Галузь застосування автоматичного та напівавтоматичного зварювання.

Автоматичне зварювання металів під флюсом застосовують у машино- і мостобудуванні. Наприклад, у місті Києві збудовано найбільший у світі суцільнозварний автодорожний міст через річку Дніпро. Майже всі елементи моста зварено на заводі і змонтовано на місці будівництва методом автоматичного зварювання металів під флюсом. Завдяки цьому методові стався технологічний переворот в судно- і котлобудуванні, виробництві сталевих тонкостінних труб великого діаметра для магістральних нафто- і газопроводів, у виробництві різної апаратури. Велике значення має автоматичне зварювання металів для нової техніки, енергетики, хімічної промисловості. В результаті застосування в СРСР понад 10 000 автоматів і напівавтоматів для зварювання під флюсом тільки за другу половину 1950-х років вивільнилось в основних галузях металообробної промисловості понад 30 000 зварників.

Для автоматичного зварювання металів під флюсом застосовують зварювальні трактори — самохідні апарати, які пересуваються безпосередньо по зварюваному виробу, а також зварювальні головки. Зварювальний трактор або головка збуджує дугу на початку зварювання, автоматично підтримує стійке горіння під час її роботи, переміщує дугу вздовж шва (трактор), подає флюс на зварювані кромки, заварює кратер в кінці шва в момент припинення процесу вварювання. Живлення дуги змінним струмом здійснюється звичайно від зварювального трансформатора. Постійний струм застосовують тільки для зварювання високолегованих сталей і сплавів алюмінію, титану та сплавів на їх основі, а також у польових і монтажних умовах — на будівництві магістральних трубопроводів, мостів, нафторезервуарів тощо.

Розвиток автоматичного зварювання швидкими темпами у 1959—65 роках в СРСР відбувався у важкому і транспортному машинобудуванні, виробництві металоконструкцій, суднобудуванні для відновлення зношених поверхень валків прокатних станів та інших деталей металурійного устаткування, коліс та інших частин рухомого складу залізниць, деталей сільськогосподарської, землерийної техніки, будівельних машин, кранових коліс, різального інструмента, для виготовлення біметалевих виробів.

При зварюванні звичайних вуглецевих і деяких легованих сталей застосовують плавлені флюси — силікати, які містять в собі 35—45% SiO₂, 35—40% MnO, 5—8% CaF₂, а також CaO, MgO, Al₂O₃. При зварюванні високолегованих сталей і сплавів (жаротривких, нержавіючих, кислотостійких тощо), а також титану, алюмінію, урану та сплавів на їх основі застосовують безкисневі, або галоїдні флюси, які складаються, в основному, з фторидів і хлоридів лужних і лужноземельних металів.

Використання при зварюванні флюсів зварювальних забезпечує захист розплавленого металу в зоні зварювання, що утворюються. Флюси при зварюванні насипаються або намазуються на крайки деталей, підготовлені під зварювання, а також можуть вводитися в шов разом із присадковим дротом. При нагріванні флюси утворюють легкоплавкі шлаки, що спливають на поверхню рідкого металу.

Зварювання під флюсом - високопродуктивний і чистий метод зварювання, широко застосовуваний у промисловості. До переваг цього методу відносяться також висока якість і стабільність властивостей зварених з’єднань, невелика витрата зварювальних матеріалів та електроенергії.

Флюси класифікуються:

За призначенням:

• для зварювання вуглецевих і легованих сталей;

• для зварювання високолегованих сталей;

• для зварювання кольорових металів і сплавів.

За хімічним складом:

• оксидні (застосовуються для зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей);

• сольові (застосовуються для зварювання активних металів та електрошлакового переплаву);

• солеоксидні (застосовуються для зварювання легованих сталей).

За ступенем легування металу шва:

• пасивні (не вступають у взаємодію з розплавленим металом);

• активні (легуючий метал шва).

За способом виготовлення:

• плавлені;

• неплавлені (керамічні).

За будовою крупинок:

• склоподібні;

• пемзоподібні;

• цементовані.

Флюси плавлені

• АН-348А використовуються для механізованого електродугового зварювання і наплавлення виробів широкої номенклатури з вуглецевих і низьколегованих сталей вуглецевими і низьколегованими дротами.

• АН-47 застосовуються при механізованому зварюванні низьколегованих сталей звичайної і підвищеної міцності, зварювання кільцевих швів труб великого діаметру.

• АН-60 - для механізованого дугового зварювання виробів з вуглецевих і низьколегованих сталей з підвищеною швидкістю, особливо при виробництві труб.

Флюси керамічні

• Флюси керамічні використовуються при наплавленні низьковуглецевим і низьколегованим дротом.

• АНК-565 використовуються для механізованого зварювання низьколегованих, у тому числі холодостійких і атмосферостійких сталей. Забезпечують високу холодостійкість зварених з’єднань.

• АНК-57 використовуються для механізованого дугового зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей. Рекомендуються для зварювання суднобудівних сталей нормальної, підвищеної і високої міцності, призначених для конструкцій корпусів суден, суднових пристроїв і механізмів, що охолоджуються до низьких температур (-50о С).

• АНК-47А використовуються для автоматичного дугового зварювання низьколегованих сталей. У сполученні із стандартними низьковуглецевими і низьколегованими дротами забезпечують високу холодостійкість зварених з’єднань.

Флюси підбирають у залежності від виду і властивостей матеріалу, що зварюється. Для дугового електрозварювання та електрошлакового переплавлення застосовуються гранульовані зернисті флюси, для газового зварювання - флюси у вигляді порошку або пасти.

Теоретична частина.

Режими зварювання — це сукупність різних факторів зварювального процесу, які забезпечують стійке горіння дуги і одержання швів заданих розмірів, форми та якості. До таких факторів відносяться: діаметр електрода, сила зварювального струму, тип і марка електрода, напруга на дузі, рід і полярність зварювального струму, швидкість зварювання, розташування шва у просторі, попередній підігрів і наступна термічна обробка.

Технологічні режими зварювальної дуги визначаються сукупністю показників.

Основним призначенням режимів є отримання якісного зварного шва, показником якого є коефіцієнт форми провару (відношення ширини шва до глибини провару).

При дуговому зварюванні цей коефіцієнт може змінюватися від 0,8 до 20.

На підставі розглянутих теоретичних положень зварювання елементи режимів можна підрозділити на основні і додаткові.

До основних відносяться: сила струму, його рід і полярність, діаметр електроду, властивості його покриття, напруга дуги і швидкість зварювання.

До додаткових відносяться: виліт електроду, початкова температура металу,

нахил електроду, напрям зварювання і т.д.

Сила струму визначає форму провару (ширину і глибину) зварного шва.

Підвищення струму збільшує глибину провару, а зниження - зменшує. Окрім цього, сила струму визначає температуру дуги, а отже, і швидкість плавлення металу.

Величина зварювального струму встановлюється в залежності від діаметра

обраного електрода. Для зварювання в нижнім положенні зварювальний струм визначають за формулою

Iзв = k·dе,

де Iзв — величина зварювального струму, А; dе — діаметр електрода, мм; k —коефіцієнт, що залежить від типу електрода і його діаметра, А/мм.

Залежність коефіцієнта k від діаметра електрода при зварюванні

низьковуглецевих і низьколегованих сталей покритими електродами приведено в

Таблиця 1

. dе, мм

1-2

3-4

5-6

k, A/мм

25 - 30

30-50

50-60

Знайдену величину струму необхідно практично перевірити, наплавляючи напластину пробні валики і визначаючи при цьому глибину провару, ширину шва, а також стійкість горіння дуги.

Рід струму і полярність вибирають у залежності від товщини металу і марки сталі, що зварюється. Тонкий метал, а також високолеговані сталі зварюють на постійному струмі зворотної полярності. Застосування змінного струму знижує витрати на зварювальне устаткування і вартість енергії в порівнянні із зварюванням на постійному струмі.

Змінний струм широко використовується для зварювання вуглецевих та низьколегованих сталей середньої і великої товщини.

Діаметр електроду визначає густину струму в електроді, ширину і глибину зварного шва і рухливість дуги. Зменшення діаметра електроду при однаковій силі струму збільшує його густину, зменшує рухливість дуги, збільшує глибину провару шва і зменшує його ширину.

Діаметр електрода при зварюванні у нижньому положені шва вибирають залежно від товщини металу, що зварюється, за даними таблиці 2.

Товщина металу, мм 1,5 2,0 2,5 3,0 4-5 6-8 9-12 13-15 16-20

Діаметр стержня електрода, мм 1,6 2,0 2,5 3,0 3-4 4 4-5 5 5-6

При зварюванні багатошарових швів перший шар повинен зварюватися

електродом діаметром не більш 4—5 мм, тому що інакше можливий непровар кореня шва.

Режими зварювання значно впливають на якість, розміри та форму шва. Зменшення діаметра електрода при постійному зварювальному струмі підвищує густину струму в електроді й глибину провару, що пояснюється збільшенням тиску дуги. При цьому також зменшується ширина шва за рахунок зменшення катодної та анодної плям. Ширина шва при зварюванні на прямій полярності менша ніж на зворотній, а значить менша порівняно із зварюванням на змінному струмі. Глибина провару прямо залежить від сили струму. При її збільшенні глибина провару також збільшується і навпаки. На прямій полярності глибина провару більша, ніж при зворотній полярності. При зварюванні змінним струмом провар на 15-20% менший, ніж при зварюванні постійним струмом. Під впливом тиску дуги, який збільшується з ростом струму, розплавлений метал витискується з-під дуги, що призводить до наскрізного проплавлення. Напрям тиску дуги можна змінювати нахилом електрода до виробу. При зварюванні кутом уперед зменшується глибина провару і збільшується ширина шва, а при зварюванні кутом назад провар збільшується і зменшується ширина шва. Коли зварювання ведуть на підйом, то збільшується глибина провару й зменшується ширина шва, а при зварюванні на спуск — навпаки Напруга дуги мало впливає на глибину провару, зате має пряму залежність із шириною шва — при підвищенні напруги ширина шва збільшується. Підвищення напруги дуги за рахунок збільшення її довжини призводить до зниження зварювального струму, а відповідно, й до зменшення глибини провару. Напруга в дузі залежить від її довжини. Зварювання варто виконувати можливо більш короткою дугою (2-3 мм). Глибина провару також залежить від амплітуди коливання кінця електрода — чим більша амплітуда, тим менший провар. Підвищення швидкості зварювання призводить до зменшення глибини провару та ширини шва. Швидкість зварювання впливає на ширину і глибину шва. При ручному зварюванні, коли швидкість незначна (1-1,5 м/год), глибина провару практично від неї не залежить, оскільки сила тиску дуги дуже мала і шар рідкого металу на дні корита перешкоджає збільшенню глибини провару. Проте в цьому випадку швидкість зварювання визначає ширину шва, яка обернено пропорційна їй. Швидкість зварювання встановлює зварювальник. Високолеговані сталі, щоб не було їх перегріву рекомендується зварювати на більших швидкостях, чим звичайні низько- і средньовуглецеві і низьколеговані. Довжина електроду (виліт) визначає ступінь його нагріву і швидкість плавлення металу, що, у свою чергу, приводить до зменшення струму і глибини провару. Початкова температура основного металу, якщо вона в межах 100…400° С, приводить до збільшення ширини шва і глибини провару. Окрім цього, створюються кращі умови формування металу зварного шва. Нахил електроду впливає на ширину і глибину зварного шва: якщо електрод ведуть нахилом назад (щодо напряму зварки), дуга сильніше витісняє метал з ванни і глибина провару зростає, а ширина шва зменшується; при нахилі електроду вперед, навпаки, ширина шва збільшується, а глибина зменшується. Положення шва у просторі може бути будь-яким, але завжди потрібно прагнути до того, щоб зварювання виконувати в нижньому, тобто найбільш зручному для зварника положенні. СПОСОБИ ЗВАРЮВАННЯ ШВІВ. У процесі горіння дуги електроду надають рух у трьох напрямках. Рух І - поступальний у напрямку осі електрода - здійснюється з швидкістю плавлення електрода і підтримує необхідну довжину дуги. Рух II, необхідний для заповнення зазору рідким металом, направлений уздовж осі шва і виконується із швидкістю зварювання. Рух ІІІ - це коливання електрода поперек шва, що необхідні для утворення валика визначеної ширини, кращого прогріву кромок і уповільнення остигання зварювальної ванни. Траєкторії коливальних рухів електрода можуть бути різними і визначаються формою, розмірами і положенням шва в просторі, а також навичками зварника.У результаті коливальних рухів виходять валики, ширина яких дорівнює від 2 до 4 діаметрів електрода. При зварюванні без коливальних рухів ширина валика не перевищує 1,5 діаметра електрода, такі валики чи шви називають вузькими (чи нитковими) і застосовують при зварюванні тонкого металу, а також при накладанні першого шару багатошарових швів. У процесі зварювання потрібно прагнути до того, щоб весь електрод був розплавлений без переривання горіння дуги. При зміні електрода, а також після випадкового обриву дуги її варто знову запалити трохи попереду кратера, а потім повернутися назад, розварити кратер і тільки після цього продовжити рух уперед. В іншому випадку в місці обриву дуги може утворитися непровар. Необхідно уважно стежити за розплавлюванням кромок, проваром кореня шва і ні в якому разі не допускати затікання шлаку перед ванною.Наприкінці шва кратер може бути місцем початку утворення тріщин, тому його необхідно ретельно заплавляти чи виводити на основний метал. Зварювання стикових швів. Основними труднощами при зварюванні тонкого металу встик є можливість утворення наскрізних пропалів. Тому листи товщиною до 2 мм збирають без зазору і зварюють на мідній чи бронзовій прокладці.Стикові з'єднання з V-подібною підготовкою кромок у залежності від товщини металу зварюють одношаровими чи багатошаровими швами. При зварюванні в один шар дугу збуджують у точці а на грані скосу, а потім, перемістивши електрод униз, проварюють корінь шва. На скосах кромок рух електрода сповільнюють, щоб краще проварити їх, а в корені шва, навпаки, прискорюють, щоб не вийшло наскрізного пропалу. Послідовність положення окремих швів при багатошаровому зварюванні. Перший шар виконується нитковим швом електродом діаметром 3-4 мм без коливальних рухів. Особливу увагу при цьому необхідно звернути на хороший провар кореня шва. При накладенні кожного наступного шару попередній шар повинен бути ретельно зачищений від шлаку, щоб між швами не утворилися шлакові прошарки. У відповідальних конструкціях виконують зворотню підварку кореня шва. Стикові шви з Х - подібною підготовкою кромок виконують з дотриманням тих же правил, що і при зварюванні швів з V-подібною підготовкою кромок.Спосіб виконання шва залежить від його довжини і товщини металу, що зварюється. Шви довжиною до 250 мм умовно вважають короткими, від 250 до 1000 мм - середніми і більші 1000 мм - довгими.Короткі шви зварюються «на прохід» тобто від початку шва до його кінця в одному напрямку. Шви середньої довжини зварюють або на прохід від середини до країв, або східчатим способом. В останньому випадку весь шов розбивають на ділянки довжиною по 100-350 мм з таким розрахунком, щоб кожна ділянка могла бути зварена цілим числом електродів (одним, двома і т.д.).При цьому перехід від ділянки до ділянки сполучається із зміною електрода. Кожна ділянка заварюється в напрямку, зворотному загальному напрямку зварювання. Остання ділянка заварюється «на вихід». Довгі шви також зварюються від середини до країв, але назад східчастим способом; при цьому можуть працювати одночасно два зварники. Застосування зварювання шва від його середини до кінців, а також зворотньоступінчатого способу сприяє зменшенню деформацій і напружень, що виникають при зварюванні. При багатошаровому зварюванні середніх і довгих швів також застосовують зворотньоступінчатий спосіб. У цьому випадку початок і кінці ділянок наступних шарів трохи зміщають один відносно другого з таким розрахунком, щоб вони не збігалися з попередніми шарами, тому що в місці стикування швів можливе утворення дефектів.