Электродуговая сварка металлов покрытыми электродами

Электродуговая сварка – наиболее широко применяемая группа процессов сварочной технологии. При электродуговой сварке кромки соединяемых деталей расплавляются электрическим дуговым разрядом. Для сварки необходим сильноточный источник питания низкого напряжения, к одному зажиму которого присоединяется свариваемая деталь, а к другому – сварочный электрод.

Электрод состоит из стержня и электродного покрытия. Электродный

стержень – это сварочная проволока, которая, по своему химическому

составу, должна быть наиболее близкой к составу основного металла, в

противном случае механические характеристики сварного соединения могут

быть неудовлетворительными.

Электродное покрытие – многокомпонентная смесь металлов и их оксидов, которая при ее плавлении создает газовую и шлаковую защиту металла сварочной ванны от воздействия атмосферы.

При сварке металл ванны подвергается воздействию окружающего

воздуха и под влиянием высоких температур происходит его окисление,

насыщение азотом и водородом. Соединение металла с этими газами

приводит к образованию нежелательных химических соединений в виде

закиси железа FeO, окиси железа Fe2O3, нитридов железа Fe2N, Fe4N и др.,

а также выгоранию легирующих элементов.
Питание дуги осуществляется от источника постоянного

(выпрямителя) или переменного тока (сварочного трансформатора).

Электрическая дуга постоянного тока горит более стабильно. Кроме того,

сварку на постоянном токе можно проводить при прямой и ли обратной

полярности, присоединяя в первом случае к детали «плюс» источника

питания, а в другом – «минус». Обратная полярность позволяет

уменьшить глубину проплавления основного металла, так как на

положительном электроде выделяется тепла на 20% больше, чем на

отрицательном. Поэтому детали толщиной менее 3 мм необходимо

сваривать на постоянном токе обратной полярности, чтобы избежать

прожогов.
Преимущества электродуговой сварки покрытыми электродами:

универсальность и технологическая гибкость при выполнении

ремонтных работ;

простота и доступность оборудования и технологии;

возможность получения наплавляемого слоя любой системы

легирования.

Недостатки электродуговой сварки покрытыми электродами:

низкая производительность и тяжелые условия труда;

нарушение результатов предшествующей термической обработки;

низкое качество металла наплавленного слоя, происходящее

вследствие окисления и выгорания легирующих элементов;

большая глубина проплавления основного металла и, как следствие,

коробление изделий.

Перед заваркой с целью исключения развития трещины ее концы

засверливают сверлом диаметром 3…6 мм (диаметр сверла выбирают в

зависимости от толщины детали). Кромки трещины разделывают под углом α

равным 120…140º, получая, таким образом, V- образную канавку шириной

более 3 мм, которая позволяет наиболее полно связать разделенные

трещиной части детали/

Для получения качественного сварного соединения требуется правильно

выбрать параметры режима сварки. Так, диаметр электрода выбирают в

зависимости от толщины свариваемого металла. При сварке деталей

толщиной до 4 мм диаметр электрода должен равняться толщине деталей.

Сила сварочного тока определяется значением допустимой плотности тока,

которая, в свою очередь, зависит от толщины свариваемого металла,

скорости сварки, диаметра электрода, вида его покрытия, положения шва в

пространстве.
57. Устранение трещин в деталях сваркой

В зависимости от длины трещины различают следующие виды швов:

короткие (250…300 мм), сварка которых ведется напроход, т.е. сварку

начинают на одном конце дефекта и заканчивают на другом (рис. 14.5.);

средние (350…1000 мм), сварка которых ведется от середины к краям

дефекта; длинные (более 1000 мм), сварка которых ведется обратно -

ступенчатым способом.

В зависимости от размеров сечения швы бывают однопроходными или

однослойными, многослойными, многопроходными.

Однопроходная сварка производительна и экономична, но металл шва

получается недостаточно пластичным вследствие увеличения зоны

перегрева. В случае многослойной сварки каждый нижележащий валик

проходит термообработку при наложении следующего шва, что позволяет получать измельченную структуру металла шва и высокие механические свойства сварочного соединения.

Расположение слоев при многослойной сварке бывает двух видов: 1)последовательное наложение каждого слоя по всей длине шва «каскадным»

2) «горки» наложение швов способом отжигающих валиков

 

Электродуговая сварка чугуна производится специальными

электродами, содержащими медь или никель, на постоянном токе обратной

полярности («плюс» на электроде «минус» на детали). Заварку трещины

проводят короткими участками, которые сваривают их в определенной

последовательности (рис. 14.7), обеспечивающей образование минимальных

остаточных напряжений.

Глубокие трещины могут быть заварены тонкими стальными электродами

Автоматическая сварка под слоем флюса

При автоматической сварке под слоем флюса электродная проволока

специальным подающим механизмом подается через мундштук (скользящий

электрический контакт) и бункер с флюсом к наплавляемой поверхности

детали. Подающий механизм включает в себя, как правило, четыре ролика,

которые служат как для подачи, так и для выпрямления электродной

проволоки. В качестве источника питания используют преобразователи и

выпрямители с жесткой внешней (вольтамперной) характеристикой.

Возникающая в контакте проволоки с деталью электрическая дуга горит под

слоем флюса, состоящего из отдельных мелких крупиц (зерен) (рис. 14.9.).

Под действием высокой температуры часть флюса плавится, образуя вокруг

дуги эластичную оболочку, которая надежно защищает расплавленный

металл от действия кислорода и азота воздуха. На границе расплавленного

металла сварочной ванны с жидким шлаком происходит диффузия

компонентов флюса и металла расплавленного шлака в сварочную ванну и

обратно. Флюс наряду с защитной функцией, выполняет задачи раскисления,

легирования и рафинирования металла валика. Благодаря наличию во флюсе

элементов с низким потенциалом ионизации он способствует устойчивому

горению электрической дуги.

Газовая сварка металлов

Одним из самых распространенных технологических способов сварки

является также ремонтная газовая сварка. Газовая сварка основана на

использовании тепла, выделяющегося при сгорании в среде кислорода и

горючих газов: ацетилена, природных пропанобутановых смесей, паров

бензина и др.

Для получения сварного шва с высокими механическими свойствами

при газовой сварке необходимо хорошо подготовить свариваемые кромки,

правильно подобрать мощность горелки, отрегулировать сварочное пламя,

выбрать присадочный материал, установить положение горелки и

направление ее перемещения по свариваемому шву.

При газовой сварке пламя направляют на свариваемые кромки так,

чтобы они находились на расстоянии 2…6 мм от конца ядра пламени. Конец

присадочного прутка при этом может находиться в сварочной ванне или на

некотором расстоянии от нее. Угол наклона горелки зависит от толщины

свариваемых кромок и теплопроводности металла. Чем толще металл и чем

выше его теплопроводность, тем больше должен быть угол наклона горелки.

Это способствует введению большего количества теплоты в основной

металл.

Различают два основных способа газовой сварки: правый и левый.

При правом способе процесс сварки ведется слева направо. Горелка перемещается впереди присадочного прутка, а пламя направлено на формирующийся шов. Такой способ применяют при сварке металла толщиной более 5 мм, так как он характеризуется большим тепловложеним в основной металл. При сварке этим способом швы получаются высокого качества.

При левом способе процесс сварки производится справа налево. Горелка перемещается за присадочным прутком, а пламя, направленное на свариваемые кромки, подогревает их, подготавливая таким образом к сварке. В этом случае шов получается равномерным по высоте и ширине, что особенно важно при сварке тонких стенок детали.

Газовую заварку трещины чугунной корпусной детали осуществляют

ацетиленокислородным пламенем. В качестве присадочного материала

обычно используют специальные чугунные прутки. Перед сваркой

производят общий подогрев детали до температуры 650…680ºС, а при

газовой заварке – местный нагрев до температуры не менее 500ºС. При этом

трещину накрывают специальным защитным кожухом, в котором имеется

небольшое окно для доступа к месту сварки. Такая защита позволяет

предотвратить появление закалочных структур в околошовной зоне.

 

 

Вопрос № 60

 

Технология сварки алюминия и его сплавов достаточно многообразна. К числу основных особенностей сварки алюминия и его сплавов любым из перечисленных методов относятся: необходимость удаления окисной пленки с поверхности свариваемых изделий, тщательная подготовка под сварку, предварительный подогрев и др. К основным трудностям сварки алюминия и его сплавов относятся:

1. Наличие и возможность образования тугоплавкого окисла А1₂О₃ (Т_пл = 2050°С) с плотностью больше, чем у алюминия, затрудняет сплавление кромок соединения и способствует загрязнению металла шва частичками этой пленки.

2. Резкое падение прочности при высоких температурах может привести к разрушению (проваливанию) твердого металла нерасплавившейся части кромок под действием веса сварочной ванны. В связи с высокой жидкотекучестью, алюминий может вытекать через корень шва.

3. В связи с большой величиной коэффициента линейного расширения [а = (21 : 24.7)10^-6 ' °С^-1] и низким модулем упругости сплав имеет повышенную склонность к короблению. Уровень сварочных деформаций в 1.5-2 раза выше, чем у аналогичных стальных конструкций.

4. Необходима самая тщательная химическая очистка сварочной проволки и механическая очистка и обезжиривание свариваемых кромок. В связи с резким повышением растворимости газов в нагретом металле и задержкой их в металле при его остывании возникает интенсивная пористость, обусловленная водородом, приводящая к снижению прочности и пластичности металла. Предварительный и сопутствующий подогрев замедляет кристаллизацию металла сварочной ванны, что способствует более полному удалению газов и снижению пористости.

5. Вследствие высокой теплопроводности алюминия необходимо применение мощных источников теплоты. С этой точки зрения в ряде случаев желательны подогрев начальных участков шва до температуры 120-150°С или применение предварительного и сопутствующего подогрева.

6. Металл шва склонен к возникновению трещин в связи с грубой столбчатой структурой металла шва и выделением по границам зерен легкосплавных эвтектик, а также развитием значительных усадочных напряжений в результате высокой литейной усадки алюминия (7%).

 

Экзаменационные вопросы дисциплины «Технология конструкционных материалов»

 

1. Задачи технологии конструкционных материалов

2. Основные стадии жизненного цикла объектов

3. Рециклинг объектов

4. Обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин путем управления несущей способностью поверхностного слоя

5. Точность геометрических размеров деталей

6. Отклонения формы деталей

7. Волнистость поверхности деталей

8. Параметры шероховатости поверхности детали

9. Упрочнение материала деталей

10. Требования, предъявляемые к железным рудам

11. Назначение металлургических флюсов

12. Требования, предъявляемые к огнеупорным материалам

13. Требования, предъявляемые к металлургическому топливу

14. Подготовка шихты к доменному производству

15. Устройство доменной печи

16. Воздухонагреватели и загрузочные устройства доменной печи

17. Сущность доменного процесса

18. Выплавка стали в конверторах

19. Преимущества и недостатки конвертирования

20. Выплавка стали во вращающихся (роторных) печах

21. Выплавка стали в мартеновских печах

22. Выплавка стали в электропечах

23. Электрошлаковый переплав стали в электропечах

24. Разливка стали в слитки

25. Назначение и маркировкаконструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества общего назначения и качественных конструкционных сталей

26. Назначение и маркировка инструментальных углеродистых сталей

27. Назначение и маркировка легированных сталей

28. Назначение и маркировка строительных сталей

29. Назначение и маркировка сталей для подшипников

30. Назначение и маркировка быстрорежущих сталей

31. Назначение и маркировка магнитных сталей

32. Назначение и маркировка чугунов

33. Назначение и маркировка твердых сплавов

34. Назначение и маркировка сверхтвердых инструментальных материалов

35. Назначение и маркировка меди и сплавов на основе меди

36. Назначение и маркировка алюминия и сплавов на основе алюминия

37. Назначение и маркировка магния и сплавов на основе магния

38. Назначение и маркировка титана и сплавов на основе титана

39. Назначение и маркировка баббитов

40. Назначениемодельного комплекта в литейном производстве

41. Назначение и свойства формовочных и стержневых смесей в литейном производстве

42. Сущность и схемы процесса прокатки металлов

43. Применение прокатки и сортамент изделий

44. Сущность и схемы процесса прессования материалов

45. Сущность и общая технология процесса волочения

46. Сущность процесса и основные операции свободной ковки

47. Сущность и общая технология процесса объемной штамповки

48. Токарная обработка в процессах изготовления деталей

49. Причины, вызывающие отклонения размеров и формы деталей при токарной обработке

50. Режимы токарной обработки

51. Элементы и углы резца

52. Шлифование в процессах изготовления деталей

53. Фрезерование в процессах изготовления деталей

54. Осевая обработка (сверление, зенкерование, развертывание и др) в процессах изготовления деталей

55. Отделочная обработка поверхностей деталей в процессах изготовления

56. Электродуговая сварка металлов покрытыми электродами

57. Устранение трещин в деталях сваркой

58. Автоматическая сварка под слоем флюса

59. Газовая сварка металлов

60. Особенности сварки алюминия.