Книга. Юрий Федорович ПодольскийСварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка
 Скачать 6.42 Mb.
|
|
Сварочные электроды Сварочный электрод – это металлический или неметаллический стержень, предназна- ченный для подвода тока к свариваемому изделию. Электроды бывают двух типов: – плавящиеся, выполненные обычно из того же или сходного со свариваемым изделием металла; – неплавящиеся, которые, в свою очередь, могут быть металлическими (обычно воль- фрам) или неметаллическими (уголь или графит). Ввиду широкого распространения сварки по технологии ММА, наибольшее распро- странение получили плавящиеся металлические электроды. Электроды для ручной дуговой сварки представляют собой металлический стержень, на поверхность которого методом оку- нания или опрессовкой под давлением наносится покрытие (обмазка) определенного состава и толщины (рис. 20). Рис. 20. Сварочный плавящийся электрод с покрытием: 1 – стержень; 2– участок перехода; 3 – покрытие; 4 – контактный торец без покрытия; d – номинальный диаметр сварочной проволоки; D – внешний диаметр покрытия; l – длина зачищенного от покрытия конца; L – номинальная длина электрода Металлический стержень электрода выполняется из проволоки ∅1,6—12 мм. Элек- тродная проволока по химическому составу делится на три группы: 1 – с содержанием углерода не более 0,12 %, предназначена для сварки низкоуглероди- стых, среднеуглеродистых, а также некоторых низколегированных сталей. Малое содержа- ние углерода в сварочной проволоке снижает склонность металла шва к пористости и обра- зованию твердых закалочных структур; 2 – легированная, предназначенная для сварки низколегированных, конструкционных и теплостойких сталей; 3 – высоколегированная, предназначенная для сварки хромистых, хромоникелевых, нержавеющих и других легированных сталей. В зависимости от отношения диаметров покрытия и электродной проволоки (D/d) электроды по толщине покрытия подразделяются на 4 типа: М – электроды с тонким покрытием D/d ≤ 1,2; С – электроды со средним покрытием 1,2 ≤ D/d < 1,45; Д – электроды с толстым покрытием 1,45 ≤ D/d < 1,8; Г – электроды с особо толстым покрытием D/d > 1,8. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 54 Наиболее простое тонкое покрытие изготавливают из мелко просеянного мела, разведенного на жидком стекле. На 100 весовых частей мела берется 25–30 весовых частей жидкого стекла. Полученная смесь размешивается в воде до получения сметанообразного состояния. Покрытие наносится на электродную проволоку окунанием, с последующей сушкой при температуре 30–40 °C. Тонкое покрытие предназначено только для стабилизации горения дуги и не создает защиты для расплавленного металла шва, что приводит к окислению и азотированию наплавленного металла. Такие электроды не используют при выполнении ответственных работ, так как сварочный шов получается хрупким, пористым, с различными неметалличе- скими включениями. Сварные соединения высокого качества выполняют электродами со средним, толстым и особо толстым покрытием. Кроме стабилизации горения дуги эти покрытия способны выполнять еще ряд функций: защищать расплавленный металл шва от воздействия кисло- рода и азота воздуха; раскислять окислы, образующиеся в процессе сварки; изменять состав наплавляемого металла, вводя в него легирующие примеси; удалять серу и фосфор из рас- плавленного металла шва. Такие покрытия образовывают шлаковую корку поверх металла шва. Для выполнения перечисленных функций покрытие электрода содержит следующие компоненты: – ионизирующие вещества, облегчающие возбуждение сварочной дуги и поддержива- ющие ее стабильное горение (мел, мрамор, поташ, полевой шпат и т. п.); – вещества, защищающие сварочную ванну от воздействия кислорода и азота воздуха (крахмал, древесная мука, целлюлоза и т. п.). При сварке они разлагаются и сгорают, выделяя большое количество защитных газов; – раскислители, которые обладают большим сродством к кислороду и поэтому восста- навливают металл шва, улучшая его качество (ферросплавы, алюминий, графит и т. п.); – легирующие вещества (ферромарганец, ферросилиций, феррохром, ферротитан), позволяющие улучшить свойства сварочного шва; – шлакообразующие вещества образуют шлак, который, затвердевая на поверхности шва, препятствует его быстрому охлаждению, а также защищает от воздействия атмосферы (полевой шпат, кварц, мрамор, рутил, марганцевая руда и т. п.); – связующие вещества, предназначенные для замешивания всех компонентов покры- тия, а также для удержания покрытия на электроде и придания ему достаточной механиче- ской прочности после сушки. Обычно в качестве связующего вещества используют жидкое стекло, реже применяют декстрин. Для увеличения количества наплавляемого металла в единицу времени в электродные покрытия иногда вводят железный порошок. Это улучшает технологические свойства элек- тродов: облегчает повторное зажигание дуги, уменьшает скорость охлаждения наплавлен- ного металла, что благоприятно сказывается при сварке в условиях низких температур. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 55 Более качественные сварные швы дают электроды с покрытием, основой которого является титановый концентрат. Качественные покрытия разделяют на четыре основные группы: А – кислые покрытия, содержащие руды в виде окиси железа, марганца, кремния, иногда титана; Б – основные покрытия, имеющие в качестве основы фтористый кальций и карбонад кальция. Сварку электродами с основным покрытием осуществляют на постоянном токе и обратной полярности. Вследствие малой склонности металла к образованию кристаллиза- ционных и холодных трещин электроды с этим покрытием используют для сварки больших сечений; Ц – целлюлозные покрытия, имеющие в качестве основы целлюлозу, муку или дру- гие органические составы, создающие газовую защиту дуги и образующие при плавлении тонкий шлак. Электроды с целлюлозным покрытием применяют, как правило, для сварки стали малой толщины; Р – рутиловые покрытия, основным компонентом которых является рутил. Для шла- ковой и газовой защиты в покрытия этого типа вводят соответствующие минеральные и органические компоненты. При сварке на постоянном и переменном токе разбрызгивание металла незначительно. Устойчивость горения дуги, формирование швов во всех простран- ственных положениях хорошее. В обозначениях электродов встречаются также: П – прочие виды покрытия; Ж – с содержанием в покрытии > 20 % железного порошка. Смешанные покрытия обозначают двумя буквами. Согласно ГОСТ 9466-75, условное обозначение электродов для дуговой сварки и наплавки сталей представляет собой длинную дробь, например: В числителе записан тип электрода Э46А, его марка УОНИ-13/45, диаметр 3,0 мм и группа из двух букв и цифры УД3. Типы электродов для ручной дуговой сварки углероди- стых, низколегированных, конструкционных и других сталей обозначают буквой Э, затем следуют цифры, указывающие прочностную характеристику наплавленного металла. Так, обозначение Э46 означает, что электроды этого типа обеспечивают минимальное временное сопротивление 460 МПа. Если в обозначении после цифр стоит буква А, значит, этот тип электрода обеспечивает более высокие пластические свойства наплавленного металла. Для сварки вышеуказанных сталей предусмотрены 14 типов электродов (табл. 3), в которых определены основные механические свойства и содержание вредных примесей (серы и фосфора). Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 56 Первая буква последней группы числителя (У) указывает назначение электрода, вторая (Д) – толщину покрытия (см. выше), цифра (3) – группу электродов по качеству изготовле- ния. Шифр буквы назначения электродов: У – для конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву σ B < 600 МПа (60 кгс/мм 2 ); Л – для легированных конструкционных сталей с σ B > 600 МПа (60 кгс/мм2); Т – для теплоустойчивых легированных сталей; В – для высоколегированных сталей; Н – для наплавки. По качеству электроды делят на три группы 1, 2 и 3, где требования возрастают от группы 1 к группе 3. В знаменателе приведены буква Е (электрод), группа индексов 412(5), указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва (по ГОСТ 9467-75, ГОСТ 10051-75 или ГОСТ 10052-75), и группа из одной буквы и двух цифр Б20. Буква Б обозначает вид покрытия, первая цифра 2 – допустимые пространственные положения при сварке, вторая цифра 0 – требование к электропитанию дуги. Допустимые пространственные положения при сварке или наплавке обозначают сле- дующим образом: 1 – для всех положений; 2 – для всех положений, кроме вертикального сверху вниз; 3 – для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх; 4 – только нижнее и нижнее «в лодочку». По роду и полярности применяемого при сварке или наплавке тока, а также по номи- нальному напряжению холостого хода источника переменного тока частотой 50 Гц элек- троды подразделяются в соответствии с табл. 4. Одному и тому же типу электродов могут соответствовать несколько марок, например: электродам типа Э46 соответствуют марки АНО-4, МР-3 и др.; электродам типа Э42А соот- ветствуют марки УОНИ-13/45 и СМ-11 (табл. 5). Электрододержатели и сварочные кабели Электрододержатель – приспособление для закрепления электрода и подвода к нему тока – является главным орудием сварщика. Существует немалое количество держателей разных конструкций: пружинные, вилочные, цанговые, винтовые, пластинчатые, их авто- матизированные модификации и другие разновидности. Среди всего многообразия при- меняемых электрододержателей наиболее безопасным является пружинный («прищепка»), известный у нас как электрододержатель серии ЭП (рис. 21). К его основным преиму- ществам можно отнести удобство эксплуатации, крепкое удержание электрода, полное отсутствие неизолированных зон токосъемника. Держатель-«прищепка» очень популярен, поэтому его используют многие профессиональные сварщики по всему миру. Эти электро- додержатели выдерживают без ремонта 8000—10 000 зажимов. Время замены электрода не превышает 3–4 с. «Прищепки» изготавливают в соответствии с существующими стандар- тами: I типа – для тока до 125 А; II типа – для тока 125–315 A; III типа – для тока 315–500 А. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 57 Рис. 21. Электрододержатель серии ЭП Если вы купили новый сварочный аппарат, то в комплекте с ним обязательно должен быть заводской электрододержатель. Пользоваться, безусловно, нужно им. Широко извест- ные у нас «вилки-трезубцы» использовать не стоит – они давно запрещены во всем мире 16 Электрододержатели присоединяют к гибкому (многожильному) медному проводу – сварочному кабелю марки ПРГД или ПРГДО. Кабель сплетен из большого числа отожжен- ных медных проволочек ∅0,18—0,20 мм. Применять провод длиной более 30 м не рекомен- дуется, так как это вызывает значительное падение напряжения в сварочной цепи. Сечения сварочных проводов для подвода тока от источника питания к электрододержателю и свари- ваемому изделию выбирают из расчета плотности тока до 5 А/мм2 при токах до 300 А. При силе тока 125 А рекомендуется провод сечением 25 мм2, при силе тока 315 А – одинарный провод сечением 50 мм2 или двойной сечением по 16 мм2. Токоподводящий «земляной» провод соединяется с изделием специальными зажи- мами, чаще всего винтовыми струбцинками или зажимами типа «крокодил». Допустимо укладывать свариваемую деталь на металлический стол, надежно подсоединенный к сва- рочному источнику. Самодельные удлинители токоподводящего провода в виде кусков или обрезков металла не допускаются. Экипировка сварщика При работе со сваркой пораженными могут оказаться все части тела рабочего, органы дыхания, зрения. Поэтому средствами индивидуальной защиты пренебрегать никак нельзя. Полный комплект экипировки сварщика включает в себя маску, специальный костюм, обувь и перчатки. Спецодежда для сварщика должна удовлетворять двум основным требованиям: ее наружная поверхность должна быть огнестойкой и термостойкой, а внутренняя (изнаноч- ная) – влагопоглощающей. Исходя из этих требований, куртку и брюки шьют из брезента, парусины, замши и их комбинаций. Их обрабатывают специальной пропиткой, которая придает им жаростойкость. Для одежды и обуви, защищающей от искр и расплавленного металла и выдерживающей прожигание не менее 50 с, ГОСТ предусматривает специальную пометку «Тр». Экипировка сварщика обязательно включает в себя рукавицы или перчатки для защиты рук от контакта с нагретыми поверхностями и брызгами расплавленного металла. Традиционная обувь для сварщиков – сапоги с укороченными голенищами или кожаные ботинки. Категорически запрещается работать в обуви с открытой шнуровкой или металлическими гвоздями в подошве. Современные маски для сварки предохраняют своих владельцев от искр, брызг металла, механического давления, ожогов, удара электрическим током, ультрафиолетовых и 16 Подробнее об этом пойдет речь в следующем разделе в главе «Конструкции самодельных электрододержателей». Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 58 инфракрасных лучей. Для защиты от последних в смотровое отверстие маски кроме обыч- ного стекла вставляется светофильтр. Существуют несколько разновидностей масок: традиционного типа с фиксированным светофильтром, с подъемным светофильтром, а также маски типа «хамелеон». В первых двух случаях речь идет о так называемых «пассивных» шлемах. В качестве смотрового окна в них используют затемненное стекло, которое либо неподвижно (но тогда сложно разгля- деть объект сварки до начала работ), либо его откидывают наверх после окончания процесса сварки (материал при этом еще догорает, и смотреть на него без защиты тоже опасно). «Активные» шлемы типа «хамелеон» автоматически реагируют на импульс света от сварки и изменяют степень своего затемнения, блокируя части светового спектра. Это поз- воляет нормально контролировать начало сварочного процесса. Источником питания свето- вых фильтров в масках для сварки типа «хамелеон» служат солнечные батареи, а также заме- няемые или встроенные литиевые элементы. Некоторые маски-«хамелеоны» оборудованы также респиратором. Это немаловажно, так как дым и газы, возникающие при сварочных работах, содержат вещества, представляющие большую опасность для легких. Правда, стоит такая защита довольно дорого, а в работе не очень удобна из-за солидного веса и приличных габаритов. Кроме того, время срабатывания светофильтра в шлеме должно составлять менее 1 мс. Однако при температуре окружающего воздуха ниже –5 °C светофильтр может начать реагировать медленнее. По этим причинам «хамелеоны» у нас пока не слишком популярны. Для разных типов сварки нужны отдельные светофильтры. Но если фильтр предназна- чен для аргонно-дуговой сварки, то он подойдет и для работы со штучными электродами, и для полуавтоматической или автоматической сварки. Дорогие шлемы оснащены регуляторами, изменяющими отношение степени затемне- ния к величине сварочного тока. Чаще всего встречаются параметры 4–9 DIN, предназна- ченные для тока до 40 А. 5—11 DIN выдерживают от 80 до 175 А, 6—12 DIN – от 175 до 300 А, а 7—13 DIN – от 300 до 500 А. При выборе маски многие обращают внимание на размер видимой через светофильтр области. Понятно, что, чем он больше, тем удобнее работать. Однако надо помнить о том, что, чем больше «окно», тем оно уязвимее. Для чистки и сушки светофильтра необходимо снять внутреннюю и внешнюю защитные пластины, затем протереть его чистой мягкой тканью, смоченной метиловым спиртом. Покупая маску, обратите внимание и на крепления на корпусе маски. Они должны быть регулируемыми как по горизонтали, так и по вертикали. Сам корпус должен быть эргоно- мичным и прочным. Его вес должен составлять от 350 до 450 г. Более легкие модели не защитят сварщика должным образом, а тяжелые будут чересчур давить на голову. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 59 Технология ручной дуговой сварки Выбор режимов сварки Под режимом сварки понимают совокупность контролируемых параметров, определя- ющих условия сваривания металла. Такими параметрами являются сила сварочного тока, напряжение дуги, скорость сварки, род и полярность тока. Дополнительные параметры: положение шва в пространстве; число проходов; температура окружающей среды. Силу сварочного тока устанавливают в зависимости от диаметра электрода, который, в свою очередь, выбирают в зависимости от толщины свариваемого изделия. На диаметр электрода влияют также тип сварного соединения, положение шва в пространстве, размеры детали, состав свариваемого металла. При сварке встык металла толщиной до 4 мм приме- няют электроды диаметром, равным толщине свариваемого металла. При сварке металла большой толщины применяют электроды ∅4–8 мм при условии обеспечения провара основ- ного металла. В многослойных стыковых швах первый слой выполняют электродом ∅3–4 мм, последующие слои выполняют электродами большего диаметра. Сварку в вертикальном положении проводят с применением электродов диаметром не более 5 мм. Потолочные швы выполняют электродами диаметром до 4 мм. Ориентировочный расчет силы сварочного тока делают по следующим формулам: – для электрода ∅3–6 мм сварочный ток I = (20 + 6d э ) × d э k; – для электрода ∅< 3 мм сварочный ток I = 30d э k. Коэффициент k при выполнении швов в нижнем положении принимают равным 1, вер- тикальных швов – 0,9, потолочных швов – 0,8. Сварку швов в вертикальном и потолочном положениях выполняют, как правило, электродами диаметром не более 4 мм. Ориентиро- вочные данные режимов ручной дуговой сварки приведены в табл. 6 и 7. При увеличении диаметра электрода и неизменном сварочном токе плотность тока уменьшается, что приводит к блужданию дуги, увеличению ширины шва и уменьшению глубины провара. Чем больше диаметр электрода, тем меньше допустимая плотность тока, так как ухудшаются условия охлаждения. Напряжение дуги изменяется в сравнительно узких пределах (30–60 В) и зависит от ее длины. Оптимальная длина дуги lд выбирается между минимальной и максимальной. Длинную дугу применять не рекомендуется. Минимальная длина дуги составляет lд = 0,5d э , максимальная lд = 0,5d э + 1. Скорость сварки подбирают так, чтобы сварочная ванна заполнялась электродным металлом и возвышалась над поверхностью кромок с плавным переходом к основному металлу без подрезов и наплывов. Род и полярность тока выбирают в зависимости от способа сварки и свариваемых мате- риалов. Прямую полярность («—» на электроде) используют при сварке с глубоким проплав- лением основного металла; низко– и среднеуглеродистых и низколегированных сталей тол- щиной 5 мм и более электродами с фтористо-кальциевым покрытием (марок УОНИ-13/45, УОНИ-13/55 и др.); чугуна. Обратную полярность («+» на электроде) используют при сварке с повышенной скоро- стью плавления электродов; низколегированных низкоуглеродистых сталей (типа 16Г2АФ); средне– и высоколегированных сталей и сплавов; тонкостенных листовых конструкций. Переменный ток используют при сварке низкоуглеродистых и низколегированных ста- лей (типа 09ГС) в строительно-монтажных условиях электродами с рутиловым покрытием; Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 60 в случаях возникновения магнитного дутья; толстолистовых конструкций из низкоуглеро- дистых сталей. При этом следует учитывать влияние силы сварочного тока, напряжения дуги и скоро- сти сварки на форму и размеры шва. С увеличением сварочного тока глубина провара уве- личивается, а ширина шва почти не изменяется. С повышением напряжения ширина шва резко увеличивается, а глубина провара уменьшается. Это важно учитывать при сварке тонкого металла. Несколько уменьшается и выпуклость шва. При одном и том же напряжении ширина шва при сварке на постоянном токе (особенно обратной полярности) значительно больше, чем ширина шва при сварке на переменном токе. С увеличением скорости сварки сначала глубина провара возрастает (до 40–60 м/ч), а затем уменьшается. При этом ширина шва уменьшается постоянно. При скорости более 70–80 м/ч основной металл не успевает прогреваться, и по обеим сторонам шва возможны подрезы. |