Определение форм и размеров сварного шва при сварке наклонным электродом

Лабораторная работа №51

Цель работы – ознакомится с оборудованием поста механизированной сварки наклонным электродом и пучком электродов, выяснить влияние режима дуговой сварки наклонным электродом на изменение формы и размеров шва.

Дуговая сварка относится к сварке плавлением. При этом виде сварки плавление основного и присадочного металлов осуществляется электрической дугой, горящей между электродом и свариваемым металлом. Расплавленные основной и присадочный металлы (электрод или проволока) образуют сварочную ванну, в результате кристаллизация металла сварочной ванны образуется сварочный шов.

На рис. 51 показана схема ручной дуговой сварки металлическим электродом с покрытием (стрелкой обозначено направление сварки): 1 – металлический стержень; 2 – покрытие электрода; 3 – газовая атмосфера дуги; 4 – сварочная ванна; 5 – затвердевший шлак; 6 – закристаллизовавшийся метал шва; 7 – основной металл (изделие); 8 – капли расплавленного электродного метала; 9 – глубина проплавления.

Элементами геометрической формы сварочного шва являются: при стыковых соединениях (рис. 51.2, а) – ширина шва b, глубина провара h_пр; при тавровых (рис. 51.2, б), угловых и нахлёсточных соединениях – ширина шва b, высота шва h и катет шва k.

На качество и работоспособность сварного соединения, выполняемого ручной дуговой сваркой, влияют не только конструктивные элементы шва, но и отношение ширины однопроходного шва к глубине провара. Коэффициент формы провара ψ_пр=b/h_пр может изменятся в пределах 0,5…4,0. Оптимальное его значение равно 1,3…2,0. Отношение ширины шва к его выпуклости ψ_в=b/h_в (коэффициент формы валика) при хорошо сформированных швах не должно выходить за пределы 7…10.

Под режимом сварки понимают совокупность условий, создающих устойчивое протекания процесса сварки: стабильное горение сварочной дуги, получение сварочных швов необходимых размеров, формы и качества. Режим сварки включает в себя ряд параметров, которые подразделяют на основные и дополнительные. К основным параметрам режима ручной дуговой сварки относят, значение, род и полярность тока, диаметр электрода, напряжение, скорость сварки и колебание электрода, к дополнительным – покрытие электрода, начальную температуру основного металла, положение электрода в пространстве и положение изделия в процессе сварки.

Влияние сварочного тока проявляется в том, что с его увеличением усиливается давление столбца дуги на поверхность жидкого металла, дуга больше погружается в основной металл, возрастает количество расплавленного в единицу времени электродного металла. В результате этого глубина провара и доля участи основного металла шва увеличивается, ширина шва почти не меняется, а высота выпуклости шва возрастает. Коэффициент формы провара уменьшается.

Влияние рода тока и полярности на форму шва объясняется различным количеством теплоты, выделяющейся на катоде и аноде. При сварке на аноде дуги выделяется меньше теплоты, и на постоянном токе прямой полярности глубина провара получается примерно на 40…50% меньше, чем при сварке на обратной полярности, и на 15…20% меньше, чем при сварке на переменном токе. В связи с этим при сварке на прямой полярности коэффициент наплавки и высота выпуклости шва больше, чем при сварке на обратной полярности.

Увеличение диаметра электрода при неизменном сварочном токе приводит к усилению блуждания активного пятна по сечению конца электрода и поверхности сварочной ванны, вследствие чего глубина провара и выпуклости шва уменьшаются, а ширина шва возрастает. Если при том же токе сварку производить электродами меньшего диаметра, это приведёт к возрастанию плотности тока, в результате увеличится глубина провара, уменьшатся ширина шва и коэффициент формы провара.

Влияние напряжения дуги зависит в основном от длинны дуги. Чем больше длинна дуги, тем больше напряжение. Увеличение напряжения дуги приводит к увеличению её подвижности, в результате чего значительно возрастает ширина шва, заметно снижается выпуклость шва, а глубина проплавления в практически встречающихся пределах изменения напряжения дуги остаётся почти постоянной.

Увеличение скорости сварки приводит к сильному отклонению столба дуги в сторону, противоположную направлению скорости сварки, вследствие чего увеличивается горизонтальное составляющее давления дуги на расплавленный металл сварочной ванны, из-под дуги вытесняется больше жидкого металла, толщина слоя жидкого металла под дугой уменьшается, и глубина проплавления при возрастании скорости сварки возрастает. Это приводит к сокращению площади сечения шва, уменьшению ширины шва, увеличению доли участия основного металла в металле шва и уменьшению коэффициента формы провара. При дальнейшем увеличении скорости сварки время теплового действия дуги на металл и глубина провара уменьшаются, а при значительной скорости сварки будет несплавление основного металла с металлом шва.

Колебанием концом электрода поперёк шва пользуются для образования уширённого валика, для чего электроду сообщают поперечные колебательные движения чаще всего с постоянной частотой и амплитудой, совмещённые с поступательным движением электрода. Ширина валика не должна быть более двух-трех диаметров электрода. При выполнении более широких валиков в результате охлаждения шлака возможно образование дефектов в сварном шве.

облегчить труд сварщика и повысить производительность труда, в промышленности применяют различные высокопроизводительные способы сварки. Чаще всего используется сварка пучком электродов и сварка наклонным электродом.

Сварка пучком электродов – ручная сварка металлическим электродом, осуществляемая с использованием одновременно нескольких штучных электродов с качественным покрытием. Электроды скрепляются между собой в нескольких местах проволокой, в то время как их контактные концы свариваются вместе и вставляются в общий электрододержатель (пучок электродов). Ток подводится одновременно ко всем электродам, а дуга горит попеременно между отдельными электродами пучка и изделием. Для наплавочных работ применяются пучки из нескольких электродов, расположенных в один ряд в виде гребенки; для собственно сварочных работ используются пучки, имеющие сечение в форме треугольника, квадрата и т.п. Подача в зону дуги нескольких штучных электродов вместо одного способствует повышению производительности сварки за счёт того, что нагрев стержней внутренней теплотой будет меньше, чем при сварке одним электродом при том же токе. Поэтому при сварке пучком можно устанавливать большой ток.

На рис. 51.3 показаны примеры возможных сочетаний пучков электродов.

Сварка наклонным электродом – сварка металлическим электродом, при которой происходит самоподача в зону дуги электрода с качественным покрытием, у которого нижний конец с выступающим краем покрытия опирается на изделие, в то время как верхний конец закрепляется в специальном скользящем электрододержателе. По мере оплавления электрод перемещается по направляющей вдоль линии сварки параллельно самому себе. Сечение шва регулируется изменением угла наклона электрода. На рис. 51.4 изображена схема процесса сварки наклонным электродом.

По сравнению с ручной дуговой сваркой сварка наклонным электродом отличается более высокой производительностью процесса, так как один сварщик может обслуживать не менее двух штативов. Сварные швы, выполненные механизированной сваркой наклонным электродом, получаются гладкими, мелкочешуйчатыми с вогнутой поверхностью.

Лабораторная установка для исследования влияния режима дуговой сварки на форму и геометрические размеры сварного шва (рис. 51.4) состоит из источников питания (переменного ТСД – 1000 и постоянного ВДУ – 504) тока, осциллятора 3, установки сварки наклонным электродом 1, а также направляющей на штативе 2.

Осциллятор (сварочный) – аппарат для создания импульсов высокого напряжения высокой частоты, служит для облегчения её зажигания посредством дополнительной ионизации газовой среды в дуге, к которой он подключается параллельно или последовательно со сварочным источником питания.