов и пр. Если при его включении замечены неисправности, нужно отключить источник и предпринять меры по их устранению (на производстве следует поставить об этом в известность мастера);
– с проверки надежности изоляции проводов, их стыков. Если потребуется, надо заменить изоляцию, затянуть крепление и т. д. Ремонтировать оборудование должен профессиональный электрик;
5) по окончании работы положить электродержатель таким образом, чтобы контакт с токоведущими частями сварочного поста был исключен;
6) при сварке внутри сосудов иметь резиновый коврик и двенадцативольтовую лампу;
7) не работать во время дождя или снегопада при отсутствии укрытия.
При осуществлении сварочных работ запрещается:
– использовать дефектные сварочные щитки и маски;
– работать с треснувшими и сильно потертыми светофильтрами;
Читать бесплатно другие книги:
