Тема 3.2.3 Источники сварочного тока, их назначение, основные части и принцип работы

Сварке

Рис. 68 Различные способы колебательного перемещения электрода при

Рис. 67 Пространственное выполнение сварных швов

Для повышения производительности сварки возможны два пути: 1) увеличение силы сварочного тока; 2) повышение коэффициента наплавки.

Применение большой силы тока наталкивается на ряд препят­ствий. С увеличением силы тока растет механическое давление стол­ба дуги на поверхность жидкой ванны. Это ведет к Выдуванию жидкого металла на края ванны и интенсивному разбрызгиванию. Потери на угар и разбрызгивание достигают 40% веса всего наплавленного металла. Большая плотность тока приводит также к пере­греву стержня электрода до температуры 600°С, что влечет за собой неспокойное плавление электрода, местное выкрашивание обмазки и частый обрыв дуги. Все это ограничивает силу сварочного тока в рамках 200…300 А для электродов диаметром 5 мм.

Повышение коэффициента наплавки может быть достигнуто подбором компонентов электродных покрытий и введением в них железного порошка.

2. Электроды для дуговой сварки можно раз­делить на две основные группы: плавящиеся и неплавящиеся.

Неплавящиеся электродные стержни делают из воль­фрама, электротехнического угля или синтетического графита. Угольные и графитовые стержни изготовляют диаметром от 4 до 18 мм, длиной 250 и 700 мм. Графи­товые электроды имеют лучшую электропроводность и более стойки против окисления при высоких темпера­турах, чем угольные.

Плавящиеся электроды бывают стальные, чугунные, алюминиевые, медные и др. Их изготовляют из свароч­ных проволок. Преимущественное применение имеют стальные электроды, стержни которых делают из элек­тродной проволоки диаметром от 1,6 до 12 мм и длиной от 150 до 450 мм.

Металлические электроды подразделяют на голые и с покрытием. Голые электроды при ручной дуговой сварке не применяют. Покрытия электродов служат для повышения устойчивости горения дуги, защиты наплав­ленного металла от вредного действия кислорода и азо­та, для легирования металла сварного шва.

Покрытые металлические электроды для ручной ду­говой сварки и наплавки сталей подразделяют по на­значению (ГОСТ 9466–75): У (условное обозначение электродов) – для сварки углеродистых и низколегиро­ванных конструкционных сталей с временным сопротив­лением разрыву до 600 МПа; Л – для сварки легиро­ванных конструкционных сталей с временным сопро­тивлением разрыву свыше 600 МПа; Т – для сварки легированных теплоустойчивых сталей; В – для сварки легированных сталей с особыми свойствами; Н – для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами.

Электроды подразделяют на типы: Э–38, Э–42, Э–46, Э–50 и применяют для сварки углеродистых и низко­легированных конструкционных сталей с временным со­противлением разрыву до 500 МПа (числа в обозначе­нии типа электрода указывают минимальное гаранти­руемое временное сопротивление разрыву металла шва в кгс/мм²); Э-42А, Э-46А, Э-50А применяют для сварки углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву до 500 МПа, когда к металлу сварного шва предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости. Покрытые металли­ческие электроды для ручной дуговой сварки и наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами изготовляют следующих типов (ГОСТ 10051–75): Э–10Г2, Э–320Х25С2ГР и др. Буква Э означает: электроды для ручной дуговой сварки и наплавки. Две или три цифры, следующие за буквой, указывают среднее содержание углерода в наплавленном металле в сотых долях про­цента. Буквы и цифры, стоящие далее, обозначают то же, что и в марках легированных сталей.

Согласно ГОСТ 9466–75 электроды подразделяют по толщине покрытия в зависимости от отношения диа­метра покрытого электрода D к диаметру сварочной проволоки d: M (условное обозначение электродов): с тонким покрытием (D/d = 1,2); С – со средним покры­тием (1,2 < D/d ≤ 1,45);Д – с толстым покрытием (1,45 < D/d ≤ 1,8);Г – с особо толстым покрытием (D/d > 1,8).Электроды с тонким покрытием применяют для сварки неответственных швов. От вредного действия кислорода и азота воздуха наплавленный металл они не защищают. Часто в качестве тонких покрытий при­меняют меловую обмазку, состоящую из 80 массовых частей молодого мела и 20 массовых частей жидкого стекла, разведенных в воде. Толщина мелового покры­тия составляет 0,1...0,3 мм. Электроды со средним, тол­стым и особо толстым покрытиями изготовляют в элек­тродных цехах методом опрессования или окунания с последующей сушкой и прокаливанием. В состав тол­стых покрытий входят стабилизирующие (соединения кальция, натрия), связующие (жидкое стекло), шлакообразующие (марганцевая руда, каолин), раскисляю­щие (ферросилиций), газообразующие (древесная мука, декстрин) и легирующие (феррохром) компоненты.

Электроды подразделяют по видам покрытия: А (условное обозначение покрытия) – с кислым покры­тием; Б – с основным покрытием; Ц – с целлюлозным покрытием; Р – с рутиловым покрытием; двойное ус­ловное обозначение – с покрытием смешанного вида; П – с прочими видами покрытия. Если в составе покры­тия содержится железный порошок в количестве более 20 %, то к обозначению вида покрытия электродов до­бавляется буква Ж.

Кислые покрытия состоят из окислов кремния, мар­ганца и железа, основные покрытия содержат мрамор и плавиковый шпат, целлюлозные – целлюлозу, а рутиловые в качестве основного элемента содержат рутил. К прочим покрытиям относятся органические покрытия, которые содержат крахмал, пищевую муку и др.

Электроды с кислым покрытием применяют при сварке швов в любом пространственном положении, с ржавыми кромками и окалиной, переменным и посто­янным током. Электроды с основным покрытием исполь­зуют при сварке постоянным током обратной полярности во всех пространственных положениях шва. Эти элек­троды чувствительны к ржавчине, влаге и другим за­грязнениям свариваемых кромок. Электроды с целлю­лозным покрытием применяют при сварке постоянным током любой полярности. Электроды с рутиловым по­крытием обеспечивают хорошее формирование шва, устойчивое горение электрической дуги при сварке по­стоянным и переменным током в любом положении.

Электроды подразделяют по допустимым прост­ранственным положениям сварки или наплавки: 1 (ус­ловное обозначение) – для всех положений; 2 – для всех положений, кроме вертикального сверху вниз; 3 – для нижнего, горизонтального на вертикальной плоско­сти и вертикального сверху вниз; 4 – для нижнего и нижнего «в лодочку». По роду и полярности применяе­мого при сварке и наплавке тока, а также по номиналь­ному напряжению холостого хода источника питания сварочной дуги переменным током частотой 50 Гц элек­троды подразделяют в соответствии с таблицей 10.

Пример условного обозначения электродов на эти­кетках, пачках, коробках или ящиках:

Э–46–УОНИИ–13/45–4,0–УД2

Е432(6) –510

ГОСТ 9466–75, ГОСТ 9467–75. Электроды типа Э–46 по ГОСТ 9476–75, марки УОНИИ–13/45, диаметр 4 мм, для сварки углеродистых и низколегированных ста­лей (У), с толстым покрытием (Д), второй группы по качеству, с установленной по ГОСТ 9467–75 группой индексов, характеризующих наплавленный металл и ме­талл шва (432,5), с основным покрытием (Б), для свар­ки во всех пространственных положениях (1) на посто­янном токе обратной полярности (О).

В технической документации (технологические кар­ты, чертежи и др.) в обозначение электродов входят: марка, диаметр, группа по качеству и ГОСТ (например, УОНИИ–13/45–4,0–2 ГОСТ 9466–75).

3.Качество сварного соеди­нения зависит от качества подготовки и сборки загото­вок под сварку и режима сварки. Основной металл в разделке свариваемых кромок и на 20...30 мм от нее должен быть очищен от ржавчины и других загрязне­ний. Режим сварки характеризуется совокупностью параметров, определяющих условия процесса. При руч­ной дуговой сварке основными параметрами являются: диаметр электрода, сила тока, его род и полярность, напряжение на дуге, скорость сварки и перемещение электрода. К дополнительным факторам относятся: по­ложение электрода и шва в пространстве, состав и тол­щина электродного покрытия, начальная температура основного металла и др.

Диаметр электрода при сварке в нижнем положении выбирают, пользуясь следующими, установленными практикой данными:

Толщина 0,5... 1,5 1,5...3 3...5 6...8 9... 12 13...20 Более 20

металла, мм

Диаметр 1,6...2 2...3 3...4 4...5 4...6 5...6 6...12

электрода, мм

При сварке вертикальных швов не следует пользо­ваться электродами диаметром более 5 мм, а при свар­ке горизонтальных и потолочных швов — более 4 мм. Электроды диаметром более 6 мм применяют редко. Тип и марку электрода выбирают по справочным таб­лицам в зависимости от марки свариваемого металла и условий сварки. Химический состав металла электрода должен быть одинаковым с химическим составом основного металла или близким к нему.

Силу сварочного тока I_cs (А) можно ориентировочно определять по формуле:

I_cв = kd_эл,

где k – опытный коэффициент, равный 40...60 для электродов со стержнем из низкоуглеродистой стали и 35...40 для электродов со стержнем из высоколегированной стали.

Повышенные значения коэффициента k принимают при сварке нижних швов, а пониженные – при сварке вертикальных, горизонтальных и потолочных. Значение сварочного тока зависит от вида сварного соединения: нахлесточные и тавровые соединения выполняются по­вышенным током по сравнению со стыковыми. Свароч­ный ток зависит также от марки электрода и более точно может быть определен по справочным таблицам. Правильный выбор сварочного тока имеет большое зна­чение для качественного выполнения сварки.

Полярность тока может быть прямой и обратной. При прямой полярности анод «(+)» присоединяют к из­делию, а катод «(–)»– к электроду. Концентрация теплоты на аноде больше (до 45%), чем на катоде. В практике сталь сваривают постоянным током при включении на прямую полярность потому, что масса изделия в большинстве случаев больше массы электро­да. Такая технология обеспечивает наилучшие условия для хорошего провара основного металла. Сварку по­стоянным током сталей малой толщины необходимо вы­полнять при включении на обратную полярность во избежание прожога основного металла.

Напряжение при ручной дуговой сварке изменяется незначительно и возрастает с увеличением длины дуги. Для стальных покрытых электродов диаметром 4...5 мм нормальная длина дуги равна 5...6 мм. Такая дуга назы­вается короткой. Горит она устойчиво и обеспечивает нормальное протекание процесса сварки. Дугу более 6 мм называют длинной. Она горит неустойчиво, сте­кающие с конца электрода капли металла больше окис­ляются кислородом и обогащаются азотом воздуха, сварочный шов получается пористым, повышается раз­брызгивание металла, образуются места с непроваром и понижается производительность сварки. Зажигают дугу кратковременным прикосновением конца электрода к изделию и быстрым отводом его на расстояние 3...6 мм от изделия.

Перемещение электрода необходимо для поддержа­ния горения сварочной дуги и получения сварного шва. Сварщик в процессе работы должен выполнять три дви­жения электрода: непрерывное равномерное вниз по мере расплавления электрода, в направлении сварки и поперек шва. Направление сварки может быть слева направо, справа налево, от себя, к себе. Независимо от направления сварки положение электрода должно быть определенным, электрод должен быть наклонен к оси шва так, чтобы металл свариваемого изделия проплав­лялся на наибольшую глубину. При сварке в нижнем положении, на горизонтальной плоскости, угол наклона электрода должен быть равен 15° от вертикали в сто­рону ведения шва.

Скорость сварки выбирают с таким расчетом, чтобы получить сварной шов шириной около 1,5 d_эл,с хорошим проваром и плавным переходом наплавленного металла к поверхности свариваемого изделия.

При перемещении электрода прямо­линейно вдоль шва наплавляется узкий валик. Как правило, для получения нужных геометрических размеров шва и для хорошего провара концу электрода сообщают колебательное движение попе­рек шва (рис. 163). В общем случае конец электрода совершает три движения: а) поступательное вдоль оси электрода для поддер­жания короткой дуги по мере сплавления конца электрода; б) по­ступательное вдоль линии шва; в) колебательное.

Дуговая сварка стыковых швов не встречает затруднений при толщине металла 3…5 мм.Необходимо только следить за обеспе­чением достаточного провара по всему сечению шва. Непровар мо­жет быть устранен подваркой обратной стороны шва. Сварка сты­ковых швов более 5 мм требует разделки кромок. Сварка малых толщин затруднена тем, что чрезмерный подвод тепла вызывает сквозное проплавление металла. Угловые швы лучше всего варить «в лодочку», так, чтобы средняя линия шва заняла вертикальное положение.

 

 

Вопросы: