Выбор электродов для сварки монометаллов и сплавов. Электроды для сварки двухслойных разнородных сталей, высоколегированных, жаростойких сталей и сплавов, никелевых сплавов, цветных и легких металлов и их сплавов. Выбор режимов электродуговой сварки.
Изготовление, монтаж, ремонт химического оборудования, изготовленного из сталей и сплавов производится с применением различных методов сварки, среди которых основное место занимает ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Свариваемость сталей является комплексной характеристикой и определяется технологическими требованиями, которые необходимо соблюдать в процессе сварки. электродуговой сварка сплав сталь В зависимости от толщины металла для сварки рекомендуются различные диаметры электродов, но наиболее применимы в отрасли электроды диаметром 4 мм. Для сварки этих сталей применяются аустенитно ферритные электроды, обеспечивающие высокую трещиноустойчивость металла шва. До последнего времени в отечественной практике для сварки высоко легированных сталей применяли в основном электроды с основными покрытиями.
Введение
Изготовление, монтаж, ремонт химического оборудования, изготовленного из сталей и сплавов производится с применением различных методов сварки, среди которых основное место занимает ручная дуговая сварка покрытыми электродами.
Во многих случаях ее применение оправдано техническими возможностями и экономическими показателями.
Качество образующихся сварных соединений зависит от многих факторов, но в первую очередь определяется рациональным выбором электродов для сварки и, вовторых, свариваемостью сталей.
Свариваемость сталей является комплексной характеристикой и определяется технологическими требованиями, которые необходимо соблюдать в процессе сварки. электродуговой сварка сплав сталь
В зависимости от сложности технологических приемов, обеспечивающих требуемую эксплуатационную надежность сварного соединения, стали и сплавы на основе железа условно разделяются на три группы по свариваемости .
В первую группу входят низкоуглеродистые стали с содержанием до 0,22% углерода. Они относятся к сталям, свариваемым без ограничений. Это означает, что при умеренных толщинах они не требуют подогрева в процессе сварки и последующей термообработки.
Во вторую группу входят стали с содержанием 0,23 0,45% углерода. Они в процессе сварки склонны к подкалке и относятся к ограниченно свариваемым сталям. Сварка их возможна при подогреве и последующей термообработке.
В третью группу входят стали с содержанием углерода 0,45 0,55%. Они относятся к трудно свариваемым сталям. Для получения удовлетворительного качества сварных соединений требуется обязательный предварительный подогрев металла с последующей специальной термообработкой.
Для широкого применения в сварных конструкциях стали с содержанием углерода 0,46 0,75% не рекомендуется. Как правило, необходимость их сварки возникает при наплавке и ремонтах по специальным технологиям.
О свариваемости легированных сталей и сплавов речь будет идти в соответствующих разделах данного пособия.
В нашей стране разработаны и выпускаются электроды широкой номенклатуры, отвечающие потребностям химического и нефтяного машиностроения .
В пособии в основном в виде обзора систематизированы сведения об электродах, применяемых в химическом и нефтяном машиностроении.
1. Выбор электродов для сварки монометаллов и сплавов
1.1 Электроды для сварки двухслойных разнородных сталей
В промышленности все шире применяют двухслойные стали, использование которых является эффективным средством экономии высоколегированного металла. Сварку оборудования из таких сталей производят согласно отраслевой нормативно технической документации. Электроды, применяемые для соответствующего коррозионно или жаростойкого монометалла.
К группе разнородных сталей и сплавов относят металлы с неодинаковой свариваемостью, различными физико механическими свойствами и процессом легирования. Чаще всего это сплавы на никелевой и железо никелевой основе. Их подразделяют на 4 категории: легированные повышенной и высокой прочности, высоколегированные, углеродистые, низколегированные теплоустойчивые
1.2 Электроды для сварки высоколегированных сталей и сплавов
Широко применяемые в химическом машиностроении высоколегированные стали и сплавы различного состава и назначения могут быть классифицированы по следующим группам: коррозионно стойкие стали, двухслойные и разнородные стали, жаростойкие стали и никелевые сплавы. Разнообразие условий работы оборудования из таких материалов и требований к свойствам сварных соединений, сварочно технологическим свойства электродов диктует необходимость использования большой гаммы сварочных электродов. Специфическими особенностями физических свойств высоколегированных сталей и сплавов являются пониженные температура плавления и теплопроводность, высокие электросопротивление и коэффициент линейного расширения. Именно эти особенности и предопределяют поведение высоко легированных сталей и сплавов при сварке. Из за низкой теплопроводности и высокого электросопротивления скорость плавления, следовательно, и коэффициент наплавки у высоколегированных электродов достигают высоких значений.
Повышенное электросопротивление металла стержней обусловливает применение укороченных стержней и малых плотностей сварочного тока. Последнему способствует также низкая теплопроводность металла, приводящая к повышенной глубине проплавления.
В зависимости от толщины металла для сварки рекомендуются различные диаметры электродов, но наиболее применимы в отрасли электроды диаметром 4 мм.
Сварка сталей и сплавов коррозионностойких, жаростойких, жаропрочных и износостойких имеет свои особенности и связана с некоторыми трудностями, связанными со склонностью к образованию трещин, выделением карбидов, различной технологичностью применяемых при сварке присадочных материалов, а также склонностью сварных соединений к локальным разрушениям в процессе эксплуатации. Эта склонность значительно снижается в случае применения после сварки высоко термической обработки (аустенизации).
По технологической свариваемости аустенитные стали и сплавы также могут быть разбиты на следующие группы.
1) Iaoa?eaeu, naa?eaaaiua aac ia?aie?aiee
К этой группе относятся стали марок 08Х16Н9М2, 12Х18Н10, 12Х18Н10Т и другие, химический состав которых характеризуется отношением эквивалентов хрома и никеля, равным 1,3ч1,6.
Для сварки этих сталей применяются аустенитно ферритные электроды, обеспечивающие высокую трещиноустойчивость металла шва. В около шовной зоне сталей этой группы горячих трещин, как правило, не наблюдается. Стали этой группы в меньшей степени склонны к локальным разрушениям.
2) Iaoa?eaeu ia?aie?aiii naa?eaaaiua
К этой группе относятся, стали марок 12Х18Н12Т, 20Х23Н18 (ЭИ 417), 08Х16Н23М2Б (ЭИ 405), 10Х16Н14В2БР (ЭП 17) и другие, с отношением эквивалентов хрома и никеля, близким к единице.
Сварка производится аустенитно ферритными электродами.
3) Материалы трудносвариваемые
К этой группе относятся стали и сплавы марок 45Х14Н14В2М (ЭИ 69), 08Х15Н24В4ТР (ЭП 164), ХН35ВТ (ЭИ 612) и другие, с отношением эквивалентов хрома и никеля меньше единицы. Эти материалы склонны к образованию горячих трещин в около шовной зоне. В связи с этим приходится использовать электроды малого диаметра (не более 3мм).
В характеристике свариваемости для некоторых материалов рекомендуются электроды, специально разработанные для их сварки.
Самую обширную группу сталей и соответственно электродов составляют коррозионно стойкие материалы, основная номенклатура и условия. Следует отметить, что по химическому составу и структуре наплавленного металла такие электроды часто существенно отличаются от аналогичных характеристик свариваемых мате риалов. Даже при одинаковом составе свойства листового проката и литого металла шва будут различны, например, по пределу текучести из сталей типа 18 10 примерно 1,5 раза.
До последнего времени в отечественной практике для сварки высоко легированных сталей применяли в основном электроды с основными покрытиями. Мнение о необходимости использования только таких покрытий часто относят к общим правилам ручной дуговой сварки высоколегированных сталей всех марок. Оно обусловлено опасностью развития кремний восстановительного процесса, протекающего при низкой основности покрытий, и возможностью снижения вследствие этого свойств металла шва. Рутиловые и рутил карбонатные покрытия начал применять сравнительно недавно.
Накопленный опыт свидетельствует о равноценности свойств сварных соединений, выполненных электродами с различными типами покрытий, по многим ведущим показателям.
В то же время требование обеспечения необходимой коррозионной стойкости металла шва может накладывать жесткие ограничения по типам электродных покрытий.
Рост применения в химическом машиностроении сверх низко углеродистых коррозионно стойких сталей (С?0,03%) выдвигает проблему получения сверхнизко углеродистого наплавленного металла. При сварке электродами с основными покрытиями происходит науглероживание наплавленного металла. Концентрация углерода повышается за счет взаимодействия металла с углекислым газом, образующимся при диссоциации карбонатов. Наиболее резко это происходит уже при содержании карбонатов до 15% от массы покрытия.
Данные статистики по промышленным маркам электродов, предназначенных для сварки коррозионно стойких сталей, показывают, что науглероживание составляет 0,020 0,040% для основных покрытий и 0,015 0,020% для рутиловых с малым содержанием карбонатов. Для швов на сверх низкоуглеродистых сталях это недопустимо.
По указанным причинам для сварки сверх низкоуглеродистых сталей нашли применение электроды с бес карбонатными рутиловыми покрытиями, обеспечивающие практическое отсутствие науглероживания.
Применяются также электроды с малым содержанием карбонатов при введении сильных окислителей в покрытие, что дает, однако, менее стабильные результаты по концентрации углерода в наплавленном металле.
Применимость тех или иных электродов часто определяют их сварочнотехнологические характеристики, существенно зависящие от металлургического типа покрытия. Электроды с основными покрытиями позволяют получать шлаки малой жидко текучести и предпочтительны для швов, выполняемых в пространственных положениях, отличных от нижнего. Электроды с рутиловыми покрытиями обеспечивают более гладкую поверхность швов, легкую отделимость шлака, мягкое горение и слабое разбрызгивание. Повышенная жидко текучесть шлаков обеспечивает их легкое передвижение и повышенную скорость сварки. Рутиловые электроды обеспечивают небольшое проплавление основного металла, что является положительным фактором при сварке высоколегированных сталей. По отделимости шлака также предпочтительны рутиловые высоколегированные электроды.
При ручной дуговой сварке высоколегированных сталей и сплавов рекомендуется обратная полярность тока. Это позволяет избежать перегрева электрода, сопутствующего сварке на прямой полярности из за большого в этом случае напряжения на дуге.
Одной из основных задач при сварке конструкций из высоколегированных сталей является достижение достаточной стойкости швов против образования горячих трещин. Радикальным средством является обеспечение двухфазной структуры металла шва за счет ?феррита, интерметаллидов, карбидов и пр. При двухфазной структуре металла шва его стойкость против трещин не зависит от типа покрытий.
1.3 Электроды для сварки жаростойких сталей и сплавов
Сварка конструкций из жаростойких сталей, к которым предъявляются разнообразные требования, обычно комбинированным способом. Это позволяет, используя электроды разных марок с ярко выраженными преимуществами отдельных свойств.
Электроды ГС 1 предназначены для сварки тонколистовых конструкций из жаростойких сталей 20Х20Н14С2 (ЭИ 211), 20Х25Н20С2 (ЭИ 283), 45Х25Н20С2 и им подобных, работающих в науглероживающих средах, а также для сварки корневого слоя шва и облицовочного слоя, обращенного в сторону рабочей среды, в конструкциях из толстого деформированного и литого металла тех же марок. Металл шва характеризуется высокой сопротивляемостью науглероживанию и цементационных и им подобных средах, а также высокой жаростойкостью. Наплавленный металл содержит 5 15% ферритной фазы.
Большей жаростойкостью характеризуется металл швов, сваренных электродами ОЗЛ 29, предназначенными для сварки тех же сталей. При сварке жестких конструкций и сталей больших толщин эти электроды рекомендуются для наложения облицовочных слоев, сварка корневого слоя производится электродами ГС 1, а основного СЕЧЕНИЯОЗЛ 6 и ОЗЛ 9А.
Повышенной сопротивляемостью хрупкому разрушению при науглероживании обладает металл сварных швов на сталях типа 20Х25Н20С2 и Х18Н35С2, выполненных электродами Электроды ОЗЛ 9А характеризуются сочетанием высокой жаропрочности и жаростойкости металла шва. Они предназначены для сварки жаростойких сталей 12Х25Н16Г7АР (ЭИ 835), 45Х25Н20С2, Х18Н35С2, работающих в окислительных атмосферах до температуры 1050°С, а в науглероживающихдо 1000°С. Могут быть использованы и для сварки сталей 20Х23Н18 и 20Х23Н13. при сварке жестких стыков или толстолистовых сталей электроды ОЗЛ 9А используют для получения основного сечения шва, корневой слой выполняют электродами ГС 1. При этом рекомендуется облицовка швов, обращенных к рабочей среде, в1 2 слоя электродами других марок: для науглероживающих атмосфер ОЗЛ31М , для окислительных ОЗЛ 5 или ОЗЛ 35. При меньших температурах сочетание жаропрочности и жаростойкости обеспечивают электроды КТИ 7А, используемые для сварки реакционных труб из сталей 45Х25Н20С2, 25Х25Н20С2, 45Х20Н35С, 25Х20Н35,работающих в печах конверсии метана. Для реакционных труб из более жаропрочных сталей 40Х25Н35Б2 и 30Х24Н24Б необходимо применение электродов ОЗЛ 38, обеспечивающих более высокие, чем электроды КТИ7А, показатели длительной прочности и окалиностойкости.
1.4 Электроды для сварки никелевых сплавов
Для сварки никелевых сплавов разработана и выпускается гамма сварочных электродов. При создании электродов особую сложность представляла задача обеспечения высоких эксплуатационных характеристик металла шва в сочетании со стойкостью против образования горячих трещин, а в ряде случаев и с малой склонностью к пористости.
Коррозионно стойкие железоникелевые сплавы 06Х28МДТ (ЭИ943), 03ХН28МДТ (ЭП 516), 03Н26МДБ служат основными конструкционными материалами для оборудования цехов производства сложных минеральных удобрений, экстракционной фосфорной и серной кислот и пр. Для сварки указанных сплавов, а также стали 03Х21Н21М4ГБ (ЭИ 35) в течение многих лет широко применяются электроды марки ОЗЛ 17У.
Однако коррозионная стойкость металла шва и его технологическая прочность не всегда отвечают возросшим требованиям.
Более высокой стойкостью металла шва против образования горячих (в первую очередь межвитковых трещин), большей стабильностью показателей механических свойств металла шва и его высокой сопротивляемостью межкристаллитной коррозии отличаются электроды ОЗЛ 37 2. Повышение комплекса свойств металла шва достигнуто в основном применением для электродных стержней проволоки оптимизированного состава.
От электродов АНВ 28, также предназначенных для сварки сплавов типа 06ХН28МДТ, они выгодно отличаются высокой коррозионной стойкостью в многочисленных швах, подверженных повторным термическим циклам.
Электроды ОЗЛ 23 предназначены для сварки оборудования из коррозионностойких никель молибденовых сплавов типа Н70МФ (ЭП 496), 00Н70М27Ф (ЭП 814), 000Н70М28РР, 000Н70М28Р и для сварки коррозионностойкого слоя биметалла с плакировкой из сплавов этого типа. Металло сварных швов характеризуется высокой коррозионной стойкостью в некоторых наи6олее агрессивных средах, например в кипящих растворах соляной кислоты.
Электроды ОЗЛ 25Б предназначены для сварки изделий коррозионностойких жаростойких сплавов типа ХН78Т (ЭИ 435). Эти универсальные электроды характеризуются сочетанием высоких температур от196 до 900°С и его специальных свойств. Коррозионная стойкость метала шва находится на уровне основного металла. Кроме сварки никелевых сплавов, эти электроды целесообразно использовать для сварки разнородных сталей, что связано с уменьшением диффузионных прослоек по линии сплавления.
Наибольшую жаростойкость сварных соединений обеспечивают электроды ОЗЛ 35. Эти электроды предназначены для сварки жаростойкого никель хромоалюминиевого сплава ХН70Ю (ЭИ 652), а также сплава ХН45Ю
(ЭП 747) и других на никелевой основе, работающих при температурах до 1200°С.
Электроды ОЗЛ 30 обладают более высокими сварочнотехнологическими свойствами, обеспечивают металл шва, аналогичный по физико химическим свойствам получаемому при применении электродов ЦТ 28.
1.5 Электроды для сварки цветных и легких металлов и их сплавов
Цветные металлы (алюминий, медь, никель, титан) и сплавы на их основе широко применяются в отрасли в качестве конструкционного материала. Развитие техники предъявляет все возрастающие требования к электродам для сварки этих металлов как по их сварочно технологическим свойствам, так и по характеристикам металла шва.
Титан и его сплавы не свариваются методом ручной электродуговой сварки из за недостаточной защиты зоны сварного соединения от окисления.
Для сварки изделий из технических марок алюминия А85, А8, А7, А6, А5, АД1, АДО применяют электроды ОЗА 1. Эти электроды изготовляются серийно и успешно применяются в течение многих лет, однако не отвечают современным требованиям сварочно техническим свойствам (в первую очередь по механической прочности и влагостойкости покрытия) и подлежат модернизации. В химическом машиностроении ограничено используют электроды Аф 4А, которые изготовляют окунанием. Эти электроды используют только на месте изготовления, так как они не могут транспортироваться и длительно храниться.
Для заварки брака литья и наплавки деталей их алюминиевокремнистых сплавов типа АЛ 4, АЛ 9, АЛ 11 и других применяют электроды ОЗА 2.
Ручная дуговая сварка применима для конструкций из сплавов алюминия толщиной 4 60 мм. Сварку производят только на постоянном токе обратной полярности в нижнем и ограниченно вертикальном положениях при плотности тока 25 30 А на миллиметр диметра электрода. На практике, однако, используют и существенно большие значения тока. Применяют, как правило, электроды диаметром 4 6 мм. подготовку кромок под сварку производят механическим способом, конструктивные элементы подготовки кромок и размеры и размеры сварных швов принимают по стандартам предприятий. Не позднее, чем за 2 3 ч до сварки свариваемые кромки и прилегающие к ним поверхности на ширине, равной полутора толщинам металла, (но не менее 20мм), должны быть защищены с двух сторонни обезжирены. Непосредственно перед сваркой кромки обезжиривают ацетоном, Уайт спиритом или другими растворителями. Сварку и прихватку конструкций из металла толщиной более 12 мм производят с предварительным подогревом до 250 400°С. Зазор, устанавливаемый при сборке, не должен превышать 3мм. Шлак с поверхности швов удаляют горячей водой с применением металлических щеток. При многослойной сварке каждый последующий шов накладывают после тщательной зачистки предыдущего.
При ручной дуговой сварке должны быть обеспечены следующие механические свойства сварных соединений: предел прочности не меньше нижнего его значения для основного металла по нормативной документации, угол изгибане менее 120°.
Для изготовления сосудов и аппаратов в химическом машиностроении применяется техническая медь М1Р, М2Р, М3Р, латунь Л63. Техническая медь, различные латуни и бронза находят и другое применение ив отрасли. В течение многих лет сварку конструкций из меди и ее сплавов осуществляли только электродами марки «Комсомолец 100» (ОСТ 26 0182 77). Известны электроды УР 7 и Ур 8, имеющие ограниченное применение.
В сравнении с ними новые электроды АНЦ/ОЗМ 2 обладают многими преимуществами: требуют лишь незначительного предварительного подогрева (150 350°С в зависимости от массы и конфигурации свариваемого изделия), обеспечивают сварку меди толщиной до 12 14 мм без разделки кромок, а до 8 мм за один проход, дают металл шва минимальной легированной и повышенной (в 2 3 раза) электропроводности; позволяют повысить более чем в 1,5 раза производительность сварки. Типичные механические свойства металла шва: предел текучести 100 МПА, временное сопротивление 200 МПА, относи тельное удлинение 30%, ударная вязкость 110 Дж/см2, угол изгиба сварного соединения 170°С.
Электроды предназначены для сварки на постоянном токе обратной полярности при плотности тока 60 80 А/мм диаметра электрода от источников питания с Uxx ? 65 В. Их целесообразно применять для сварки медных шиноп роводов, при изготовлении в ремонте аппаратуры и пр.
Для сварки бронз, в основном оловянисто фосфорных, заварки дефектов бронзового литья и наплавки на сталь предназначены электроды ОЗБ 2.
Электроды изготовляют из тянутой проволоки методом опрессовки на стандартном оборудовании. Электроды выпускаются диаметром 4 мм, позволяют производить сварку постоянным током обратной полярности при силе сварочного тока 140 160 А.
Предварительный подогрев свариваемых деталей не обязателен. Электроды обладают высокими сварочно технологическими свойствами.
Наплавленный электродами ОЗБ 2 металл, содержащий (масс. %) 6 олова; 0,8 никеля; 0,3 фосфора; 0,2 марганца; меди остальное, имеет следующие механические свойства: временное сопротивление разрыву 330 МПА, относительное удлинение 12%.
Электроды марки ОЗБ 2 целесообразно применять также для сварки латуней, возможно их использование для холодной сварки чугуна.
Электроды ОЗЛ 22 предназначены для сварки узлов аппаратуры из никеля НП 2 и сплава НА 1, работающей в концентрированных щелочах, хлорсодержащих средах содового производства, при производстве синтетических волокон и пр. Обеспечивают получение достаточно плотных швов.
Сварные соединения аппаратуры из сплава НА 1, выполненные электродами ОЗЛ 22, обладают высокой коррозионной стойкостью при воздействии нагретых фторсодержащих газообразных атмосфер. Электроды также целесообразно применять для сварки коррозионно стойкого слоя биметалла сталь никель, для наплавки коррозионно стойкого слоя на углеродистую и нержавеющую стали.
Электроды В 56У используют для сварки химической и нефтехимической аппаратуры из никель медного сплава НМЖМЦ 28 2,5 1,5 (монельметалл). Высокая коррозионная стойкость металла шва обеспечивается, в частности, в средах, содержащих хлористый водород и сероводород при температуре до 200°С. Электроды применяют также для сварки коррозионно стойкого слоя биметалла ВСТ3сп монель.
2. Выбор режимов электродуговой сварки
Для выполнения сварного шва прежде всего определяют режим сварки, обеспечивающий хорошее качество сварного соединения, установленные размеры и форму при минимальных затратах материалов, электроэнергии н труда.
Режимом сварки называется совокупность параметров, определяющих процесс сварки: вид тока, диаметр электрода, напряжение н сварочный ток, скорость перемещения электрода вдоль шва и др. Основными параметрами режима ручной дуговой сварки являются диаметр электрода.
Толщина свариваемых кромок, мм <2 3...5
Диаметр электрода, мм <2 3...4
При выполнении угловых и тавровых соединений принимают во внимание значение катета шва: при катете 3 ... 5 мм сваривают электродами диаметром 3... 4 мм, а при катете 6 ... 8 мм - электродами диаметром 4 ... 5 мм. При многопроходной сварке швов стыковых соединений первый проход выполняют электродом диаметром не более 4 мм; это необходимо для хорошего провара корня шва в глубине разделки.
Остальные параметры выбирают в зависимости от марки электрода, положения свариваемого шва в пространстве, вида оборудования и др.
Диаметр электрода устанавливают в зависимости от толщины свариваемых кромок, вида сварного соединения и размеров шва.
Для стыковых соединений приняты практические рекомендации по выбору диаметра электрода в зависимости от толщины свариваемых кромок.
По выбранному диаметру электрода устанавливают значение сварочного тока. Обычно для каждой марки электродов значение тока указано на заводской этикетке, но можно также определить его по формулам: / = (40...50) d3 при d3 = 4...6 мм; / = (20 6 йз) D3 при d3 6 мм, Где / - сварочный ток, A; d3 - диаметр электрода, мм.
Полученное значение сварочного тока корректируют, учитывая толщину металла и положение свариваемого шва. При толщине кромок (1,3 ... 1,6) d:, расчетное значение сварочного тока уменьшают на 10...15%, а при толщине кромок > 3D3 - увеличивают на 10... 15%. Сварку вертикальных и потолочных швов выполняют сварочным током, на 10... 15% уменьшенным против расчетного.
Сварочную дугу возбуждают двумя приемами. Можно коснуться свариваемого изделия торцом электрода и затем отвести электрод от поверхности изделия на 3... 4 мм, поддерживая горение образовавшейся дуги. Можно также быстрым боковым движением коснуться свариваемого изделия и затем отвести электрод от поверхности изделия на такое же расстояние (по методу зажигания спички). Прикосновение электрода к изделию должно быть кратковременным, так как иначе он приваривается к изделию («примерзает»). Отрывать примерзший электрод следует резким поворачиванием его вправо и влево.
Длина дуги значительно влияет на качество сварки. Короткая дуга горит устойчиво и спокойно. Она обеспечивает получение высококачественного шва, так как расплавленный металл электрода быстро проходит дуговой промежуток и меньше подвергается окислению и азотированию. Но слишком короткая дуга вызывает «примерзание» электрода, дуга прерывается, нарушается процесс сварки. Длинная дуга горит неустойчиво с характерным шипением. Глубина проплавления недостаточная, расплавленный металл электрода разбрызгивается и больше окисляется и азотируется. Шов получается бесформенным, а металл шва содержит большое количество оксидов. Для электродов с толстым покрытием длину дуги указывают на заводской этикетке.
В процессе сварки электроду сообщаются следующие движения по направлению оси электрода 1 в зону дуги. Скорость движения должна соответствовать скорости плавления электрода, чтобы сохранить постоянство длины дуги; б - вдоль линии свариваемого шва 2. Скорость перемещения не должна быть большой, так как металл электрода не успеет сплавиться с основным металлом (не провар).При малой скорости перемещения возможны перегрев и пережог металла. Шов получается широкий, толстый. Производительность сварки оказывается низкой; в - поперечные колебательные движения применяют для получения уширенного валика шириной, равной 3 ... 4 йэ. Поперечные движения замедляют остывание направляемого металла, облегчают выход газов и шлаков и способствуют наилучшему сплавлению основного и электродного металлов и получению высококачественного шва. Образующийся в конце наплавки валика кратер необходимо тщательно заварить.
Техника выполнения сварных швов зависит от вида и пространственного положения шва.
Нижние швы наиболее удобны для выполнения, так как расплавленный металл электрода под действием силы тяжести стекает в кратер и не вытекает из сварочной ванны, а газы и шлак выходят на поверхность металла. Поэтому по возможности следует вести сварку в нижнем положении. Стыковые швы без скоса кромок выполняют наплавкой вдоль шва валика с небольшим уширением. Необходимо хорошее проплавление свариваемых кромок. Шов делают с усилением (выпуклость шва до 2 мм).
После проварки шва с одной стороны изделие переворачивают и, тщательно очистив от подтеков и шлака, заваривают шов с другой стороны.
Сварку стыковых швов с V образной разделкой при толщине кромок до 8 мм производят в один слой, а при большой толщине - в два слоя и более. Первый слой наплавляют высотой 3 ... 5 мм электродом диаметром 3 ... 4 мм. Последующие слои выполняют электродом диаметром 4...5 мм. Перед наплавкой очередного слоя необходимо тщательно очистить металлической щеткой разделку шва от шлака и брызг металла. После заполнения всей разделки шва изделие переворачивают и выбирают небольшую канавку в корне шва, которую затем аккуратно заваривают. При невозможности подварить шов с обратной стороны следует особенно аккуратно проварить первый шов. Стыковые швы с Х образной разделкой выполняют аналогично многослойным швам с обеих сторон разделки. Угловые швы в нижнем поло жении лучше выполнять в положении «лодочка». Если изделие не может быть так установлено, необходимо особенно тщательно обеспечить хороший провар корня шва и свариваемых кромок. Сварку следует начинать с поверхности нижней кромки и затем переходить через разделку шва на вертикальную кромку . При наложении многослойного шва первый валик выполняют ниточным швом электродом диаметром 3 ... 4 мм. При этом необходимо обеспечить хороший провар корня шва. Затем после зачистки разделки наплавляют последующие слои.
Вертикальные швы менее удобно сваривать, так как сила тяжести увлекает капли электродного металла вниз. Вертикальные швы следует выполнять короткой дугой и снизу вверх. При этом капли металла легче переходят в шов, а образующаяся полочка удерживает очередные капли металла от стекания вниз. Сварку можно вести и сверху вниз. При этом дугу следует зажигать при положении электрода, перпендикулярном плоскости изделия.
После образования первых капель металла электрод наклоняют вниз II и сварку выполняют возможно короткой дугой. Рекомендуется применять электроды диаметром 4 ... 5 мм при несколько пониженном сварочном токе (150... 170 А).
Горизонтальные швы - для их выполнения подготавливают кромки с односторонним скосом у верхнего листа (рис. 45, <5). Дугу возбуждают на нижней кромке и затем переводят на поверхность скоса и обратно. Сварку выполняют электродом диаметром 4 ... 5 мм. Горизонтальные нахлестанные швы выполняются легче, так как нижняя кромка образует полочку, удерживающую капли расплавленного металла.
Применяют электроды с покрытием марок МТ или ОМА 2. Сварку ведут на массивных теплоотводящих медных подкладках. Такой способ теплоотвода предохраняет металл от сквозного прожога и способствует хорошему формированию шва. Тонколистовую сталь можно сваривать с отбортовкой кромок. Сварку производят постоянным током неплавящимся электродом (угольным или графитовым) диаметром 6... 10 мм при сварочном токе 120... 160 А. Применение иных способов сварки тонколистового материала рассмотрено в соответствующих главах.
Металл большой толщины сваривают в несколько проходов, заполняя разделку кромок слоями. При толщине металла 15 ... 20 мм сварку выполняют секциями способом двойного слоя. Шов разбивают на участки длиной 250... 300 мм и каждый участок заваривают двойным слоем. Второй слой накладывают после удаления шлака по неостывшему первому. При толщине металла 20 ... 25 мм и более применяют сварку каскадом или сварку горкой . Каскадный способ заключается в следующем. Весь шов разбивают на участки и сварку ведут непрерывно. Закончив сварку слоя на первом участке, сваривают первый слой на втором участке и продолжают сварку на первом участке, накладывая второй слой по неостывшему первому слою, и т. д. Сварка горкой является разно видностью сварки каскадом, обычно выполняется двумя сварщиками одновременно и ведется от середины шва к краям. Такие способы сварки обеспечивают более равномерное распределение температуры и значительное снижение сварочных деформаций.
Способы выполнения сварных швов по длине зависят от их протяженности. Условно принято различать: короткие швы длиной до 250 мм, средние швы длиной 250... 1000 мм и длинные швы протяженностью более 1000 мм.
Короткие швы выполняют сваркой на проход . Швы средней длины сваривают либо от середины к краям , либо обратноступенчатым способом. Обратноступенчатый способ заключается в том, что весь шов разбивают на участки и каждый участок сваривают в направлении, обратном общему направ 0лению сварки. Конец каждого участка совпадает с началом предыдущего. Длина участка выбирается в пределах 100... 300 мм в зависимости от толщины металла и жесткости свариваемой конструкции. Длинные швы сваривают также обратноступенчатый способом.
Сварка при низких температурах отличается следующими основными особенностями. Стали изменяют свои механические свойства, понижается ударная вязкость и уменьшается угол загиба, ухудшаются пластические свойства и несколько повышается хрупкость, а отсюда склонность к образованию трещин. Это особенно заметно у сталей, содержащих углерод более 0,3%, а также у легированных сталей, склонных к закалке. Металл сварочной ванны охлаждается значительно быстрее, а это приводит к повышенному содержанию газов и шлаковых включений и, как следствие, - к снижению механических свойств металла шва. В связи с этим установлены следующие ограничения сварочных работ при низкой температуре. Сварка стали толщиной более 40 мм при температуре 0°С допускается только с подогревом. Подогрев необходим для сталей толщиной 30 ... 40мм при температуре ниже - 10°С, для сталей толщиной 16... 30 мм при температуре ниже - 20°С и для сталей толщиной менее 16 мм при температуре ниже - 30°С.
Для подогрева применяют горелки, индукционные печи и другие нагревательные устройства. Сварку производят электродами типа Э42А, Э46А, Э50А, обеспечивающими высокую пластичность и вязкость металла шва.
Список литературы
1) Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.Д. Вяткин и др.; под. общ. ред. В.Г. Сорокина.М.: Машиностроение, 1989.640 с.
2) Правила проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных. ПБ 03 584 03.
3) Сидман З.А., Афанасенко Е.А. Современные сварочные электроды для химического машиностроения. OEIOEOEIIAOOAIAO,Iineaa, 1985, 50 n.
4) Закс И.А. Сварка разнородных сталей. E., Iaoeiino?iaiea, 1973, 150 n.
