Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 29. Технология ручной дуговой электрической сварки

Техника выполнения шва и режим сварки

Зажигание сварочной дуги. Зажигание (возбуждение) производится двумя способами (рис. 57). При первом способе электрод перпендикулярно подводят к месту начала сварки и после сравнительно легкого прикосновения к изделию отводят вверх на расстояние 2—5 мм. Второй способ напоминает процесс зажигания спички. При обрыве дуги повторное зажигание ее осуществляется впереди кратера на основном металле с возвратом к наплавленному металлу для вывода на поверхность загрязнений, скопившихся в кратере. После этого сварку ведут в нужном направлении.

Характеристика электродов для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами

Положение и перемещение электрода при сварке. Положение электрода зависит от положения шва в пространстве. Различают следующие положения швов (рис. 58): нижние вертикальное и горизонтальное на вертикальной плоскости 2Х потолочное 3. Сварку вертикальных швов можно выполнять сверху вниз и снизу вверх. Схема сварки вертикальных швов показана на рис. 59.

Схема сварки вертикальных швов

Рис. 57. Схема зажигания сварочной дуги. Рис. 58. Расположение сварного шва в пространстве

Рис. 60. Наклон электрода при сварке в нижнем положении. Рис. 61. Перемещение электрода при сварке «к себе». Рис. 62 Перемещение электрода про сварке «от себя»

При сварке в нижнем положении электрод имеет наклон от вертикали в сторону направления сварки (рис. 60). Перемещение электрода при сварке может осуществляться способами «к себе» (рис. 61) и «от себя» (рис. 62).

При отсутствии поперечных колебательных движений конца электрода ширина валика равна (0,8-т-1,5)dэлектрода. Такие швы или валики называют узкими или ниточными; их применяют при сварке тонкого металла и при наложении первого слоя в многослойном шве.

Основные виды траекторий поперечных движений рабочего конца электрода
Получение уширенных швов, или валиков, ширина которых обычно не более(2/4)dэлектрода, возможно за счет колебательных движений конца электрода. Основные варианты колебательных движений конца электрода показаны на рис.63.Движения, не способствующие усиленному прогреву свариваемых кромок, показаны на рис.63,а—б; способствующие усиленному прогреву обеих свариваемых кромок — на рис.63,в—ж; способствующие усиленному прогреву одной кромки — на рис.63,з,и способствующие прогреву корня шва — на рис.63,к.

Порядок выполнения швов(рис.64). Взависимости от длины различают щвы: короткие(250—300мм), средние(350—1000мм), длинные (более1000мм). Порядок выполнения длинных швов показан на рис.64,в.Шов выполняют короткими отрезками1—4.

Взависимости от размеров сечения швы выполняют однопроходными, или однослойными, и многопроходными, или многослойными (рис.65).Однопроходная сварка производительна и экономична, но

Выполнение шва в зависимости от его длины

Схема сварного шва

Схема многослойной сварки

металл шва недостаточно пластичен вследствие грубой столбчатой структуры металла шва и увеличенной зоны перегрева. В случае многослойной сварки каждый нижележащий валик проходит термообработку при наложении последующего валика, что позволяет получить измельченную структуру металла шва и соответственно повышенные механически свойства шва и сварочного соединения.

Расположение слоев (1—5) при многослойной сварке бывает^трех видов (рис. 66): последовательное наложение каждого слоя по всей длине шва, наложение «каскадным» способом и наложение способом «горки». Оба последних способа применяют при сварке металла значительной толщины (свыше 20—25 мм). При выполнении многослойных швов особое внимание следует уделять качественному выполнению первого слоя в корне шва. Провар корня шва определяет прочность всего многослойного шва.

Подбор силы токаи диаметра электрода. Силу сварочного тока выбирают в зависимости от марки и диаметра электрода, при этом учитывают; положениешва в пространстве, вид соединения, толщину и химический состав свариваемого металла, температуру окружающей среды. При учете всех факторов необходимо стремиться работать на максимально возможной силе тока.

Для подбора силы сварочного тока используют зависимости

где dэ — диаметр электродного стержня, соблюдая при этом определенные поправки. Если толщина металла <1,5d3при сварке в нижнем положении, то /св уменьшают на 10—15% по сравнению с расчетным. Если толщина металла >3d3>то /св необходимо увеличить на 10—15% по сравнению с расчетным. При сварке на вертикальной плоскости /св уменьшают на 10—15%, в потолочном положении — на 15—20% по сравнению с нормально выбранной силой тока для сварки в нижнем положении.

Ориентировочные режимы сварки приведены в табл. 44.

Зависимость силы сварочного тока от диаметра электрода

При выполнении сварки качественными электродами силу тока следует устанавливать в соответствии с данными, указанными в паспортах или сертификатах на эти электроды.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения, положения шва в пространстве, размеров детали, состава свариваемого металла. При сварке

встык металла толщиной до 4 мм применяют электроды диаметром, равным толщине свариваемого металла. При сварке металла большой толщины применяют электроды диаметром 4—8 мм при условии обеспечения провара основного металла. В многослойных стыковых швах первый слой выполняют электродом диаметром 3—4 мм, последующие слои выполняют электродами большего диаметра. Сварку в вертикальном положении производят с применением электродов диаметром не более 5 мм. Потолочные швы выполняют электродами диаметром не более 4 мм.

Сварка низкоуглеродистых сталей

Низкоуглеродистые стали, содержащие до 0,25% углерода, обладают хорошей свариваемостью. Сварные соединения при этом легко обрабатываются режущим инструментом. Сварку следует вести на максимально допустимых режимах. Подготовку кромок под сварку производят согласно ГОСТ 5264—69.

Сварка углеродистых сталей

К углеродистым сталям относятся среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,3—0,5% и высокоуглеродистые с содержанием углерода 0,5—1,0%.

При сварке среднеуглеродистых сталей возможно образование трещин как в основном, так и в наплавленном металле. Для получения доброкачественных соединений перед сваркой необходим подогрев изделия до температуры 200—350° С. После сварки изделие вновь помещают в печь, нагревают до температуры 675—700° С и медленно охлаждают вместе с печью до температуры 100—150° С. Дальнейшее охлаждение изделия возможно на воздухе. При сварке среднеуглеродистых сталей применяют электроды марок УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, ЦУ-1, УП-1, УП-2, К51, К5, К5А, СКУ и др. Сварку электродами УОНИ-13, К5 и ЦУ-1 можно выполнять только на постоянном токе при обратной полярности. Применение электродов К51, УП и К5А дает возможность использовать любой род тока.

Высокоуглеродистые стали используют при изготовлении режущего, врубового, бурильного и другого инструмента. Технология сварки этих сталей обязательно предусматривает предварительный подогрев, иногда сопутствующий подогрев и последующую термообработку. Сварку производят узкими валиками и небольшими участками. Обязательно заплавляют кратеры или выводят их на технологическую пластинку. Сварку при температуре окружающей среды ниже +5° С и на сквозняках производить нельзя.

Сварка легированных сталей

При сварке легированных сталей необходимо тщательно очищать кромки от окалины, пыли, грязи, шлака, а также удалить влагу с поверхности металла путем подогрева кромок до 110—120° С газовой горелкой. Для уменьшения опасности закалки основного металла применяют многопроходную сварку швами одинакового сечения, а также метод отжигающего валика, причем валик не должен касаться основного, металла. Для предупреждения появления трещин необходим предварительный подогрев изделия перед сваркой до 100—350° С.

Низколегированные стали. К этим сталям относят наиболее распространенные стали марок 15ХСНД (НЛ-2) ГОСТ- 5058—65* и некоторые другие. Сталь 15ХСНД при сварке склонна образовывать закалочные структуры.Для предупреждения перегрева и образования закалочных структур рекомендуется многослойная сварка с большим интервалом времени между наложением слоев. Электродуговую сварку металла толщиной 2 мм и выше производят электродами марок УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, К5 на постоянном токе обратной полярности.

Для изделия толщиной более 15 мм после сварки необходима термообработка — высокотемпературный отпуск (550—650° С).

Хромокремнемарганцовистые стали марок 15ХГС, 25ХГС, ЗОХГС и 35ХГС относятся к низколегированным конструкционным сталям повышенной прочности. При сварке они образуют закалочные структуры. В зависимости от толщины металла применяют однослойную и многослойную сварку с малыми интервалами времени между наложением слоев. Для сварки применяют электроды со стержнями из сталей Св-20ХГСА, Св-20ХМА, Св-ЗОХГСА или из низкоуглеродистой проволоки Св-08А. Марки покрытий электродов: ВИАМ-25, ВИАМ-100, В НАМ-101, ЦЛ-18, ЦЛ-19, ЦЛ-18М, УОНИ-13/55, УОНИ-13/65, УОНИ-13/85, К7 и аустенитовые электроды ВИАМ-НЖ-1, УОНИ-13/нж. Ориентировочные режимы сварки даны в табл. 45.

Ориентировочные режимы сварки сталей типа ЗОХГС
Изделия, сваренные из стали 25ХГС и ЗОХГС, нагревают до температуры 650—680° С с выдержкой в течение 1 ч на каждые 25 мм толщины и охлаждают на воздухе или в горячей воде. Если изделия из такой стали сварены аустенитовыми электродами, то термической обработке их можно не подвергать.

Среднелегированные стали. Стали 12М> Г2ХМ, 15ХМ, 20ХМ пред- назначены для изготовления деталей, работающих, в условиях высоких температур (400—600° С) и при давлении газа или пара до 300 ат (трубчатые элементы паровых котлов, элементы нефтеперегонной и химической аппаратуры и т. д.). Эти стали имеют склонность к образованию трещин в зоне термического влияния. Поэтому требуют предварительного подогрева до температуры 200—300° С и последующей термической обработки (отпуска). Отпуск проводят по режиму: нагрев изделия до 650° С, выдержка при этой температуре не менее 5 мин на каждый миллиметр толщины металла с последующим медленным охлаждением. Иногда эти стали отжигают при температуре 750—800° С.

Для сварки сталей 20М, 12МХ и 20MXJIприменяют электроды марок ЦЛ-б и ЦЛ-14. Режимы сварки — обычные. Для сталей 15М, 20М и 15ХМ применяют электроды марок ЦУ-2М, ЦУ-2ХМ и ЦМ-2МХ на постоянном токе обратной полярности.

Высоколегированные стали. К этим сталям относят стали типа Х18Н9, применяемые в химическом и пищевом машиностроении. Эти стали обладают высокой прочностью, вязкостью и пластичностью. При сварке необходимо учитывать, что эти стали имеют пониженную электропроводность и теплопроводность, что ведет к значительным короблениям, а также склонность к межкристаллитной коррозии. Поэтому строгое соблюдение режимов сварки особенно важно. Для . -сварки применяют электроды марок ЦЛ-2, ЦЛ-4, УОНИ-13/нж, НТУ-3, ЦЛ-11, ЦТ-1 и др. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности, применяя медные подкладки или ускоренное охлаждение швов водой или сжатым воздухом.

К окалиностойким сталям относят стали типа Х25Н12 и Х25Н20, применяющиеся при изготовлении трубопроводов, деталей турбин, котлов, высокого давления, химической аппаратуры и др. Они имеют повышенное сопротивление коррозии и выдерживают длительные нагрузки при высоких температурах. Эти стали имеют склонность к образованию горячих трещин. Для сварки сталей этого типа применяют электроды марок ЦЛ-8, ЦТ-1, ЦТ-7А, ЦТ-12А и НИИ-48. Сварку производят на постоянном токе обратной полярности. Для снятия напряжений после сварки стали подвергают термообработке (отпуск при 650° С).

Хромистые стали марок Х6СМ, 4Х9С2, Х5М, Х5МФ, 1X13 (ЭЖ-1) и др. с содержание хрома 4—14% относятся к мартенситному классу. Эти стали применяют для изготовления конструкций повышенной прочности в агрессивной среде (аппаратуре нефтеперерабатывающей промышленности). Стали Х28, 1Х17Ю5 и др. с содержанием хрома 18—30% относят к ферритному классу. Эти стали хорошо сопротивляются окислению при высоких температурах.

Склонность хромистых сталей к закаливанию на воздухе с образованием мартенситной структуры и рост зерен в зоне термического влияния доставляют основные трудности при сварке этих сталей. Сварку хромистых сталей необходимо выполнять с предварительным подогревом до температуры 200—400° С.

После сварки изделие охлаждают на спокойном воздухе до 150— 200° С, а затем подвергают высокому отпуску: нагрев в печи до температуры 720—750° С с выдержкой в течение 5 мин на 1 мм толщины металла, но не менее 1 ч, с последующим медленным охлаждением на спокойном воздухе. Стали с содержанием хрома 7—10% в печи выдерживают в течение 10 мин на 1 мм толщины металла. Рекомендуемые марки электродов: НЗЛ, НИИ-48, ЦТ-1, ЦТ-2, НТУ-3 и др. Сварку производят на постоянном токе обратной полярности.

Высокомарганцовистые стали типа П3J1,содержащие 11—16% марганца, относятся к сталямаустенитного класса. Стали обладают высокой износостойкостью, их применяют для изготовления железнодорожных крестовин, зубьев экскаваторов, ковшей землечерпалокидругих деталей. Для сварки применяют электроды трех типов: никелемарганцовистые, содержащие4—4,5%никеля, 11—13% марганца, 0,6—1,0% углерода. На стержни наносят покрытие основного типа;

нержавеющие марок УОНИ-13/нж, ЦЛ-2, ЦЛ-11, ЦТ-1 и др.; малоуглеродистые стали 03H-250, 03H-350 с покрытием, содержащим до 60—65% феррохрома. Сварку производят на постоянном токе обратной полярности. Сталь сваривают в закаленном состоянии. Закалку проверяют с помощью магнита (закаленная сталь немагнитна).

Инструментальные стали Р18, Р9 и их заменители ХВГ, 9ХВГ, 9ХС и др. применяют для изготовления режущего инструмента. Режущий инструмент с помощью электродуговой сварки можно изготовлять двумя способами: приваркой пластин быстрорежущей стали к державкам из поделочной стали и наплавкой быстрорежущей стали илиее заменителей на заготовку из углеродистой стали.

Наплавка целесообразна в случае использования для изготовления электродов отходов быстрорежущей стали (поломанных сверл, резцов, зенкеров, разверток и др.), иногда изготовляют специальные электроды из быстрорежущей стали, из катаной проволоки или из кованых стержней. Наплавляют в земляных формах, где формуется одновременно несколько заготовок. Наплавку ведут в один прием, не прерывая по мере оплавления. Перед обрывом дугу выводят на металл заготовки. После наплавки инструмент подвергают отжигу, затем обрабатывают механическим путем и, наконец, подвергают закалке и трехкратному отпуску, после чего твердость наплавленного металла достигнетHRC61—64.

Список литературы
  1. Технология электрической сварки плавления. Под ред. Б. Е. Патона. М— Киев, Машгиз, 1962, с. 240 — 293, 345 — 350, 425—439, 463—470, 475 — 494, 503 — 543.
  2. Справочник по специальным работам. Т. 1. Под ред. В. Д. Тарана. М., Стройиздат, 1971, с. 219—246.
  3. Фоминых В. П. Оборудование и технология дуговой сварки.М. «Машиностроение», 1966, с. 66 — 99, 150—169.

вверх страницы