 |
9. Технология и техника дуговой и электрошлаковой сварки 1 страница
|
|
|
|
9. Технология и техника дуговой и электрошлаковой сварки
Для качественного выполнения сварных швов очень важно правильно назначить параметры режима сварки - совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных швов заданных размеров, формы и качества. При электродуговой сварке таковыми являются:
1 Род тока, полярность - возможны три варианта использования источников питания: переменный ток, постоянный ток прямой или обратной полярности. При выборе этого параметра на первом месте стоит соображение относительно стабильности горения дуги, что определяется типом электрода - плавящимся или неплавящимся, свойствами компонентов покрытия, флюса или отсутствия таковых. В случае возможности использования всех трех вариантов нужно учитывать такие факторы, как глубина проплавления (большая на постоянном токе обратной полярности), производительность (большая на постоянном токе прямой полярности), наличие магнитного дутья (меньше на переметом токе), стоимость оборудования (источники питания переменного тока дешевле, они более надежные в эксплуатации).
2. Диаметр электрода, мм, зависит от толщины свариваемого металла (табл. 9, 1), пространственного положения (для потолочного положения диаметр электрода не превышает 4 мм), номера прохода (при многопроходной сварке диаметр электрода первого прохода не более 4 мм), его размеры находятся в пределах 2-6 мм.
9. 1 Зависимость диаметра электрода от толщины свариваемого материала в нижнем положении
| Толщина металла, мм | 1-2 | 2-5 | 5-10 | > 10 |
| Диаметр электрода, мм | 2-2, 5 | 3-4 | 4-6 | 5-6 |
3. Величина сварочного тока, А - зависит от диаметра электрода, определяется по формуле 
, где К = 25-50 - эмпирический коэффициент, зависит от электротеплофизических характеристик металла стержня, пространственного положения сварки, свойств покрытия, наличия предварительного подогрева (для ручной дуговой сварки в пределах 50-350А, для механизированных способов - 100-1500А).
|
|
|
4. Напряжение на дуге, В - зависит от свойств покрытия или флюса, пространственного положения, наличия предварительного подогрева (находится в пределах 18-30В для ручной дуговой сварки и 20-45В - для механизированных способов, однако нужно соблюдать указания относительно колебаний этого параметра.
5 Скорость сварки, м/час - задается только при автоматической сварке, зависит от количества одновременно горящих дуг (при однодуговой сварке 20-120 м/час, при двух и трехдуговой сварке увеличивается до 150-180 м/час).
При полуавтоматической сварке задается ориентировочно для возможности проведения технико-экономических расчетов.
6. Вылет электрода, мм - зависит от диаметра электрода, электротеплофизических свойств, находится в пределах 15-100 мм.
7. Расход защитного газа, л/мин - зависит от диаметра электрода, величины сварочного тока и напряжения на дуге, диаметра сопла (находится в пределах 5-30 л/мин).
8. Вид защитного газа - выбирается в зависимости от типа электрода. При сварке вольфрамовым электродом независимо от состава свариваемого материала используется только чистый аргон или гелий, так как сам электрод требует защиты инертной атмосферой.
При сварке плавящимся электродом выбор защитной среды определяется составом свариваемого материала.
При сварке многослойных швов количество слоев определяется по табл. 9. 2, а площадь поперечного сечения отдельных валиков по табл. 9. 3.
9. 2 Число слоев при ручной дуговой сварке стыковых и угловых швов
| Толщина металла, мм | 1-5 | 18-20 | ||||||
| Число слоев при сварке швов: стыковых угловых | 2-3 | 3-4 | 2-3 | 4-5 3-4 | 5-6 | 5-6 5-6 |
|
|
|
9. 3 Площадь поперечного сечения отдельных валиков при многопроходной сварке стыковых и угловых швов
| Положение шва в пространстве | Толщина стали, мм | Площадь поперечного сечения валика, мм2 | |
| Первый проход | Второй и последующие проходы | ||
| Нижнее | 6-10 | 20-30 | 30-60 40-60 |
| Вертикальное | 6-10 | 20-40 | 40-60 40-70 |
| Горизонтальное и потолочное | 4-8 | 20-30 | 20-40 30-40 |
При электрошлаковой сварке параметрами режима являются:
1. Род тока, полярность – выбирается из соображений устойчивости электрошлакового процесса. Сварку выполняют на переменном токе или на постоянном токе обратной полярности.
2. Количество электродов, n, шт, зависит от толщины свариваемого металла; обычно не превышает трех, но в некоторых случаях может быть и большим, например, при сварке плавящимся мундштуком.
3. Величина сварочного тока, А – зависит от сечения электрода, скорости его подачи и, в некоторой степени, от скорости сварки; находится в пределах 500-2500А.
4. Величина напряжения на шлаковой ванне, В зависит от сварочного тока при пологопадающей характеристике и практически равняется напряжению холостого хода при жесткой характеристике источника питания; находится в пределах 25-50В.
5. Скорость сварки, м/час – зависит от скорости подачи электрода и его сечения, количества электродов, толщины свариваемого металла и величины зазора; находится в пределах 0, 5-2, 5 м/час.
Следует иметь в виду, что приведенные далее численные параметры режима дуговой и электрошлаковой сварки можно рассматривать, как ориентировочные, которые требуют корректировки при разработке технологии.
При сварке металлоконструкций на открытом воздухе при отрицательных температурах нужно руководствоваться рекомендациями относительно необходимости предварительного подогрева, приведенными в табл. 9. 4.
9. 4 Минимальные температуры воздуха при сварке без подогрева низкоуглеродистых и низколегированных сталей, °С
| Толщина металла, мм | Ручная и полуавтоматическая дуговая сварка сталей | Автоматическая дуговая сварка сталей | ||||||
| Углеродистых в конструкциях
| Низколегированных с σ т | углеродистых | низколегированных | |||||
| решетчатых | листовых | < 450 МПа в конструкциях | ≥ 450МПа | |||||
| решетчатых | листовых | |||||||
| ≤ 16 | -30 | -30 | -20 | -20 | -15 | -30 | -20 | |
| Продолжение табл. 9. 4 | |||||||
| 16-30 | -30 | -20 | -10 | 0 * | -30 | -20 | |
| 30-40 | -10 | -10 | +5 | - | -20 | -10 | |
| > 40 | +5 | +10 | - | -20 | -10 | ||
* При толщине до 25 мм; металл толщиной более 25 мм необходимо сваривать с подогревом независимо от температуры воздуха
Примечания. 1. Для дуговой сварки при температуре ниже указанной сталь следует подогревать до 120-160°С на участках шириной 100 мм по обе стороны соединения. 2. Электрошлаковую сварку низкоуглеродистой и низколегированной стали можно выполнять без подогрева независимо от температуры воздуха.
Теплоустойчивые стали далее при положительных температурах требуют предварительного и сопутствующего подогрева (табл. 9. 5), а среднелегированные только предварительного (табл. 9. 6).
В зависимости от толщины и углеродного эквивалента иногда и при электрошлаковой сварке также необходим предварительный подогрев (табл. 9. 7).
9. 5 Температура предварительного и сопутствующего подогрева при ручной дуговой сварке теплоустойчивых сталей
| Марка стали | 12ХМ, 15ХМ | 20ХМ, 12ХМФ | 20ХМФ, 34ХМ 15Х1М1Ф, | 15Х2М2ФБС, 15ХМФКР |
| Температура, °С | 220-270 | 270-320 | 320-400 | 400-500 |
9. 6 Температура предварительного подогрева при сварке под флюсом среднелегированных сталей высокой прочности
| Марка стали | 20ХГС | 25ХГСА | 30ХГСА | 30ХГСНА | 12Х2НВФА | 23Х2МВФА |
| Температура, °С | 150-200 | 150-200 | 250-300 | 250-300 | 150-250 | 200-300 |
9. 7 Температура предварительного подогрева сталей при электрошлаковой сварке
| Углеродный эквивалент, % | Свариваемый металл | Температура предварительного подогрева, °С, не ниже | |
| Марка | Толщина, мм | ||
| 0, 5 | СтЗ, М16С, 20, 16ГС, 09Г2С, 16ГНМ, 10Г2С1, 25, 22К, 20ГС, 08ГДНФ, 15К, 20 К | ≤ 450 450—1000 | Без подогрева |
| 0, 51-0, 60 | Ст5, 35, 25ГС, 10ХСНД, 25ДГСФА, 20ГСФ, 12ХМ, 16ГНМА, 20Х2МА | ≤ 250 250—1000 | |
| 0, 61-0, 70 | 40, 20ХНМФ, 25Х2ГМТ | ≤ 1000 | |
| 0, 71 - 1, 1 | 34ХМ1А, 4ХНЗН, 25ХН3МФА | ≤ 450 | |
Примечание. Температура сварного соединения перед посадкой в печь для термообработки не должна быть ниже температуры предварительного подогрева
|
|
|
9. 1. Сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей
9. 1. 1. Ручная дуговая сварка
При изготовлении тонколистовых конструкций неответственного назначения эффективно применение сварки неплавящимся электродом без присадки по отбортованным ромкам (табл. 9. 8). Сварка покрытыми электродами выполняется в соответствии с рекомендациями табл. 2. 7.
9. 8 Параметры режима сварки низкоуглеродистой стали по отбортовке угольным электродом без присадочного металла на постоянном токе прямой полярности
| Толщина свариваемых элементов, мм | Диаметр электрода, мм | Сварочный ток, А |
| 1, 5+1, 5 | 90-100 | |
| 2, 0+2, 0 | 125-135 | |
| 2, 5+2, 5 | 6-8 | 200-250 |
| 3, 0+3, 0 | 6-8 | 250-275 |
В зависимости от формы подготовки и размещения свариваемых кромок, размеров поперечного и пространственного положения сварщик выполняет простые или сложные траектории электродом, управляя таким образом качеством сварных швов (табл. 9. 9).
9. 9 Основные виды траекторий движения рабочего конца электрода при ручной дуговой сварке
| Вид траектории | Характеристика и назначение |
| Прямолинейное движение без поперечных колебаний для наложения узких (ниточных) валиков шва. Применяется при сварке тонкого металла, сварке первого слоя многослойного шва и подварке дефектов |
| Возвратно-поступательные движения. Короткие колебания, используемые для некоторого увеличения ширины шва, способствуют дегазации ванны и улучшению внешнего вида шва. Длинные колебания необходимы при сварке в потолочном и вертикальном положениях |
| Движения, используемые для увеличения ширины шва. Применяются при сварке в нижнем положении стыковых соединении без разделки кромок и при наплавке |
| Движения, способствующие прогреву одной из кромок, например при сварке металла разной толщины |
| Движения, обеспечивающие усиленный прогрев корня шва |
| Движения, способствующие усиленному прогреву кромок и корня шва. Используются при сварке стыковых соединении со скосом двух кромок и угловых соединений в нижнем и вертикальном положениях |
| Движения, дающие возможность сильно прогреть обе кромки. Применяются при сварке угловых швов |
| Движения, обеспечивающие хороший прогрев кромок. Используются при сварке стыковых и угловых швов за один проход |
При уширенном валике в расплавленном состоянии находится значительное количество металла, который застывает медленнее, чем при узком шве. Это существенно влияет на газонасыщенность металла шва, а также на структуру шва и зоны термического влияния. Наилучшие результаты получаются при ширине валика шва, равной 2-3 диаметрам электрода.
|
|
|
Стыковые соединения без разделки кромок сваривают широким швом, односторонним или двусторонним, с разделкой - однослойным или многослойным способом в зависимости от толщины металла и формы подготовки кромок. Количество проходов выбирается в соответствии с табл. 9. 2.
Сварку начинают с надежного провара корня шва электродом диаметром не более 4 мм, а последующие швы наплавляют широкими валиками электродом большего диаметра. В конструкциях ответственного и особо ответственного назначения кореньшва удаляют механическим или термическим способом, после чего выполняют подварочный шов. Угловые швы лучше всего выполнять «в лодочку», при этом хорошо проплавляется как угол, так и стенки листов без подрезов и непроваров, а за один проход можно сварить шов с большим поперечным сечением.
В случае невозможности расположения изделия «в лодочку», сварка ведется обычным способом, однако, максимальный катет сварного шва не может превышать 8 мм за один проход.
Длинные швы сваривают обратно-ступенчатым способом, длина каждой ступени в пределах 100-350 мм, сварка может вестись или от середины к краям или вразброс.
При изготовлении металлоконструкций из тонколистового металла для снижения сварочных напряжений сварку ведут каскадом или горкой – способами, позволяющими поддерживать высокую температуру в районе корня шва и тем самым обеспечить протекание в нем пластической деформации и избежать образования трещин.
В судостроении при сварке тавровых и угловых соединений весьма эффективно использовать способ гравитационной сварки или сварки наклонным электродом с применением специальных электродов ОЗС-17Н, ОЗС-22Н (табл. 2. 7) и простых устройств пружинного типа или треног на параметрах режима, приведенных в табл. 9. 10. Это очень производительный способ сварки, не требует высокой квалификации сварщика, быстро осваивается в производстве; один сварщик может обслуживать одновременно не менее четырех таких устройств.
9. 10 Параметры режима сварки наклонным электродом тавровых и угловых соединений низкоуглеродистых и низколегированных сталей
| Толщина металла, мм | Электрод | Режим сварки | Шов | |||||
| Диаметр, мм | Длина расплав-ленной части, мм | Сварочный ток, А | Угол наклона, градус | Продолжительность горения дуги, с | Катет, мм | Длина максимальная, мм | Отношение длины шва к длине расплавленной части электрода | |
| 4-5 | 150-160 | 3, 5 3, 0 | 1, 34 1, 44 1, 60 1, 62 | |||||
| 5-6 | 210-230 | 5, 5 | 500 540 590 600 | 1, 34 1, 44 1, 60 1, 62 | ||||
| 5—8 | 210-230 | 720 790 810 820 | 1, 34 1, 44 1, 60 1, 62 | |||||
| Продолжение табл. 9. 10 | ||||||||
| 6-8 | 240-300 | 7 6, 5 6, 0 6, 0 | 670 780 815 830 | 1, 34 1, 44 1, 60 1, 62 | ||||
9. 1. 2. Механизированная сварка в среде защитных газов и самозащитной проволокой.
Благодаря таким преимуществам, как высокая производительность, легкость транспортирования защитной среды в плавильное пространство, отсутствие шлаковой корки, снижение ширины зоны термического влияния и сварочных деформаций, возможность сварки во всех пространственных положениях, возможность наблюдения за дугой и управления ею полуавтоматическая сварка в среде защитных газов полностью вытеснила полуавтоматическую сварку под флюсом и стала доминирующим процессом среди механизированных процессов сварки при изготовлении металлоконструкций ответственного и особо ответственного назначения.
Сварка в среде защитных газов плавящимся электродом, как и самозащитной проволокой, выполняется на постоянном токе обратной полярности, так как этот параметр обеспечивает наибольшую стабильность горения дуги.
Наибольшее распространение для защиты плавильного пространства благодаря своей дешевизне получил углекислый газ; параметры режима сварки в среде СО2 приведены в табл. 9. 11-9. 18.
9. 11 Рекомендуемые соотношения между диаметром электрода, величиной тока и напряжения дуги и вылета электрода
| Параметры | Диаметр электрода, мм | ||||||
| 0, 5 | 0, 8 | 1, 0 | 1, 2 | 1, 6 | 2, 0 | 2, 5 | |
| Ток, А | 30-100 | 60-150 | 80-180 | 90-220 | 120-350 | 200-500 | 250-600 |
| Напряжение, В | 18-20 | 18-22 | 18-24 | 18-28 | 18-32 | 22-34 | 24-38 |
| Вылет, мм | 6-10 | 8-12 | 8-14 | 10-15 | 14-20 | 15-25 | 15-35 |
9. 12 Параметры режима сварки тонкостенного металла
| Толщина металла, мм | Диаметр проволоки, мм | Сварочный ток, А | Напряжение, В | Скорость подачи проволоки, м/час | Расход газа, л/мин |
| 0, 6 | 0. 8 | 60-70 | 14-15 | 220-240 | 5-6 |
| 1, 0 | 70-80 | 15-16 | 260-300 | 6-7 | |
| 1, 2 | 80-90 | 16-17 | 320-350 | 6-7 | |
| 1, 4 | 90-100 | 17-18 | 390-450 | 6-7 |
Примечание: При использовании сварочной проволоки диаметром 0, 5 мм параметры режима уменьшить на 25%.
9. 13 Параметры режима механизированной сварки с СО2 стыковых соединений без скоса кромок
| Толщина металла, мм | Диаметр электрода, мм | Сварочный ток, А | Напряжение, В | Скорость сварки, м/час |
| Односторонние швы | ||||
| 0, 8 | 50-60 | 18-20 | 14-16 | |
| 90-120 | 19-21 | 18-28 | ||
| 3-5 | 160-200 | 27-29 | 20-22 | |
| 6-8 | 280-300 | 28-30 | 20-25 | |
| Двухсторонние швы | ||||
| 3-5 | 160-200 | 27-29 | 20-22 | |
| 6-8 | 280-300 | 28-30 | 25-30 | |
| 280-320 | 30-32 | 22-26 | ||
| 12-14 | 300-340 | 32-34 | 20-22 | |
9. 14 Параметры режима механизированной сварки сталей в углекислом газе стыковых соединений (двухсторонние швы)
| Толщина металла, мм | Сварочный ток, А | Напряжение, В | Скорость сварки, м/час |
| V-образная разделка | |||
| 18-26 | 280-300 380-400 | 28-30 30-32 | 16-20 18-22 |
| 18-26 | 420-440 | 30-32 | 16-22 |
| X-образная разделка | |||
| 12-18 | 380-400 | 30-32 | 16-20 |
| 20-26 | 420-440 | 30-32 | 16-22 |
| 28-40 | 440-460 | 32-34 | 16-22 |
Примечание. 1. Сварка выполняется проволокой диаметром 2 мм. 2. В числителе – режимы для первого прохода и подварочного шва
9. 15 Параметры режима автоматической и полуавтоматической сварки в СО2 сплошной проволокой угловых соединений
| Толщина металла, мм | Диаметр электрода, мм | Катет шва, мм | Число слоев шва | Сварочный ток, А | Напря-жение, В | Скорость сварки, м/ч | Вылет электрода, мм | Расход газа, л/мин |
| 0, 5 | 1-1, 2 | 50-60 | 18-20 | 7-9 | 5-6 | |||
| 0, 6 | 1, 2-2 | 60-70 | 18-20 | 7-9 | 5-6 | |||
| 1, 5-2 | 0, 8 | 1, 2-2 | 60-75 | 18-19 | 16-18 | 7-9 | 6-8 | |
| 1, 5-2 | 0, 8 | 1, 5-2 | 70-90 | 18-20 | 16-18 | 7-9 | 6-8 | |
| 1, 5-2 | 0, 8 | 1, 5-3 | 70-110 | 19-20 | 16-18 | 8-10 | 6-8 | |
| 1, 5-3 | 1, 5-3 | 75-120 | 18-19 | 16-18 | 8-10 | 8-10 | ||
| 1, 5-3 | 1, 2 | 2-4 | 90-130 | 19-21 | 14-16 | 10-12 | 8-10 | |
| 3-4 | 1, 2 | 3-4 | 12-150 | 20-22 | 16-18 | 12-14 | 12-16 | |
| 3-4 | 1, 6 | 3-4 | 15-180 | 27-29 | 20-22 | 16-18 | 12-16 | |
| 5-8 | 1, 6 | 5-6 | 260-280 | 27-29 | 20-26 | 18-20 | 16-18 | |
| 10-12 | 5-6 | 280-300 | 28-30 | 26-28 | 20-22 | 16-18 | ||
| Более 12, 0 | 7-9 | 1-2 | 300-350 | 30-32 | 28-30 | 20-24 | 17-19 | |
| 11-14 | 300-350 | 30-32 | 25-28 | 20-24 | 18-20 |
| Продолжение табл. 9. 15 | ||||||||
| 11-14 | 300-350 | 30-32 | 25-28 | 20-24 | 18-20 | |||
| 13-16 | 4-5 | 300-350 | 30-32 | 25-28 | 20-24 | 18-20 | ||
| 22-24 | 300-350 | 30-32 | 24-26 | 20-24 | 18-20 | |||
| 27-30 | 300-350 | 30-32 | 24-26 | 20-24 | 18-20 | |||
| 2, 5 | 7-8 | 300-350 | 30-32 | 25-28 | 20-24 | 18-20 | ||
9. 16 Параметры режима механизированной сварки сталей в углекислом газе тавровых соединений без скоса кромок (двухсторонние и односторонние швы)
| Катет шва, мм | Диаметр электрода, мм | Сварочный ток, А | Напряжение, В | Скорость сварки, м/час |
| 1, 0-2, 0 | 0, 5-0, 6 | 60-65 | 18-19 | 18-20 |
| 1, 2-2, 0 | 0, 8 | 70-75 | 18-19 | 16-18 |
| 2, 0-3, 0 | 0, 8 | 90-110 | 19-20 | 16-18 |
| 1, 5-4, 0 | 1, 0 | 80-120 | 18-19 | 14-18 |
| 3-4 | 1, 2 | 100-150 | 19-21 | 16-18 |
| 3-4 | 1, 6 | 150-180 | 27-29 | 20-22 |
| 5-6 | 1, 6 | 260-280 | 27-29 | 20-25 |
| 8-10 | 2, 0-2, 5 | 300-350 | 30-32 | 25-30 |
9. 17 Параметры режима сварки элекрозаклепками в углекислом газе с проплавлением верхнего элемента
| Толщина металла, мм | Диаметр электрода, мм | Сварочный ток, А | Напряже-ние, В | Продолжительность сварки, с | |
| верхнего | нижнего | ||||
| 0, 5 | 0, 8 | 100-130 | 17-18 | 0, 8-1, 0 | |
| 1, 0 | 1, 0 | 230-250 | 18-19 | 0, 8-1, 0 | |
| 1, 5 | 1, 0 | 300-320 | 19-20 | 1, 2-1, 5 | |
| 2, 0 | 1, 6 | 320-350 | 28-30 | 1, 2-1, 5 | |
| 2, 0 | 2, 0 | 350-400 | 32-34 | 1, 5-1, 8 | |
| 2, 0 | 8, 0 | 1, 6 | 320-350 | 28-30 | 1, 0-1, 2 |
| 2, 0 | 8, 0 | 2, 0 | 350-400 | 32-34 | 1, 5-1, 8 |
| 2, 0 | 8, 0 | 2, 0 | 450-500 | 35-37 | 1, 2-1, 5 |
| 3, 0 | 2, 0 | 400-450 | 34-36 | 2, 0-2, 5 | |
| 4, 0 | 2, 0 | 500-550 | 36-38 | 2, 5-2, 8 | |
| 5, 0 | 2, 0 | 530-570 | 36-38 | 2, 8-3, 0 | |
| 6, 0 | 2, 0 | 550-600 | 38-40 | 3, 0-3, 5 | |
9. 18. Параметры режима сварки в СО2 стыковых соединений с принудительным формированием сварного шва.
|
|
|
