Параметры режима ручной дуговой сварки

Влияние параметров режима сварки на формирование шва

Режим автоматической сварки под флюсом включает ряд параметров. Основные из них:

• сила сварочного тока,
• напряжение дуги,
• скорость сварки,
• диаметр электрода,
• род тока,
• полярность тока.

Дополнительные параметры:

• вылет электрода,
• наклон электрода
• и др.

Параметры режима сварки выбирают исходя из толщины свариваемого металла и требуемой формы сварного шва, которая определяется глубиной проплавления и шириной шва. Режим сварки определяют по экспериментальным (справочным) таблицам или приближенным расчетом с последующей проверкой на технологических пробах.

Обычно режим сварки выбирают в следующем порядке: в зависимости от толщины свариваемого металла выбирают диаметр электродной проволоки, затем в зависимости от диаметра устанавливают силу сварочного тока, далее скорость подачи электрода и скорость сварки.

Примерные режимы автоматической сварки под флюсом приведены в табл. 1.

Таблица 1. Режим сварки под флюсом

Способ сварки	Толщина металла, мм	Диаметр электрода, мм	Сварочный ток, А	Напряжение дуги, В	Скорость сварки, м/ч
Автоматическая сварка	5	3	450-500	32-34	35
Автоматическая сварка	10	5	700-750	34-36	30

Ниже рассматривается влияние перечисленных параметров режимов на формирование шва и приводятся рекомендации к их выбору.

Сила сварочного тока. От силы тока зависит тепловая мощность дуги. При увеличении силы тока количество выделяющейся теплоты возрастает и увеличивается давление дуги на ванну. Это приводит к увеличению глубины проплавления основного металла и доли участия его в формировании швов. Ширина шва при этом практически мало изменяется (рис. 1, а).

Рис. 1. Влияние параметров режима на форму шва: а – сварочный ток, б – напряжение дуги, в – скорость сварки

Диаметр электродной проволоки. При увеличении диаметра электродной проволоки и неизменном сварочном токе плотность тока на электроде уменьшается, одновременно усиливается блуждание дуги между концом электрода и поверхностью сварочной ванны, что приводит к возрастанию ширины шва и уменьшению глубины провара.

Напряжение дуги. Из всех параметров режимов автоматических способов дуговой сварки напряжение дуги (рис. 1, б) оказывает наибольшее влияние на ширину шва.

С повышением напряжения увеличиваются ее длина и подвижность, в результате чего возрастает доля теплоты идущей на плавление поверхности основного металла и флюса.

Это приводит к значительному увеличению ширины шва, причем глубина проплавления уменьшается, что особенно важно при сварке тонкого металла. Несколько уменьшается и высота выпуклости шва.

С повышением напряжения дуги увеличение ширины шва зависит и от рода тока. При одних и тех же напряжениях дуги ширина шва при сварке на постоянном токе, а в особенности при обратной полярности, значительно больше ширины шва, выполненного на переменном токе.

Род тока и полярность. Характер зависимости формы и размеров шва от основных параметров режимов сварки при переменном примерно такой же, как и при постоянном.

Однако полярность постоянного тока оказывает различное влияние на глубину и плавления, что объясняется разным количеством теплоты, выделяемой на катоде и аноде.

При дуговой сварке под флюсом постояным током применяется, как правило. обратная полярность.

Скорость сварки. Влияние скорости сварки (рис. 1, в) на глубину проплавления и ширину шва носит сложный характер. Сначала при увеличении скорости сварки столб дуги все больше вытесняет жидкий металл, толщина прослойки жидкого мета.

под дугой уменьшается и глубина проплавления возрастает. При дальнейшем увеличении скорости сварки (более 40 – 50 м/ч) заметно уменьшается погонная энергия и глубина проплавления на начинает уменьшаться.

Во всех случаях при увеличении скорости сварки ширина постоянно уменьшается. При скорости сварки более 70 – 80 м/ч основной металл не успевает достаточно прогреваться, в результате чего по обеим сторонам шва возможны несплавления кромок или подрезы.

При необходимости ведения сварки на больших скоростях применяют специальные методы (двухдуговая, сварка трехфазной дугой и др.).

Скорость подачи электродной проволоки. Этот параметр режима сварки тесно связан с силой сварочного тока и напряжением дуги. Для устойчивого процесса сварки скорость подачи электродной проволоки должна быть равна скорости ее плавления.

При недостаточной скорости подачи проволоки возможны периодические обрывы дуги, при слишком большой скорости происходят частые короткие замыкания электрода на сварочную ванну. Все это ведет к появлению непроваров и неудовлетворительному формированию шва.

Вылет электрода. С увеличением вылета электрода возрастает интенсивность его предварительного подогрева проходящим сварочным током. Электрод плавится быстрее, а основной металл остается сравнительно холодным. Кроме того, увеличивается длина дуги, что приводит к уменьшению глубины проплавления и некоторому увеличению ширины шва. Обычно вылет составляет 40 – 60 мм.

Наклон электрода вдоль шва. Обычно сварку выполняют вертикально расположенным электродом, но в отдельных случаях она может производиться с наклоном электрода углом вперед или углом назад (рис. 2, а).

Кроме того, при сварке углом вперед лучше проплавляются свариваемые кромки, что дает возможность производить сварку на повышенных скоростях. При сварке углом назад жидкий металл давлением газов вытесняется из-под дуги, т. е. толщина его прослойки под дугой уменьшается, а глубина проплавления увеличивается.

Увеличивается также высота выпуклости шва, но значительно уменьшается его ширина. Ввиду глубокого проплавления и недостаточного прогрева свариваемых кромок возможны несплавление основного металла с наплавленным и образованием пористости шва.

Учитывая это, данный метод применяют ограниченно, в основном при сварке металла большой толщины на больших скоростях, например при двухдуговой сварке или выполнении кольцевых швов небольшого диаметра.

Рис. 2. Влияние наклона при сварке на форму шва: а – электрода, б – детали

Наклон изделия. Обычно автоматическая и механизированная сварка под флюсом производится в нижнем положении (рис. 2, а). Возможна сварка на подъем или на спуск (рис. 2, б).

При сварке на подъем жидкий металл под действием собственного веса вытекает из-под дуги, толщина его прослойки уменьшается, что приводит к увеличению глубины проплавления и уменьшению ширины шва.

При угле наклона 6 – 8° по обе стороны шва могут образоваться подрезы, ухудшающие форму шва.

При сварке на спуск расплавленный металл подтекает под дугу, что приводит к увеличению толщины его прослойки. Глубина проплавления при этом уменьшается.

Этот метод, позволяющий несколько увеличить скорость сварки при хорошем формировании шва и небольшой глубине проплавления, применяется при сварке тонкого металла.

Марка флюса и его грануляция. Различные флюсы обладают разными стабилизирующими свойствами, с повышением которых увеличиваются длина дуги и ее напряжение в результате чего возрастает ширина шва и уменьшается глубина проплавления.

Чем крупнее флюс, тем меньше его объемная масса. Флюсы с малой объемной массой (крупнозернистые стекловидные и пемзовидные) оказывают меньшее давление на газовую полость зоны сварки, что способствует получению более широкого шва с меньшей глубиной проплавления.

Применение мелкозернистого флюса с большей объемной массой приводит к увеличению глубины проплавления и уменьшению ширины шва.

Выбор параметров режима дуговой сварки

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При разработке технологического процесса сварки конструкции ли­бо изделия из определенного материала необходимо выбрать способ сварки, оборудование для сварки, сварочные материалы, конструктивный тип соединения и элементы подготовки кромок, режимы сварки, методы и нормы контроля качества сварных швов, предусмотреть мероприятия по предупреждению или уменьшению сварочных деформаций.

К технологическим расчетам, необходимым непосредственно для разработки технологии дуговой сварки плавлением, относятся расчеты, связанные с оценкой ожидаемого химического состава и механических свойств сварного шва и соединения в целом.

Выбор способа сварки определяется характером производства (еди­ничное, серийное и др.), толщиной свариваемого материала, протяженно­стью шва и пространственным положением его выполнения, требуемыми свойствами сварного соединения. При этом учитывается наличие соот­ветствующего оборудования.

Элементы подготовки кромок и геометрия сварного шва (в том чис­ле и площадь наплавленного металла Fн) задаются соответствующими ГОСТами или ТУ, в зависимости от способа сварки, толщины сваривае­мого металла, пространственного положения сварки, конструкции свар­ного соединения. В некоторых случаях, при сварке специальных изделий, геометрия сварного шва выбирается конструктором или технологом.

Наиболее важным элементом разработки технологического процесса сварки является определение режимов и техники сварки (сварочный ток и напряжение, скорость сварки, длина швов и последовательность их на­ложения и др.). Эти параметры оказывают существенное влияние на

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

свойства сварного соединения: металла шва и зоны термического влия­ния (ЗТВ). Механические и другие свойства сварного соединения (метал­ла шва и ЗТВ) могут значительно различаться, так как они зависят от хи­мического состава, структуры металла и погонной энергии сварки.

Хи­мический состав основного металла в ЗТВ известен и значительного его изменения в процессе сварки не происходит (только диффузионные про­цессы). Состав металла шва зависит от состава основного металла и сва­рочных материалов (доли участия основного и электродного металлов γ0 и γн см. гл.

2), металлургических взаимодействий в сварочной ванне на стадии расплавления присадочного материала и в дуговом промежутке. Все эти данные рассчитать теоретически в настоящее время мы не можем ввиду сложности процессов, происходящих в сварочной ванне.

Проплав-ление основного металла при дуговых способах сварки происходит за счет теплопередачи от плазменного потока дуги (прежде всего в голов­ной части сварочной ванны), а при работе плавящимся электродом и за счет тепла, приносимого в сварочную ванну расплавленным электродным металлом.

Кроме того, проплавление основного металла осуществляется и теплопередачей на границе расплавленный металл — твердый металл. Тепловой поток в сварочной ванне определяется перемещением потока расплавленного металла. При теоретических расчетах необходимо знать все эти взаимодействия. Но несмотря на большое количество научных работ, посвященных этим вопросам, они не решены.

Приводимые в некоторых литературных источниках методы расчет-но-экспериментального определения режимов сварки основаны на изуче­нии уже готовых сварных соединений (определение Fн и Fпр, γ0 и γн). Для определения химического состава шва нужно также учесть металлурги­ческие процессы (легирование или угар тех или иных элементов).

При этом, зная хи­мический состав металла шва и термический цикл сварки, можно судить о его механических и других свойствах, а с учетом теплового цикла в ЗТВ и о свойствах сварного соединения в целом. Структура металла и его свойства определяются с помощью термокинетических и изотермических диаграмм распада аустенита.

Для высоколегированных, хромоникелевых и аустенитных сталей фазовый состав металла можно приблизительно определить по диаграмме Шеффлера. Более подробные сведения приво-

242 Выбор параметров режима дуговой сварки

дятся ниже при рассмотрении технологии сварки тех или иных групп металлов. Учитывая вышесказанное можно отметить, что выбор пара­метров режима сварки и сварочных материалов производится по литера­турным данным (таблицам, номограммам и др.).

При необходимости па­раметры режима сварки корректируются с целью получения требуемых свойств сварного соединения.

Основная задача, возникающая при выборе параметров режимов сварки сводится к определению такого их сочета­ния, при котором обеспечиваются требуемые свойства сварных соедине­ний при максимальной производительности и минимальной стоимости процесса. Простейшие приемы выбора некоторых параметров сварки рассматриваются ниже.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Учитывая тре­бования к свойствам сварного соединения, выбирается тип электрода, затем (см. гл. 2) по справочным данным или паспорту на электроды, где приводятся их технологические и другие показатели, с учетом условий выполнения сварки и имеющихся источников сварочного тока выбирает­ся марка электрода.

Часто выбор марки электродов производится сразу по их паспортным данным. В паспорте на электроды приводятся сведе­ния о их назначении, типичные химический состав и механические свой­ства металла шва, технологические особенности сварки, рекомендуемые род и сила сварочного тока, производительность наплавки, расход элек­тродов и др.

Следует помнить, что химический состав металла шва по его длине изменяется. Это связано с нагревом электрода по мере его рас­плавления, а значит с изменением скорости его расплавления, т.е. изме­няется γo- Геометрические размеры швов задаются по соответствующим ГОСТ или ТУ. Точность их исполнения зависит от квалификации свар­щика и проверяется специальным шаблоном.

При сварке многопроход­ных швов стыковых соединений первые проход (корневой) должен вы­полняться электродами диаметром 3 … 4 мм для удобства провара корня шва. Следует иметь ввиду, что максимальная площадь поперечного сече­ния металла шва, наплавленного за один проход 30 … 40 мм2. При сварке угловых швов, за один проход, рекомендуется выполнять швы с катетом 8 … 9 мм.

При необходимости выполнения швов с большим катетом применяется сварка за два прохода и более.

РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ 243

учетом технологических рекомендаций (см. технологию сварки различ­ных групп металлов).

При полуавтоматической сварке геометрические размеры шва зависят от квалификации сварщика и химический состав ме­талла шва по его длине изменяется.

https://www.youtube.com/watch?v=1HC04jLwUxg

При автоматической сварке параметры шва более стабильны. Условия сварки многопроходных стыковых и угло­вых швов такие же, как при ручной сварке покрытыми электродами.

Однако и в этом случае нужно знать зависимость скорости подачи электрода vnoa от сварочного тока и других параметров режима (вылет электрода, напряжение дуги см. гл. 3). Зная значение Fэл и Fн (по ГОСТу или чертежу), можно уточнить

5.2. РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА ОЖИДАЕМЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА ШВА

Прочность и работоспособность сварного соединения зависят от его формы и соотношения механических свойств металла шва, околошовной зоны (обычно зоны термического влияния) и основного металла.

При оценке ожидаемых механических свойств металла шва необхо­димо учитывать действие следующих технологических факторов:

— долю участия основного металла в формировании шва и его хими­ческий состав;

— тип и химический состав сварочных материалов;

— метод и режим сварки;

— тип соединения и число проходов в сварном шве;

— размеры сварного соединения;

— пластические деформации растяжения в металле шва при его ос­тывании.

244 Выбор параметров режима дуговой сварки

состава сварочных материалов также очевидна, так как их подбором можно регулировать химический состав и механические свойства метал­ла шва в самых широких пределах.

Метод сварки определяет тип защиты, ее химическую активность, а режим сварки изменяет долю основного металла и объем жидкого флюса, участвующих в химических реакциях, что, естественно, влияет на хими­ческий состав металла шва и его свойства.

Тип соединения и число проходов влияют на химический состав ме­талла шва, так как они определяют долю участия сварочных материалов в формировании шва и характер химико-металлургических процессов в зоне сварки.

Размеры сварного соединения влияют на характер температурного поля и термического цикла, определяя также существенные для форми­рования механических свойств металла шва характеристики: наиболь­шую температуру нагрева Tmax, длительность выдержки металла в интер­вале температур выше критических tB и скорость его охлаждения wохл.

Пластические деформации растяжения влияют в основном только на предел текучести металла шва, повышая отношение σт.ш / σв.ш до значе­ний 0,75 … 0,8 вместо обычных для прокатной стали — 0,65 … 0,7.

В связи с этим недостаточно выбирать режим сварки и наплавки только по показателям сплошности металла шва, правильного формиро­вания, отсутствия дефектов, устойчивости и производительности процес­са. Необходимо выбирать такие режимы, которые, обеспечивая выполне­ние указанных выше требований, способствовали бы также получению благоприятных структур и механических свойств металла шва и ЗТВ.

На основании изучения всех факторов, влияющих на механические свойства металла шва, разработаны приближенные способы оценки ожи­даемых механических свойств, многократная проверка которых показала, что расчетные характеристики металла шва отличаются от эксперимен­тальных на ±10 … 15 %.

При сварке низкоуглеродистых сталей обычными методами химиче­ский состав металла шва, характеризуемый эквивалентным содержанием углерода Сэш, незначительно отличается от химического состава основ­ного металла, характеризуемого также эквивалентным содержанием уг­лерода Сэо.

РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ 245

Существенное влияние скорости охлаждения металла шва на его механические свойства связано с известными в металловедении особен­ностями распада переохлажденного аустенита, с образованием вместо равновесного перлита (содержащего 0,83 % С) псевдоэвтектоида, имею­щего неравновесный состав и более мелкую структуру.

Таким образом, с увеличением скорости охлаждения металла шва вместо сравнительно мягких равновесных структур ферритно-перлитной стали происходит образование неравновесных, мелкодисперсных струк­тур сорбита, троостита и бейнита, что приводит к заметному повышению прочности и уменьшению пластичности металла шва.

Рис. 5.1. Изменение относительных характеристик механических свойств металла шва в зависимости от скорости его охлаждения

246 Выбор параметров режима дуговой сварки

ют скорость охлаждения wохл; по графику определяют соответствующие безразмерные коэффициенты и затем ожидаемые механические свойства металла шва по формулам:

где ав ш, отш, ч/ш, НВШ — соответственно предел прочности, предел теку­чести, относительное поперечное сужение и твердость металла шва; Оно, сгто, ц/0, НВО — соответствующие характеристики основного свари­ваемого металла.

Для легированных сталей необходимо учитывать более точно хими­ческий состав металла шва (рис. 5.2). При изучении комплексного леги­рования металла шва с пределом легирования:

установлено, что для данного диапазона легирования изменение механи­ческих свойств металла шва пропорционально концентрации легирую­щих элементов и что при комплексном их легировании действие всех элементов подчиняется закону аддитивности.

Экспериментальное определение механических характеристик ме­талла швов позволило установить коэффициенты влияния каждого эле­мента и составить эмпирические уравнения для расчета ожидаемых ме­ханических характеристик металла сварных низколегированных швов в следующем виде:

для предела прочности шва, МПа

для относительного удлинения шва, %

для ударной вязкости шва при T=20 °C, Дж/см2

РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Содержание легирующего элемента ° Содержание легирующего элемента’

Рис. 5.2. Влияние

легирующих элементов

на свойства стали

для предела текучести шва

для относительного поперечного сужения

В приведенных формулах значение каждого компонента принято в процентах. Формулы справедливы при условии, что концентрация от-

248 Выбор параметров режима дуговой сварки

5.3, на котором эффект закалки в зависимости от скорости охлаждения приведен для двух эквивалентных содержаний углерода Сэ = 0,26 и Сэ = 0,57. Для промежуточных значений Сэ рекомендуется пользоваться интерполяцией и определять w0XJ1.

Экви­валентное содержание углерода в шве подсчитывают по формуле

где С, Мn, Сг, V, Мо и т.д. — процентное содержание легирующих эле­ментов в металле шва. Медь и фосфор учитывают только в том случае, если концентрация меди больше 0,5 %, а фосфора больше 0,05 %. Для определения химического состава металла шва можно воспользоваться правилом смешения.

Площадь наплавки можно рассчитать по формуле

Рис. 5.3. Коэффициенты, учитывающие влияние

скорости остывания низколегированного металла шва

на его механические свойства

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Рис. 5.4. Зависимость полного теплового кпд от скорости сварки и плотности тока в электроде (механизированная сварка под флюсом):

1 — 25 А/мм2; 2-30 А/мм2; 3-40 А/мм2; 4-80 А/мм2; 5- 160 А/мм2; б — 250 А/мм2

Все полученные расчетные данные следует уточнять при сварке опытных образцов.

Контрольные вопросы

1. От чего зависит выбор способа сварки и сварочных материалов?

2. Влияние параметров режима на свойства сварных соединений.

3. Приемы выбора параметров режима сварки покрытыми электро­дами, в защитных газах, под флюсом.

4. Факторы учитываемые при оценке ожидаемых свойств металла шва.

Г л а в а 6

Выбор режима сварки

При рельефной сварке основные параметры режима те же, что и при точечной.

Сварочный ток должен быть достаточным, чтобы до окончательного разрушения рельефа создать необходимое температурное поле. Температура в зоне контакта в этот момент должна быть близкой к температуре плавления.

При дальнейшем нагреве, когда рельеф уже оседает, плотность тока снижается и температура повышается менее интенсивно.

При необходимой прочности рельефа разогрев в месте контакта происходит достаточно интенсивно, так как меньше его начальное деформирование во время предварительного сжатия, увеличивающего площадь соприкосновения.

В большинстве рекомендаций указан ток на каждый рельеф, который увеличивается прямо пропорционально числу рельефов свариваемых одновременно.

При очень близком расположении рельефов относительно друг друга температурные ноля, возникающие вокруг каждого рельефа, перекрываются. В этом случае сварочный ток, приходящийся на каждый рельеф, снижается.

Выбирая ток, необходимо учитывать его возможное шунтирование, которое часто определяется качеством деталей (заусенцы, неровности поверхности) конструкцией приспособлений и электродов. По возможности шунтирование необходимо устранять.

Для сварки тонколистовых низкоуглеродистых сталей плотность тока, рассчитанная на минимальный диаметр литого ядра, колеблется в широких пределах (150—900 А/мм2). Большие значения — для меньших толщин и более жестких режимов.

Усилие на электродах также определяется свариваемым металлом, его толщиной и числом рельефов. Приложение давления должно быть достаточно плавным.

Слишком быстрое опускание головки машины создает высокую динамическую нагрузку, что может значительно увеличить площадь соприкосновения в месте контакта и недопустимо снизить плотность тока, в результате чего образуется сварное соединение кольцевого типа с отсутствием сплавления в центре точки.

Это явление особенно сказывается при сварке единичных рельефов. При большом их числе создаваемое динамическое усилие рассредоточивается и скорость движения электродов машины может быть увеличена. Общее усилие обычно пропорционально их числу.

Важно равномерное распределение усилия на все рельефы и сохранение постоянства его в течение нагрева.

Первое обеспечивается жесткостью станины машины, конструкцией направляющих и оснастки машины, сохраняющих параллельность плоскостей электродов в пределах допуска на высоту рельефа.

Второе зависит от массы подвижных частей и силы трения в направляющих и учитывается при разработке конструкции машины.

Для сварки тонколистовых низкоуглеродистых сталей усилие на электродах выбирают из условия обеспечения оптимального давления (5,5—13 кгс/см2) на площадь литого ядра.

При сварке больших толщин целесообразно применять повышенное усилие проковки, однако это требует применения более дорогого и дефицитного оборудования. Уменьшение давления ниже оптимального приводит к появлению выплесков.

Продолжительность сварки одинакова для всех рельефов и определяется только толщиной свариваемых деталей и их материалом. Как и при точечной сварке, с увеличением продолжительности нагрева снижается жесткость режима.

Если разница в высоте рельефов не устраняется холодным их деформированием в период сжатия, продолжительность нагрева для рельефов, не вошедших в соприкосновение к началу процесса, уменьшается и качество сварки их снижается.

Снижение продолжительности прохождения сварочного тока существенно не отражается на производительности (так как одновременно свариваются несколько рельефов), но требует повышения тока, что увеличивает возможность выплесков. При большом числе одновременно свариваемых рельефов, когда более вероятно соприкосновение только в отдельных рельефах, склонность к выплескам повышается, поэтому рекомендуется увеличивать продолжительность сварки.

При рельефной сварке в отличие от точечной вся подвижная система привода машины во время нагрева передвигается на значительно большую величину. Это определяется высотой осаживаемых выступов.

Продолжительность осаживания составляет около 20% цикла нагрева. Слишком быстрая осадка рельефов требует более высокой динамической характеристики привода, что не всегда удается выполнить.

На ГАЗе для сварки низкоуглеродистой стали применяют рельефы типа а и в (см. рис. 60), размеры которых выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей (табл. 14).

Режим А рекомендуется для рельефно-точечной сварки одного рельефа или одновременной сварки нескольких рельефов при их значительном удалении друг от друга (на расстояние в 1,5— 2 раза больше, чем указано в табл. 14).

Режим Б рассчитан на сварку двух, а режим В трех и большего числа рельефов при кучном их расположении.

Для компенсации снижения сварочного тока несколько увеличивают время его прохождения и снижают усилие при сварке. Некоторое снижение прочности в этом случае может компенсироваться увеличением их числа. Иногда это важно, например, для обеспечения меньших зазоров между свариваемыми деталями.

Таблица 14. Режимы рельефной сварки тонколистовой низкоуглеродистой стали

Толщина каждой детали, мм	Размер рельефа, мм	Рекомендуемые размеры (минимальные) , мм	Минимальный диаметр литого ядра, мм	Режим А	Режим Б	Режим В
Диаметр	Высота	Расстояние между рельефами	Нахлестка и фланцы	Продолжительность импульса сварочного тока, с	Усилие на рельеф, кгс	Сила сварочного тока, кА	Продолжительность импульса тока, с	Усилие на рельеф, кгс	Сила сварочного тока, кА	Продолжительность импульса сварочного тока, с	Усилие на рельеф, кгс	Сила сварочного тока, кА
0,6	2	0,5	7	4	2,5	0,06	80	5	0,12	70	4,3	0,12	50	3,3
0,8	2,5	0,5	9	5,5	3	0,06	110	6,6	0,12	70	5,1	0,20	60	3,8
0,9	3	0,7	10	7	4	0,10	130	7,3	0,16	90	5,5	0,26	65	4,0
1,0	3	0,7	10	7	4	0,16	150	8,0	0,2	100	6,0	0,30	70	4,3
1,2	4	0,8	12	8	5	0,16	180	8,8	0,32	120	6,5	0,38	100	4,6
1,5	5	0,9	15	10	6	0,20	250	10,3	0,40	160	7,7	0,50	150	5,4
1,8	5,5	1,0	18	12	7	0,26	300	11,3	0,50	200	8,0	0,64	180	6,0
2,0	5,5	1,0	18	12	7	0,28	360	11,8	0,56	240	8,8	0,68	210	6,4
2,5	6	1,3	23	14	8	0,32	460	14,1	0,64	310	10,6	0,84	280	7,5
3,0	7	1,5	27	17	9	0,38	680	14,9	0,76	450	11,3	1,00	360	8,3
3,5	8	1,6	30	20	10	0,44	750	15,3	0,86	490	11,9	1,10	410	9,4
4,0	9	1,7	34	22	11	0,50	840	16,1	0,92	580	12,5	1,20	460	10,0

При сварке деталей разной толщины (соотношение толщины не свыше 1 : 3) режим устанавливают по меньшей толщине, а рельефы выдавливают на более толстой детали. Это способствует формированию более симметричной зоны проплавления. В данном случае рекомендуется более жесткий режим.

При большой разнице в толщине свариваемых деталей штамповка рельефа на толстой детали не всегда приводит к положительным результатам. Это связано с сильной деформацией выступа по мере его разогрева нерезким уменьшением плотности тока. Более толстая деталь не успевает прогреться и не образует литое ядро нормального размера.

Поэтому необходимо применять более жесткие режимы с модуляцией в начале импульса для предупреждения выплеска. Если масса детали из металла большей толщины меньше, нагрев в месте сварки будет более равномерный.

Лучшие результаты получаются, если вместо штампованных рельефов применить промежуточную вставку, однако такая технология существенно осложняет массовое производство.

Для сварки больших толщин (3,6—6,4 мм) рекомендуются рельефы двух типов — нормальные и уменьшенные (табл. 15). Последние используют преимущественно в многорельефных соединениях, где требуется плотное прилегание деталей по большей площади или необходимо штамповать рельефы в более толстой детали при сварке металла разных толщин.

Плавное нарастание сварочного тока в начале импульса уменьшает возможность выплесков и способствует более равномерному нагреву всех рельефов. Повышенное усилие проковки позволяет получить меньшие зазоры между свариваемыми деталями и более плотное литое ядро. Основные параметры режима, указанные в табл. 14 и 15, должны выдерживаться с допуском ±10%.

Минимальное значение сварочного тока ограничивается допуском 5%.

Таблица 15. Режимы рельефной сварки низкоуглеродистой стали больших толщин

Толщина каждой детали, мм	Размеры рельефов, мм	Рекомендуемые размеры (минимальные), мм	Минимальный диаметр литого ядра, мм	Усилие на рельеф, кгс	Продолжительность нарастания сварочного тока, с	Общая продолжительность сварки, с	Сила сварочного тока, кА	Минимальное разрушающее усилие при срезе на точку, кгс
Диаметр	Высота	Расстояние между рельефами	Нахлестки и фланцев	при сварке	при проковке
Нормальные рельефы
3,6	8,0	1,6	38	19	11	900	1900	0,3	1,20	15,4	3560
4,0	9,0	1,7	40	20	12	1040	2080	0,3	1,40	16,1	3840
4,4	9,5	2,0	44	22	13	1200	2400	0,4	1,64	17,4	4500
4,8	10,0	2,0	48	24	14	1330	2660	0,4	1,96	18,8	5350
5,2	11,0	2,3	50	25	15	1440	2880	0,5	2,24	20,2	5920
6,4	13,5	2,8	64	32	18	1770	3540	0,6	2,90	23,3	8200
Уменьшенные рельефы
3,6	6,8	1,5	40	19	9	640	1280	0,3	1,20	11,1	2300
4,0	7,5	1,5	42	20	10	650	1300	0,3	1,40	11,8	2480
4,4	8,0	1,7	43	21	11	680	1360	0,4	1,64	12,8	2950
4,8	8,5	1,8	44	23	11	725	1450	0,4	1,96	13,9	3500
5,2	9,0	2,0	46	24	12	785	1570	0,5	2,24	14,9	3850
6,4	10,0	2,2	52	28	13	950	1900	0,6	2,90	17,3	5430

Рельефной сваркой можно соединять пакеты из трех листов и более. Рельефы удобнее штамповать на средней детали, чередуя их расположение в ту и другую стороны.

Можно штамповать рельефы и на наружных деталях, однако при этом необходимо точное совмещение рельефов. Это усложняет конструкцию оснастки и такой способ применяется реже.

При таком совмещении рельефов в среднем листе можно достигнуть сквозного проплавления.

При сварке изделий с небольшими фланцами увеличить площадь сварки можно, применив рельеф удлиненной формы (рис. 61, а). Такой же формы рельефы иногда применяют для сварки криволинейных плоскостей, располагая рельеф вдоль уклона поверхности.

Это позволяет получить достаточную прочность при меньшем радиусе криволинейной поверхности. Для листовой стали толщиной менее 0,6 мм условия сварки ухудшаются в результате снижения механической прочности рельефа, который разрушается до достижения необходимой температуры нагрева.

Для сварки металла толщиной 0,4—0,6 мм можно применять кольцевые рельефы (рис. 61, б).

Рис. 61. Рельефы удлиненной и кольцевой формы

Сварка по замкнутым рельефам позволяет получить герметичное соединение, которое обычно формируется в твердой фазе. Образование соединения с литой зоной требует больших сварочных токов.

Для достижения равнопрочности соединения с основным металлом достаточно иметь ширину зоны сварки b — 1,5δ.

При сварке тонколистовой низкоуглеродистой стали кольцевым рельефом необходимы плотность тока в соединении 0,4—0,5 кА/мм2 и давление 8—10 кгс/мм2.

Рельефную сварку можно применять и для соединения криволинейных поверхностей с достаточно большим радиусом кривизны или при расположении места сварки на них по образующей (рис. 62, а, б).

В первом варианте лучшие результаты получают при расположении крайних рельефов на расстоянии не более половины радиуса кривизны поверхности (b≤R/2). Во втором варианте возможность сварки определяется жесткостью трубы, которая зависит от ее диаметра и толщины стенки.

При сварке трубы с охватывающей ее скобой (рис. 62, в, г) неизбежна деформация скобы из-за изменения радиуса в результате осадки рельефа.

Рис. 62. Рельефная сварка на криволинейных поверхностях

Выбор тока, диаметра сечения электрода

Токовая сила при использовании электродуговой ручной сварки — один из самых важных показателей, влияющих на рабочую производительность, качество шовного соединения.

Чаще всего в комплект поставки сварочного оборудования входит инструкция по эксплуатации, в которой указываются рекомендуемые параметры. Если же инструкция не предусмотрена, тогда выбор токовой силы рекомендуется осуществлять с учетом диаметра используемых электродов, многие производители которых размещают соответствующую информацию на упаковке.

Важно не забывать! Чем больше диаметр сечения электрода, тем шире получается сварной шов, глубина проварки меньше — хуже соединение в целом.

Пример соотношения тока, диаметра электрода, толщины материала

I т, А	10-20	30-45	45-100	100-160	120-200	150-200	160-250	200-350
Dэл., мм	1	1,5-2	3	3-4	4	4-5	5	6-8
T м, мм	0,5	1-2	3	4-5	6-8	9-12	13-15	16

Меры безопасности и охраны труда на месте

Требования к выполнению сварки закреплены в ГОСТ 12.3.003 и правилах безопасного проведения газосварочных и электросварочных работ.

Сварщик может быть подвергнут таким опасным факторам, как:

• удар током;
• вдыхание вредных паров;
• ожог;
• ультрафиолетовое и инфракрасное облучение;
• превышение допустимой степени шума и вибрации и др.

Общие требования:

1. К электросварочным и газосварочным работам могут быть допущены лица старше 18 лет, которые прошли медосмотр, получили инструктаж по технике безопасности, окончили стажировку и выполнили проверочное испытание.
2. У сварщика должна быть II квалификационная группа по электробезопасности.
3. Рабочие оснащаются необходимыми средствами индивидуальной защиты, к которым относятся:
   брезентовый костюм сварщика;
4. ботинки или сапоги;
5. брезентовые рукавицы;
6. защитные очки или щиток;
7. спецодежда для работы зимой.
8. При обнаружении опасности или подозрении на техническую неисправность чего-либо следует незамедлительно доложить об этом руководству.
9. Каждый участник процесса должен выполнять только ту работу, которую ему поручили.
10. Руки, обувь и одежда должны быть сухими.
11. Возгораемые материалы должны находиться от зоны сварки на расстоянии не менее 5 м, а взрывоопасные – не менее 10 м.
12. При необходимости проведения работ на высоте следует использовать леса или лестницы со специальными площадками, покрытыми огнестойким настилом, и с ограждениями для защиты.
13. Проводятся регулярные осмотры оборудования на предмет возможных механических повреждений и отрицательного воздействия высоких температур.
14. Если приходится проводить сварку вне помещения в условиях выпадения осадков, то источники питания размещают в мобильных навесах. Поражение током в производственных условиях случается из-за прикосновения рабочего к токоведущим частям оборудования, находящегося под опасным напряжением:
    до 12 В – во влажных условиях;
15. до 36 В – в сухих.
16. После окончания сварки следует тщательно убрать рабочее место и отключить аппаратуру от потребления тока, спрятать баллоны в помещение для хранения.

Порядок проведения работ

Для оптимизации производства предусмотрен стандартный алгоритм действий:

1. Проводят проверку оборудования и подготавливают материалы. Детали очищают от посторонних элементов. Особого внимания требует околошовная зона, чтобы мелкие крупицы не оказали негативного влияния на качество всего изделия. При необходимости стачивают кромки шлифовальной машиной или вручную напильником. Разделку заполняют электродным металлом, зазор между кромками варьируется в зависимости от марки, толщины частей, вида сварки и т.д.
2. При несущественном зазоре соединение выполняют без присадочного материала – неплавящимся электродом. Вариант сварки плавящимся электродом предусмотрен для более широкого зазора. Его размер прямо пропорционален глубине проплавления задействованных кромок. Оптимальная разделка – это форма Х, обеспечивающая долговечность сварочного шва и минимизацию риска деформации готового продукта сварки.
3. Притупляют кромки посредством плотного сжатия деталей тисками.
4. Наступает время сборки. Сварочные элементы фиксируют разными способами: болтами, креплениями, прихватками, чтобы с местом для будущего шва было максимально удобно работать электродом или горелкой.
5. После всех подготовительных этапов приступают непосредственно к сварке. Ее осуществляют разными способами, например:

• ручная дуговая – покрытыми электродами или неплавящимся электродом;
• механизированная – самозащитной порошковой проволокой или плавящимся электродом в среде активных газов и смесях;
• автоматическая – под флюсом;
• газовая;
• термитная.

Рекомендуем к прочтению Размер зарплаты сварщика

Сварочный ток

Большинство реализуемых в розничной сети аппаратов работают на постоянном токе. От переменного он отличается тем, что не меняет ни свою величину, ни направление. Благодаря этому электрическая дуга горит стабильно. Есть и минус. В процессе сваривания сталей и других металлов под постоянным током возможно образование эффекта магнитного дутья.

Он может возникать при сваривании конструкций большого размера с намагниченными элементами. Магнитное поле начинает воздействовать на электрическую лугу, заставляя ее отклоняться. В таком случае дуга выходит за пределы стыка и резко понижается ее стабильность. Есть несколько способов противостояния:

• ограждение рабочего пространства специальными защитными экранами, отсекающими влияние сторонних магнитных полей;
• поверхности, которые соединяются, следует заземлять;
• проанализировать возможность использования переменного тока.

Преимущество работы на постоянном токе заключается в стабильности горения дуги и возможности выбора оптимального варианта полярности. Прямая полярность в среде специалистов называется электрод-отрицательной, а обратная – электрод-положительной. Как вытекает из самого названия обратная полярность подразумевает подключение электрода к положительной клемме, а массы – к отрицательной.

Изменение полярности влечет за собой последствия для работы со сварочным агрегатом. Отличие заключается в следующем. Согласно общепринятым физическим законам больше будет прогреваться тот элемент, который подключен к положительному заряду. Исходя из этого получается, что при прямом подключении больше будет прогреваться заготовка.

Если использовать прямое подключение в случае, когда проводятся сварочные работы с тонкостенными заготовками, то металл будет «гореть». То есть, он быстро плавится и получаются не швы, а прогоревшие насквозь участки. В лучшем случае получится шов без сквозных отверстий, но низкого качества. Поэтому для работы с тонкими металлами применяют обратную полярность.

Величина силы тока зависит от возможностей конкретной модели сварочного аппарата. Этот параметр указывается в сопроводительной документации. Если по каким-либо причинам нет документации, по которой можно определить оптимальные значение силы тока для конкретной ситуации, то можно выбирать значение, ориентируясь на диаметр используемого электрода.

Негативно влияет на сварочный процесс и слишком толстый электрод. В этом случае уменьшается плотность тока, сварочная дуга начинает смещаться и выходить ха пределы шва, сварной шов получается низкого качества и с плохими эстетическими показателями.