Каталог организаций

Особенности сварки деталей большой толщины

Сварное соединение большой толщины выполняют путем наложения большого числа валиков, и поэтому весьма вероятно появление несплавлений.

Несплавления — опасный дефект, тем более, что обнаружить его рентгеновским просвечиванием не всегда возможно, а ультразвуковой контроль не во всех случаях применим. Установлено, что вероятность возникновения несплавлеиий особенно велика при образовании наплывов с боков шва (рис. 1) и при остроконечной форме проплавления. Из приведенных на рис. 2 макрошлифов сварных швов видно, что при составе защитной смеси 30% Ar + 70% He и температуре предварительного подогрева 40° С наплавы отсутствуют и форма проплавления наиболее благоприятная. Тем не менее, при сварке необходимо выбрать такую схему заполнения разделки, которая обеспечивала бы повторное переплавление всех краевых участков швов, особенно граничащих с разделкой.

Рис. 1. Места наиболее вероятного появления несплавлений при многопроходной сварке плавящимся электродом (места несплавлений показаны стрелками)

 

Рис. 2. Макрошлифы сварных швов, выполненных плавящимся электродом диаметром 4 мм:

а — без предварительного подогрева в аргоне; б  с предварительным подогревом до 40° С в смеси 30% Ar и 70% He.

При правильном проведении процесса сварки плавящимся электродом многослойных швов можно получать практически бездефектные сварные соединения.

При изготовлении крупногабаритных конструкций нередко возникает необходимость сваривать многопроходной сваркой детали сложной формы и большой толщины. Если деталь криволинейной формы (или деталь, имеющую прямолинейные и криволинейные участки) сваривать послойным заполнением разделки, повторяющей форму детали, то сварочный процесс трудно автоматизировать из-за необходимости использования системы автоматического слежения за длиной дуги, а также сложной технологической оснастки для поворота детали во время сварки. Кроме того, разделка кромок деталей под сварку требует сложной механической обработки, а применение полуавтоматической сварки увеличивает трудоемкость изготовления детали и снижает качество сварного соединения. Не дает ощутимых преимуществ и комбинированное применение автоматической сварки на отдельных (например, прямолинейных) участках с полуавтоматической сваркой, так как в этом случае трудно обеспечить высокое качество шва в местах перехода от участка, выполненного автоматической сваркой, к участку, выполненному полуавтоматической сваркой, или наоборот.

Существует способ сварки деталей криволинейной формы большой толщины, который позволяет устранить указанные недостатки. Для этого разделку кромок под сварку на криволинейных участках выполняют так, что стыкующиеся кромки вдоль направления сварки представляют собой ломаную линию, причем сварку каждого валика производят непрерывно. На рис. 3 приведен вид сбоку на разделку одной из половин свариваемой детали криволинейной формы, выполненную по вышеуказанному способу.

 

Рис. 3. Сварка деталей криволинейной формы большой толщины.

Сварку деталей при сложной форме разделки производят сварочным автоматом, который должен передвигаться по направляющим, повторяющим в точности форму ломаной линии стыкующихся кромок. Работу выполняют либо вообще без технологической, оснастки, либо применяют несложное приспособление для поворота детали в момент перехода дуги от одного участка стыкующих кромок к другому. Разделку кромок под сварку выполняют так, чтобы стыкующиеся кромки 1 вдоль направления сварки представляли собой ломаную линию с возможно меньшим числом прямолинейных участков и возможно большим углом B между ними. Объемы наплавленного металла по обе стороны стыкующихся кромок на криволинейных участках детали должны быть после сварки примерно равными во избежание появления остаточных деформаций.

Для обеспечения непрерывности процесса сварки на криволинейных участках детали в местах уменьшения глубины разделки ставят формирующие планки 2.

Если деталь можно расположить так, чтобы угол а на любом участке не превышал 10°, сварку ведут на неподвижной детали. В противном случае деталь сваривают в приспособлении, позволяющем поворачивать ее при переходе дуги от одного участка стыкующихся кромок к другому так, чтобы сварку вести все время в нижнем положении. При этом угол B может быть менее 160°. Окончание сварки участков с глубокой разделкой, подобных участку 3, производят прямолинейными швами с выводом начала и окончания каждого валика за пределы рабочего, сечения заготовки.

Довольно сложную задачу представляет и сварка кольцевых швов крупногабаритных деталей. Наиболее просто такие швы выполнять полуавтоматической сваркой горизонтального стыка, однако при особо высоких требованиях к качеству сварного соединения или при большом объеме работ следует применять автоматическую сварку плавящимся электродом большого диаметра. В этом случае необходимо большое количество технологической оснастки: роликового стенда для вращения деталей при сварке (причем желательно, чтобы скорость регулировалась плавно во всем диапазоне скоростей сварки); приспособления, обеспечивающего радиальную жесткость изделия на роликовом стенде; оснастки для кантовки изделия; стяжного приспособления, центрирующих и подкладных колец и т. д.

Кольцевые швы большого диаметра обычно сваривают вразбивку, т. е. участками. Однако опыт изготовления крупногабаритных изделий из алюминиевых сплавов с большим числом кольцевых швов свидетельствует о возможности и преимуществах наложения каждого валика многослойного шва без остановки процесса сварки. Одновременно с началом сварки включается привод роликового стенда, который вращает деталь со скоростью сварки на радиусе шва. Сварочный автомат либо закреплен на неподвижной платформе, либо катится по поверхности изделия навстречу его движению с той же скоростью сварки. В последнем случае необходимо обеспечить слежение сварочного автомата за стыком по направляющей.

Особое внимание следует уделять началу и окончанию каждого валика, так как при сварке без остановки окончание и начало шва трудно вывести за пределы сварного соединения. Наиболее удачной оказалась технология, предусматривающая вывод сварочного кратера на технологическую наплавку.

Для ее применения необходимо к началу сварки подготовить к одновременной работе сварщика-автоматчика, сварщика-полуавтоматчика и слесаря.

Наложение очередного валика начинают непосредственно на сварном шве. На поверхности укладываемого валика не прерывая процесса сварки производится наплавка полуавтоматом. Длина наплавки должна составлять 100—120 мм, высота 8—10 мм и ширина должна быть несколько больше ширины свариваемого валика. Затем, также не останавливая процесса сварки, подрубают пневматическим зубилом начало шва, вырубают плавный подъем до поверхности наплавки в ее середине (рис. 4) и зачищают проволочной; щеткой поверхность наплавки и вырубки. При окончании сварки кольцевого шва сварочную дугу по вырубленному подъему выводят на поверхность наплавки и здесь обрывают, так что кратер оказывается выведенным за пределы наложенного прохода. Технологическая наплавка вместе с кратером подрубается заподлицо с валиком.

 

Рис. 4. Вывод сварочного кратера на технологическую наплавку:

1 — притупление разделки кромок; 2 — начало накладываемого валика; 3 — технологическая наплавка; 4 — линия подрубки.

Сборку деталей, свариваемых кольцевым швом (обечайки, днища, фланцы) следует выполнять в специальном приспособлении, устанавливаемом затем на роликовый стенд. Детали должны быть стянуты в этом приспособлении усилием, обеспечивающим их взаимную неподвижность при подъеме собранного узла краном, кантовке, вращении на стенде и в процессе сварки. Приспособление должно также обеспечивать сохранение стягивающих усилий в процессе сварки стыка при поперечной усадке шва. Наиболее просто эта задача решается применением тарельчатых пружин в стягивающих стойках приспособления. Если приспособление не обеспечивает надежное закрепление деталей и их взаимную неподвижность при сварке, следует применить временные скрепляющие планки (рис. 5), удаляемые в процессе сварки при приближении к ним сварочного автомата.

Рис. 5. Стык, собранный под сварку:

1 — свариваемые детали; 2 — временные скрепляющие планки; 3 — разделка кромок под сварку; 4 — угловой шов (прихватка) скрепляющей планки; 5 — подкладка; 6 — прижимной винт; 7 — центрирующее кольцо.

При расположении планок по периметру стыка необходимо учитывать, что раскрытие состыкованных кромок наиболее интенсивно происходит после заварки кольцевого стыка на 1/4—1/3 часть его со стороны, противоположной заваренному участку.

Кольцевой стык при сборке следует центрировать либо снаружи обжимным кольцом, если первый валик сваривают изнутри, либо изнутри распорным кольцом при сварке первого валика снаружи, причем подкладку целесообразно изготовлять вместе с центрирующим кольцом (см рис. 5). Сварку кольцевых швов на деталях небольшого диаметра (трубы диаметром до 200— 250 мм со стенкой толщиной до 6—8 мм) в том случае, когда предъявляются особо высокие требования к качеству сварного соединения, следует выполнять автоматической сваркой неплавящимся электродом. Сварочный автомат в этом случае должен обеспечивать следующее:

1) после нажатия на кнопку «Пуск» включение газового клапана для продувки защитным газом перед началом сварки в течение не менее 10—15 сек;

2) автоматическое включение осциллятора и выключение его после возбуждения дуги;

3) пуск подачи присадочной проволоки и включение привода вращения изделия после некоторой выдержки сварочной дуги на месте ее возбуждения для образования сварочной ванны нужных размеров (5—15 сек);

4) в процессе сварки возможность плавной регулировки скорости сварки, величины сварочного тока, скорости подачи присадочной проволоки, длины дуги и поперечного перемещения электрода; желательно, чтобы имелась возможность программирования по периметру стыка или во времени величины сварочного тока, или скорости сварки;

5) после нажатия на кнопку «Стоп» прекращение подачи присадочной проволоки и плавное уменьшение сварочного тока до обрыва дуги для исключения образования кратера;

6) после обрыва дуги продувка газа должна длиться не менее 10—15 сек.

Сборку труб под сварку следует проводить с помощью центратора, обеспечивающего плотную стыковку, закрепление и центрирование труб. В конструкции центратора должна быть предусмотрена сменная разрезная подкладка с канавкой для формирования усиления с обратной стороны и устройство для защиты от окисления корня шва поддувом защитного газа в канавку подкладки. На рис. 6 приведен центратор, обеспечивающий точную сборку труб под сварку.

 центратор для сварки труб

Рис. 6. Центратор для сварки труб.

Для надежной защиты корня шва поддувом аргона необходимо устанавливать заглушки внутри трубы на расстоянии 300 мм от стыка. Трубы, подаваемые на сварку, должны быть обезжирены и полностью или частично (на 300—500 мм от стыка) химически обработаны. Непосредственно перед сборкой й сваркой стыкуемые торцы труб, а также участки внешней и внутренней поверхности труб шириной 10—15 мм необходимо зачищать шабером.

При сварке неповоротных стыков на вертикальных трубах следует смещать электрод на 1,5—2 мм вверх от стыка.

Возбуждать дугу следует на возможно меньшем токе, с тем чтобы избежать попадания вольфрама в шов. При выдержке после возбуждения дуги сварочный ток плавно доводят до нужной величины и после образования ванны, обеспечивающей полное проплавление, включают механизмы движения и подачи присадочной проволоки. После сварки приблизительно 2/3 стыка труб следует уменьшить сварочный ток на 10—15%, чтобы сохранить параметры шва при сварке остальной части стыка, уже подогретой встречной тепловой волной. При окончании сварки и выходе сварочной дуги на начало шва следует отключить механизм подачи присадочной проволоки и после переплавления небольшого начального участка шва включить систему обрыва дуги без образования кратера. Участок повторного переплавления (до начала уменьшения тока) должен составлять не более 1/10—1/12 длины стыка, так как от его протяженности зависит деформация труб от сварки. Кроме того, следует учитывать, что повторное переплавление ведется фактически на весу вследствие перемещения наружу стыка труб после сварки первого валика. При повторном переплавлении шов опускается в образовавшийся между стыком и подкладкой зазор, в результате чего увеличивается усиление с обратной стороны шва (рис. 7).

Рис. 7. Участок повторного переплавления при перекрытии кольцевого шва:

1 — шов после первого наложения валика; 2 — шов после второго наложения валика.

 


Также по теме: