Тема до уроку № 49:

"Способи регулювання режимів автоматичного зварювання під флюсом"

Зварювання під флюсом (SAW) – це процес зварювання плавленням при якому електродний дріт суцільного перерізу подається у зону зварювання, а флюс, котрий покриває зварний шов та ванну, плавиться, чим захищає зону зварювання від атмосфери та легує зварний шов, надаючи йому певних механічних та хімічних властивостей. Даний вид зварювання за ступенем механізації поділяють на автоматичне та напівавтоматичне зварювання, а технологія зварювання під флюсом дозволяє виконувати одностороннє або двохстороннє зварювання.

Автоматичне зварювання під флюсом застосовують при серійному виробництві однотипних конструкції з довгими протяжними швами правильної форми. Подача електродного дроту у зварювальну ванну та переміщення дуги уздовж шва відбувається автоматично, дану функцію може виконувати зварювальний трактор, зварювальна головка або зварювальний автомат.

Напівавтоматичне зварювання під флюсом доцільно використовувати при одиничному виробництві або зварюванні коротких швів. При напівавтоматичному зварюванні під флюсом, переміщення дуги вздовж зварного шва виконується вручну зварником.

SAW зварювання широко застосовується при виробництві трубопроводів та труб великого діаметра, таврових та двотаврових балок, суднобудуванні, танкобудування, будівництві нафтових та хімічних резервуарів.

Зварювання під флюсом успішно використовують при зварюванні металоконструкції з вуглецевих, низьколегованих, нержавіючих сталей, жароміцних та кислотостійких сплавів, титану, алюмінію, міді та різноманітних сплавів.

Сутність процесу полягає у тому, що дуга, яка горить між електродним дротом та основним металом, покрита товстим шаром флюсу. Від температури дуги флюс частково плавиться, утворюючи газову порожнину та рідкий шлак на поверхні зварювальної ванни, захищаючи метал шва від повітря. Також  шлак створює додатковий тепловий захист і знижує теплові втрати дуги.

Флюс надходить у зону зварювання по спеціальному патрубку із флюсового бункера під дією сили тяжіння. Товщина флюсового шару становить близько 15-30мм. В процесі переміщення дуги та остигання зварювального шва, на його поверхні утворюється шлакова кірка, яка легко відділяється та може бути повторно використана, що зменшує витрату флюсу.

Відкриття швидкісного методу зварювання та доведення його до промислового використання було здійснене в 1930-1940 роках в Інституті електрозварювання ім. Є. О. Патона.

Переваги зварювання під шаром флюсу:

- висока продуктивність зварювання;

- збільшена глибина проплавлення через високий струм зварювання;

- відсутність розбризкування металу та зменшене його вигорання, відповідно, менший розхід дроту при зварюванні;

- висока якість зварного шва завдяки механізації процесу та гарному захисту шва;

- можливість повторного використання флюсу (рециркуляція флюсу);

- покращення умов праці зварника через відсутність світлового випромінювання;

 До недоліків зварювання під флюсом відносять:

- зварювання виконують лише в нижньому положенні;

- труднощі при зварюванні в монтажних умовах;

- відсутність візуального контролю за горінням дуги та формуванням шва;

- пил від флюсу та зварювальний аерозоль шкідливий для органів дихання;

- високі вимоги до збирання деталей та обробки крайок.

При підготовці обладнання, налаштовують наступні параметри режиму зварювання під флюсом: діаметр електродного дроту, виліт електродного дроту, полярність, струм на напрузі зварювання, швидкість переміщення.

Діаметр електродного дроту обирають в залежності від виду робіт (зварювання або наплавлення) та струму зварювання. Найпоширенішими діаметрами дроту є 2мм, 3мм, 4мм.

Рід і полярність.Зварювання під флюсом виконують на постійному струмі прямої або зворотної полярності. Пряма полярність - зварювальний трактор приєднаний до роз'єму «-», а деталь до «+». Перевагою даної схеми дугового зварювання є велика висота наплавленого валика при мінімальній глибині проплавлення. Схема підключення на прямій полярності застосовується в основному при наплавленні. Зворотна полярність - деталь приєднана до роз'єму «-», а зварювальний трактор до «+». Особливість полягає у найменшій ймовірності утворення пор та великій глибині проплавлення. Область застосування - зварювання стикових з’єднань без розкриття крайок. Полярність постійного струму неоднаково впливає на глибину проплавлення,що пояснюється різною кількістю тепла,що виділяється на катоді(мінус) і на аноді(плюс).

При автоматичному  і напівавтоматичному зварюванні під флюсом постійним струмом,як правило застосовується зворотня полярність,при якій в основному розплавляється основний метал.

При зварюванні під шаром флюсу напруга на дузі різко впливає на форму і ширину шва. Чим більша напруга на дузі, тим більше її довжина та рухливість, що викликає збільшення ширини шва та зменшення глибини проплавлення. Зазвичай напруга зварювання коливається в межах від 25В до 45В.

Сила зварювального струму має найбільший вплив на глибину проплавлення, при чому, сила зварювального струму прямо пропорційна швидкості подачі електродного дроту.

Залежність глибини проплавлення від зварювального струму виражається формулою:

h=KIзв,де К 

коефіцієнт пропорційності, який залежить від роду струму і його полярності, діаметра електрода і складу флюса.

Силу зварювального струму обирають відповідно до товщини деталі: чим більше сила струму, тим більше глибина проплавлення, занадто мале значення струму зварювання може призвести до непровару. При малій швидкості подачі (струму) можливий обрив дуги, при великій швидкості подачі дроту (струму) він не встигає плавитися і відбувається часте коротке замикання на зварювальну ванну, що негативно впливає на зварний шов.

Напруга дуги.Із усіх параметрів механізованих способів зварювання на ширину шва найбільше впливає напруга дуги.

Із підвищенням напруги дуги збільшується ЇЇ довжина й рухливість. При цьом зростає частка тепла, що йде на плавлення поверхні основного металу та флюсу. Це призводить до значного збільшення ширини шва, при чому глибина провару зменшується, що особливо важливо при зварюванні тонкого металу.

Із підвищенням напруги дуги збільшення ширини шва залежить також і від роду струму. При однакових значеннях напруги дуги ширина шва на постійному струмі, а особливо при зворотній полярності, значно більше ширини шва, звареного на змінному струмі (табл. 1, 2).

Зварювальний струм і напруга дуги протилежно впливають на форму шва. Тому для одержання шва оптимальної форми збільшення зварювального струму при збільшеній товщині зварюваного металу повинне обов'язково супроводжуватися відповідним підвищенням напруги дуги. На практиці напруга дуги встановлюється залежно від величини зварювального струму і діаметра електрода (табл. 3). 

Швидкість зварювання.Швидкість переміщення або швидкість зварювання впливає на геометричні параметри шва при незмінних значеннях напруги та струму зварювання, внаслідок зміни погонної енергії. Збільшення швидкості зварювання призводить до зменшення глибини проплавлення. Велика швидкість зварювання, більше 70м/год, може призвести до виникнення дефектів, тому використовують спеціальні способи зварювання: зварювання трифазною дугою, двох-дугове зварювання, використовуючи зварювальний трактор у тандемі з іншими пристроями.

рис.1.Вплив сили зварювального струму(а),напруги  дуги(б),швидкості зварювання(в) на геометрічні розміри і форму шва

Збільшення швидкості зварювання супроводжується зменшенням ширини провару внаслідок зниження погонної енергії зварювання і відхилення погонної енергії зварювання й відхилення стовпа дуги.При цьому зменшується прогрів зварних кромок і рідкого металу зварної ванни.При зварюванні із швидкістю понад 70-80м/год ширина проплавлення основного металу буде більшою ширини затверділого валика,а по обидві його боки утворюються не заповнені металом канавки.Швидкість зварювання визначають по формулі:

Vзв.=2500/Iзв.

де Vзв.-швидкість зварювання м/год;Iзв.-зварювальний струм.

Швидкість подачі електродного дроту.Швидкість  подачі режиму зварювання тісно пов`язаний із силою зварювального струму і напругою дуги.Для стійкого процесу зварювання швидкість подачі електродного дроту повинна бути рівною швидкості його плавлення.При недостатній швидкості подачі електродного дроту можливі періодичні обриви дуги,при дуже великій швидкості подачі проходять часті короткі замикання електрода на зварну ванну.

Виліт електрода.Із збільшенням вильоту електрода зростає інтенсивність його попереднього підігріву зварювальним струмом,який проходить через нього.Електрод плавиться швидше,а основний метал залишається порівняно холодним.Крім того збільшується довжина дуги,що призводить до зменшення глибини провару й до деякого збільшення ширини шва. Зазвичай виліт обирають в межах 8-10 діаметрів електроду. 

Нахил електрода вздовж шва.При зварюванні кутом уперед рідкий метал підтікає під дугу.При цьому товщина прошарку металу збільшується,а глибина провару зменшується.Також зменшується висота посилення шва,але помітно зростає його ширина.Це дозволяє використовувати зварювання кутом уперед.При зварюванні кутом уперед краще проплавляються кромки,що дає можливість проводити зварювання на підвищенних швидкостях.

Рис.2.Вплив кута нахилу електрода (а)і кута нахилу виробу(б) на геометричні розміри і форму шва

Нахил виробу.Автоматичне і напівавтоматичне зварювання під флюсом проводиться при горизонтальному положенні виробу(рис.2).Можливе зварювання знизу вверх(на підйом) або зверху вниз (на спуск).При зварюванні на підйом рідкий метал під дією власної масивитікає з-під дуги, прошарок рідкого металу зменшується, що призводить до збільшення глибини провару і зменшення ширини шва. При куті нахилу понад 6-8° з двох боків шва можутьутворитися підрізи. При цьому зовнішній вигляд шва погіршується.

При зварюванні на спуск розплавлений метал підтікає під дугу, що призводить до збільшення товщини прошарку рідкого металу При цьому глибина провару зменшується. Зварювання на спуск дозволяє збільшити швидкість зварювання при якісному формуванні шва. Невелика глибина провару дозволяє застосовуватицей спосіб при зварюванні тонкого металу. При куті нахилу понад 15-20° відбувається сильне розтікання електродного металу, який натікає на поверхню зварного виробу, але не сплавляється з ним.

Марка флюсу та його грануляція.

Різні флюси мають неоднакові стабілізуючі властивості. Із підвищенням стабілізуючих властивостей флюсу збільшується довжина дуги й напруга на ній. При цьому зростає ширина шва і зменшується глибина провару. Чим крупніший флюс, тим менша його об'ємна (насипна) маса. Флюси з малою об'ємною масою (крупнозернисті, скло- та пемзовидні) здійснюють менший тиск на газову порожнину зони зварювання, що сприяє одержанню більш широкого шва з меншою глибиною провару.

Застосування дрібнозернистих флюсів з великою об'ємною масою призводить до збільшення глибини провару і зменшення ширини шва.