Виды пространственных положений при сварке. Особенности сварки в различных пространственных положениях Ю.А.Дементьев Краевое государственное образовательное учреждение начального профессионального

Типы соединений по положению в пространстве:

Горизонтальное

Вертикальное

Потолочное

Наиболее оптимальным для сварки является нижнее положение шва. Поэтому при проектировании изделия и составлении технологии сварочного процесса следует это учитывать. Сварка в нижнем положении способствует высокой производительности, является наиболее простым процессом с получением качественного сварного шва.

Горизонтальное и вертикальное положение сварного соединения требует от сварщика повышенной квалификации, а потолочное является наиболее трудоемким и не безопасным.

23. Типы сварных соединений. Существует ряд типов сварных швов в зависимости от вида соединения: - шов стыкового соединения, - шов таврового соединения, - шов нахлесточного соединения, - шов углового соединения.

24. Что такое электродуговая сварка? Электросварка - один из способов сварки, использующий для нагрева и расплавления металла электрическую дугу. Температура электрической дуги (до 7000 °С) превосходит температуры плавления всех существующих металлов.

К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания электрической дуги от сварочного трансформатора подводится электроэнергия. Под действием теплоты электрической дуги (до 7000°С) кромки свариваемых деталей и электродный металл расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое время находится в расплавленном состоянии. В сварочной ванне металл электрода смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность, образуя защитную плёнку. При затвердевании металла образуется сварное соединение. Энергия, необходимая для образования и поддержания электрической дуги, получается от специальных источников питания постоянного или переменного тока.

В процессе электросварки могут быть использованы плавящиеся и неплавящиеся электроды. В первом случае формирование сварного шва происходит при расплавлении самого электрода, во втором случае - при расплавлении присадочной проволоки (прутков и т. п.), которую вводят непосредственно в сварочную ванну.

Для защиты от окисления металла сварного шва применяются защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их смеси), подающиеся из сварочной головки в процессе электросварки.

Для повышения устойчивости электрической дуги в электроды могут вводиться легко ионизируемые элементы (калий, натрий, кальций)..

Различают электросварку переменным током и электросварку постоянным током. При сварке постоянным током шов получается с меньшим количеством брызг металла, поскольку нет перехода через ноль и смены полярности тока.

В аппаратах для электросварки постоянным током применяются выпрямители.

Возможно управление положением сварочной дуги при сварке постоянным током. Дуга является таким же проводником тока как и обычный проводник, и отклоняется в магнитном поле в соответствии с законом Ампера.

25. Что такое сварка по методу Славянова и Бенардоса ?

Основное различие между способами применения электрической дуги, предложенными Бенардосом и Славяновым, заключалось в том, что угольный электрод Бенардоса заменен у Славянова металлическим, в результате плавления которого получается нужный для работы жидкий металл.

Применением плавящегося металлического электрода были устранены и возможности слишком большого повышения температуры обрабатываемого предмета и опасность обуглероживания металла. Вместе с тем создана была возможность употребления расплавляемого дугой металлического электрода в качестве материала для отливок.

Метод Славянова, т. е. работу с металлическими электродами, оказалось возможным использовать и для сварки металлических частей. В дальнейшем Славянов стал применять для некоторых операций, например, для уплотнения стальных ОТЛИВОК, и угольный электрод. Таким образом, способы электрической обработки металлов, предложенные Бенардосом и Славяновым, в этом отношении сблизились, так как оба изобретателя стали употреблять и угольные и металлические электроды.

Однако Бенардос первоначально предложил свой способ, как способ электрической сварки; Славянов же предложил свой способ, как способ электрической отливки, соответственно чему и назвал его «электрической отливкой металлов». Согласно первоначальному предложению Славянова, изобретенная им электрическая отливка металлов заключалась главным образом в наливании расплавленного электрическим током металла на металлическую поверхность и в приливании недостающих частей в каком-нибудь металлическом изделии. Исправляемое место заключалось в литейную форму и заливалось металлом электрода.

Сварка начинается с зажигания сварочной дуги, которое происходит при кратковременном касании концом электрода изделия. Благодаря протеканию тока короткого замыкания и наличию контактного сопротивления торец электрода быстро разогревается до высокой температуры и возникает сварочная дуга. В процессе зажигания дуги конец электрода следует удалить от изделия на 4-5 мм. Зажигание дуги производят прямым отрывом электрода после короткого замыкания - методом «впритык» или скользящим движением конца электрода с кратковременным касанием изделия - методом «спички». Дугу перемещают таким образом, чтобы обеспечивалось проплавление свариваемых кромок и получалось требуемое качество наплавленного металла при хорошем формировании шва. Это достигается поддержанием дуги постоянной длины и соответствующим перемещением конца электрода (рис. 30).

30. Схема основных движений торца электрода

а - при усиленном прогревании обеих кромок; б - то же, одной кромки; в - при прогревании середины шва

При ручной сварке длина дуги в зависимости от марки и диаметра электрода, условий сварки составляет 0,5-1,2 диаметра электрода. Большое увеличение дуги приводит к снижению глубины провара, ухудшению качества шва, увеличению разбрызгивания, а иногда к порообразованию; значительное уменьшение - к ухудшению формирования и короткому замыканию.

При газовой сварке мундштук располагается под определенным углом к поверхности свариваемого изделия (рис. 31). Чем толще металл и больше его теплопроводность, тем больше угол наклона. Для лучшего прогрева металла угол наклона в начале сварки устанавливают больше, а затем постепенно уменьшают до нормальной величины, а в конце сварки опять уменьшают, чтобы лучше заполнить кратер и предупредить пережог металла. На рис. 31,6 показаны способы перемещения мундштука по шву. Способ 4 рекомендуется для сварки тонколистового металла, способы 2 и 3 - для сварки металла средней толщины, способ 1 применять не рекомендуется из-за возможности окисления расплавленного металла кислородом воздуха. Присадочной проволокой совершают такие же движения, но в обратном направлении.

Существует правый и левый способы газовой сварки. При правом способе сварка ведется слева направо, пламя направлено на заваренный участок шва, а присадочная проволока перемещается вслед за горелкой.

31. Углы наклона (а) и способы (1-4) перемещения (б) мундштука горелки

Качество шва при правом способе выше, тепло пламени рассеивается меньше, чем при левом способе, поэтому угол разделки вместо 90 ° делают 60-70 °, что уменьшает количество наплавленного металла и коробление конструкции. Производительность правого способа на 20-25 % выше, чем левого, а расход газов на 15-20 % меньше. Правый способ рекомендуется применять при сварке изделий толщиной больше 5 мм и металлов с большой теплопроводностью. Мощность пламени выбирается из расчета 120-150 дм3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Диаметр присадочной проволоки равен половине толщины свариваемого металла. Левый способ сварки, когда сварка производится справа налево, сварочное пламя направляется на еще не сваренные кромки, а присадочная проволока перемещается впереди пламени, рекомендуется для сварки тонких и легкоплавких металлов (при сварке металла толщиной до 3 мм он более производителен, чем правый способ). При этом способе сварщик хорошо видит свариваемый шов, поэтому внешний вид шва лучше, чем при правом способе. Мощность пламени выбирается из расчета 100-130 дм3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Диаметр присадочной проволоки на 1 мм больше, чем при правом способе. Сварку нужно стремиться выполнять в нижнем положении, так как при этом создаются наиболее благоприятные условия для получения швов хорошего качества. В этом положении расплавленный металл переносится в сварочную ванну, которая занимает горизонтальное положение, в направлении силы тяжести. При этом сварку в нижнем положении выполнять удобнее и легче наблюдать за процессом. Способ сварки в нижнем положении угловых швов называется сваркой «в лодочку» (рис. 32).

32. Сварка «в лодочку»

Существуют различные способы сварки швов. Выбор их зависит от длины шва и толщины свариваемого металла. Условно принято швы длиной до 250 мм называть короткими, 250-1000 мм - средними, более 1000 мм - длинными. Для коротких швов рекомендуется способ сварки «напроход» (рис. 33,а), швов средней длины - сварка от середины к краям или обратноступенчатый способ (рис. 33,6, в), швов однопроходных стыковых соединений, первого слоя многопроходных швов и угловых швов - от середины к концам обратноступенчатым способом (рис. 33, г, д). Сварка обратноступенчатым способом при правильном выборе длины ступени является наиболее эффективной, так как уменьшает неодновременность выполнения однопроходного шва и поэтому приводит к меньшим остаточным деформациям. При сварке стыковых или угловых швов большого сечения шов накладывается несколькими слоями. При этом каждый слой средней и верхней части может быть получен за один, два и более проходов. При сварке толстого металла не рекомендуется делать каждый слой «напроход», так как это может привести к значительным деформациям и появлению трещин в первых слоях.

33. Способы выполнения швов по длине

а - «на проход»; б - от середины к краям; в - обратноступенчатый; г, д - обратноступенчатый от середины к краям

Для предотвращения образования трещин при сварке толстого металла накладывать слои следует на еще не остывшие предыдущие слои. Это достигается при сварке блочным (рис. 34,в) и каскадным методами (рис. 34,а). При блочном методе весь шов по длине делится на равные участки - блоки длиной около 1 м, каждый блок заваривает определенный сварщик. Сварку начинают со среднего блока. Сразу после первого прохода на первом участке сварку начинают еще два сварщика и т. д., пока все участки по длине не будут закреплены за сварщиками. Каскадный метод заключается в сварке участков по 200 мм, на которые разбит весь шов, таким образом, чтобы по окончании первого слоя первого участка без остановки продолжать сварку первого слоя на соседнем участке. Сварка «горкой» (рис. 34,6) является разновидностью каскадного метода и ведется двумя сварщиками одновременно, от середины к краям.

34. Сварка длинных многослойных швов

а - каскадным методом; б-«горкой»; в - блочным методом

35. Порядок (1-5) наложения швов

а - сварка от кромки; б -сварка от середины шва

Как и при дуговой сварке, нижние швы при газовой сварке выполняются легко. Сварка ведется левым и правым способами в зависимости от толщины свариваемого металла. При сварке длинных швов применяют ступенчатый и обратноступенчатый методы (рис. 35). Швы делят на участки, которые сваривают в определенном порядке. При наложении каждого последующего участка предыдущий участок перекрывают на 10"-20 мм в зависимости от толщины свариваемого металла.

Сварка швов в положениях, отличных от нижнего, имеет ряд особенностей.

При сварке в вертикальном положении металл в сварочную ванну переносится перпендикулярно силе тяжести. Поэтому сварка покрытыми электродами должна выполняться по возможности наиболее короткой дугой. При этом диаметр электродов должен быть не более 4 - 5 мм, а ток на 15 - 20 % ниже значений тока при сварке в нижнем положении. При переходе металла электрода в сварочную ванну количество жидкого металла в ней увеличивается и под действием силы тяжести металл может вытечь. Поэтому электрод необходимо быстро отвести в сторону, чтобы металл затвердел. Сварку вертикальных швов ведут снизу вверх (рис. 36, а - в) или сверху вниз (рис. 36, г).

36. Сварка снизу вверх (а-в) и сверху вниз (г)

Более удобной является сварка снизу вверх, когда дуга возбуждается в самой нижней точке, где образуется площадка из затвердевшего металла, на которой удерживаются следующие капли расплавленного металла. Выполнять сварку сверху вниз значительно труднее, чем снизу вверх. Обычно этот метод применяют для сварки тонкого металла. В начале сварки электрод располагают перпендикулярно поверхности и дуга возбуждается в верхней точке шва. После появления заметной капли жидкого металла на свариваемой поверхности электрод наклоняют вниз под углом 10- 15°, а дугу направляют на расплавленный металл.

Горизонтальные швы сваривать труднее, чем вертикальные, поэтому их выполняют сварщики более высокой квалификации. Чтобы расплавленный металл не мог стечь, кромки на нижнем листе не скашивают, а сварку начинают на кромке нижнего листа, затем проваривают корень шва и переносят дугу на кромку верхнего листа (рис. 37). При наложении верхних уширенных валиков поперечные колебания конца электрода совершают под углом 45° к оси шва. Сварку ведут электродами тех же диаметров и на тех же режимах, что и сварку вертикальных швов.

37. Сварка горизонтального шва 1-3 - положения электрода

По технике выполнения сварка потолочных швов наиболее трудная. В данном случае сила тяжести препятствует переносу капель металла электрода в сварочную ванну и они стремятся стечь вниз. Преодолеть силу тяжести и удержать расплавленный металл от вытекания можно при небольшом объеме сварочной ванны. Для этого сварку осуществляют электродами диаметром не более 4 мм при силе тока на 20 - 25 % меньше, чем при сварке в нижнем положении, короткой дугой и узкими валиками.

Пониженные режимы и неудобные условия для сварки в положениях, отличных от нижнего, снижают производительность труда и отрицательно влияют на качество сварных соединений. Поэтому необходимо всегда стремиться располагать изделия так, чтобы максимальное число швов можно было сварить в нижнем положении.

При газовой сварке вертикальные швы на изделиях небольшой толщины заваривают сверху вниз правым способом и снизу вверх левым способом (рис. 38). Вертикальные швы при толщине металла 2 - 20 мм целесообразно сваривать способом двойного валика снизу вверх без скоса кромок и с зазором, равным половине толщины свариваемого металла.

38. Сварка вертикальных швов

а - сверху вниз; б, в - снизу вверх; г - двойным валиком

39. Сварка горизонтальных (а) и потолочных швов левым (б) и правым (е) способами

При толщинах более 6 мм сварку выполняют два сварщика. Горизонтальные швы сваривают правым способом, держа конец присадочной проволоки сверху, а мундштук горелки снизу ванны (рис. 39, а). Потолочные швы накладывают правым и левым способами в несколько слоев с минимальной толщиной каждого (рис. 39, б, в). Кромки шва нагревают до начала оплавления и в этот момент в сварочную ванну начинают вводить присадочную проволоку. Металл сварочной ванны от стекания вниз удерживается давлением газов пламени.

Особенности сварки в различных пространственных положениях Различают следующие основные положения швов в пространстве: нижнее, вертикальное, горизонтальное (на вертикальной плоскости) и потолочное. В зависимости от положения в пространстве существенно изменяют условия формирования валика шва, его внешний вид и качество, а также производительность сварки.

Выполнение швов в нижнем положении Это положение наиболее удобно для сварки, так как капли электродного металла легко переходят в сварочную ванну под действием собственного веса, и жидкий металл не вытекает из нее. Кроме того, легко наблюдать за процессом формирования шва. В процессе сварки электрод наклоняют по направлению сварки на угол °.

Выполнение швов в вертикальном положении В этом случае расплавленный металл стремится стечь вниз. Поэтому вертикальные швы выполняют очень короткой дугой. Вертикальные швы выполняют как снизу вверх, так и сверху вниз. В первом случае дуга возбуждается в самой нижней точке вертикально расположенных пластин, и после образования ванны жидкого металла электрод, установленный сначала горизонтально, отводят несколько вверх. При этом застывший металл шва образует подобие полочки, на которой удерживаются последующие капли металла. Для предотвращения вытекания жидкого металла из ванны необходимо совершать колебательные движения электродом поперек оси шва с отводом его вверх и поочередно в обе стороны. Это обеспечивает быстрое затвердевание жидкого металла.

Сварку сверху вниз применяют при малой толщине металла или при наложении первого слоя шва в процессе многослойной сварки. В этом случае подтекающий под дугу жидкий металл уменьшает возможность образования сквозных прожогов. В начале сварки дуга возбуждается в самой верхней точке пластин при горизонтальном расположении электрода. После образования ванны жидкого металла электрод наклоняют на ° с таким расчетом, чтобы дуга была направлена на основной и наплавленный металл. Для улучшения условий формирования шва амплитуда колебаний электрода должна быть небольшой, а дуга очень короткой, чтобы капли расплавленного металла удерживались от стекания вниз.

Вертикальные швы на металле большой толщины с Х-образной подготовкой кромок сваривают, начиная с верхней части швов. Когда работают два сварщика, один выполняет первый слой в свариваемой секции и сразу после этого с обратной стороны соединения вырубают корень шва, а другой сварщик накладывает все слои на своей стороне секции. В это время первый сварщик выполняет все слои шва, находящиеся на его стороне секции. В такой же последовательности сваривают все последующие секции. Сварку ведут без перерывов по горячему предыдущему слою.

Выполнение швов в горизонтальном положении Эти швы выполнять труднее, чем в вертикальном положении. Для предупреждения стекания жидкого металла скос кромок обычно делают на одной верхней детали. Дуга в этом случае возбуждается на нижней горизонтальной кромке, а затем переносится на притупление деталей и затем на верхнюю кромку, поднимая вверх стекающую каплю металла. Колебательные движения электродом совершают по спирали.

Горизонтальными сварными швами легче выполнять нахлесточные соединения, чем стыковые, так как горизонтальная кромка листа способствует удержанию расплавленного металла от стекания вниз. Горизонтальные швы большой протяженности при Х-образной подготовке кромок (два симметричных скоса одной кромки, обычно верхней) делят на участки с таким расчетом, чтобы два сварщика могли сваривать двусторонний шов на таком участке в течение одной смены.

Выполнение швов в потолочном положении Это трудоемкая операция, потому что сила тяжести препятствует переносу металла с электрода в сварочную ванну, а расплавленный металл стремится вытечь из ванны вниз. Поэтому в процессе сварки нужно добиться, чтобы объем сварочной ванны был небольшим. Этого достигают применением электродов малого диаметра (не более мм) и небольших сварочных токов.

Основное условие получения качественного шва поддержание самой короткой дуги путем периодических замыканий электрода с ванной жидкого металла. В момент замыкания капля металла под действием сил поверхностного натяжения втягивается в сварочную ванну. В момент удаления электрода дуга гаснет и металл шва затвердевает. Одновременно электроду сообщаются также и колебательные движения поперек шва. Наклон электрода к поверхности детали должен составлять град. в направлении сварки.