Каталог организаций

Сварка под флюсом

На первый взгляд может показаться, что одно из основных преимуществ сварки под флюсом — возможность получения большой глубины проплавления свариваемого металла — противоречит условиям сварки тонколистовой стали. Однако при определенных условиях сварка под флюсом допускает регулирование глубины проплавления металла, начиная от долей миллиметра, и поэтому хорошо известные ее достоинства могут быть использованы для сварки тонколистовой стали.

Успешное внедрение в производство сварки под флюсом изделий из тонколистовой стали стало возможным, главным образом, благодаря применению тонкой сварочной проволоки. Известны примеры сварки тонколистовой стали и обычной электродной проволокой диаметром, например, 4 мм. Однако в этом случае удавалось сваривать сталь толщиной не менее 3—4 мм при условии весьма тщательной сборки изделия.

Для сварки тонколистовой стали большое значение имеет применение приспособлений, облегчающих точную сборку изделия и обеспечивающих надежное поджатие к свариваемому стыку медной или флюсомедной подкладки, флюсовой подушки и т. п. Опыт показывает, что производительность автоматической сварки изделий из тонколистовой стали со сравнительно короткими швами зависит не столько от машинной скорости сварки, сколько от затрат времени на подготовительные и вспомогательные операции. Поэтому важной задачей является разработка эффективно действующих сборочных и сборочно-сварочных приспособлений.

Чем меньше величина тепловой энергии, передающейся от дуги основному металлу в процессе сварки, тем меньше глубина его проплавления и, следовательно, тем более тонкий металл можно сваривать без прожогов. Тепловая энергия, передаваемая основному металлу, может быть уменьшена за счет уменьшения мощности дуги или увеличения скорости ее перемещения по свариваемому соединению.

Для сварки тонколистовой стали в основном применяют уменьшение мощности дуги, а не увеличение скорости сварки. Это в значительной мере объясняется тем, что применение больших скоростей сварки (более 150—200 м/час) связано с жесткими требованиями к точности поддержания режима сварки, необходимостью тщательной очистки свариваемых кромок, с очень точной сборкой стыков, в ряде случаев со специальным наклоном изделия и электрода и т. п. При указанных скоростях сварки металл шва может быть поражен порами, поперечными трещинами и другими дефектами. Если при этом учесть, что производительность сварки тонколистовой стали, как указывалось выше, главным образом, зависит от затрат времени на установочные и подготовительные операции, то станет ясным, почему увеличение скорости не стало основным способом уменьшения погонной тепловой энергии.

Устойчивость процесса сварки


При сварке тонколистовой стали равномерность глубины проплавления имеет особенно важное значение. Если сваривая сталь толщиной более 4—5 мм, можно допустить колебание глубины проплавления в пределах ± 1 мм, не опасаясь возникновения прожогов, то в случае сварки тонких листов стали такое же колебание совершенно недопустимо.

Равномерность глубины проплавления зависит от устойчивости режима сварки, главным образом, от колебаний сварочного тока. Колебания скорости сварки, а также напряжения дуги сказываются в меньшей степени. Исходя из этого, для сварки тонколистовой стали следует рекомендовать сварочные автоматы с постоянной скоростью подачи электродной проволоки, так как они обеспечивают практически почти постоянные значения тока при колебании напряжения в сети или случайных изменениях длины дуги в процессе сварки. При этом сохраняются почти постоянной глубина проплавления, а также количество наплавляемого металла. Сварочные головки с регулируемой скоростью подачи электродной проволоки в тех же условиях не обеспечивают постоянство тока и поэтому применять их не рекомендуется.

Понижение мощности дуги, требующееся для сварки тонколистовой стали, может быть осуществлено только до определенного предела, зависящего от диаметра электродной проволоки. Дальнейшее снижение мощности резко ухудшает устойчивость процесса сварки и приводит к неудовлетворительному формированию шва. В случае сварки переменным током этот предел достигается при значительно большей мощности дуги, чем в случае сварки постоянным током обратной полярности. Поэтому сварку тонколистовой стали рекомендуется осуществлять постоянным током обратной полярности (положительный полюс присоединен к электроду). В табл. 1 приведены полученные опытным путем значения минимально-допустимых сварочных токов для электродной проволоки различных диаметров при сварке под флюсом АН-348 постоянным током обратной полярности.

Таблица 1

 

выбор диаметра проволоки для сварки под флюсом

Как следует из табл. 1, для обеспечения устойчивого горения дуги при понижении ее мощности необходимо увеличивать плотность тока в электроде, что практически достигается путем уменьшения диаметра электродной проволоки. Эту таблицу можно использовать для выбора диаметра электродной проволоки при сварке на заданном режиме.

При рассмотрении условий устойчивого горения электрической дуги пользуются ее статическими вольтамперными характеристиками. Вольтамперной характеристикой называется зависимость между током и напряжением дуги при постоянной ее длине. На фиг. 1 приведены такие характеристики для дуг различной длины. Каждая вольт- амперная характеристика дуги состоит из нескольких участков: падающего (с ростом тока напряжение падает), почти горизонтального (жесткий участок) и растущего (с ростом тока напряжение увеличивается). В зависимости от условии сварки, дуге соответствует тот или иной участок характеристики. Так, например, при сварке неплавящимся угольным или вольфрамовым электродом, при ручной сварке качественными электродами, при автоматической сварке под флюсом со сравнительно небольшой плотностью тока и в некоторых других случаях характеристика сварочной дуги является падающей с переходом к жесткой. При сварке под флюсом или в защитной газовой среде с повышенной плотностью тока в плавящейся электродной проволоке характеристика дуги становится растущей.

Если дуга имеет падающую вольтамперную характеристику, то устойчивое ее горение возможно только при том условии, что внешняя характеристика сварочного генератора также будет падающей, т. е. напряжение холостого хода генератора значительно превышает напряжение дуги при сварке.

сварка под флюсом, ВАХ дуги

С ростом плотности тока в плавящемся электроде изменяются свойства сварочной дуги. Эти изменения настолько существенны, что позволяют предъявить совершенно другие требования к характеристикам источников питания постоянного тока.

Еще в 1950 г. в Институте электросварки им. Е. О. Па- тона было доказано, что при повышении плотности тока в плавящемся электроде может быть получен устойчивый процесс сварки при использовании в качестве источника питания генератора постоянного тока с жесткой внешней характеристикой (напряжение холостого хода генератора практически равно напряжению дуги при сварке). В отечественной и зарубежной практике в последние годы такие генераторы нашли широкое применение.

Генераторы с жесткими внешними характеристиками значительно более экономичны, чем обычные сварочные генераторы с крутопадающими характеристиками и высоким напряжением холостого хода, так как пропорционально снижению напряжения холостого хода генератора снижаются затраты на активные материалы, уменьшается вес генератора и его стоимость.

Чем больше скорость подачи электродной проволоки п меньше сварочный ток, тем труднее возбудить дугу путем непосредственной подачи электродной проволоки к изделию. Опыт показывает, что при использовании обычных сварочных генераторов с крутопадающей внешней характеристикой в ряде случаев этот способ возбуждения дуги практически оказывается неосуществимым. Совершенно иное наблюдается в случае применения генераторов с жесткими внешними характеристиками. Резкое нарастание тока при закорачивании электрода на изделие обеспечивает безотказное возбуждение дуги. Короткое замыкание не наносит ущерба генератору, так как тонкая электродная проволока выполняет роль плавкой вставки в цепи, ограничивая время протекания и величину тока короткого замыкания.

В тех случаях, когда генераторы с жесткими внешними характеристиками по какой-либо причине не могут быть применены для сварки тонкого металла, следует применять генераторы с весьма пологопадающими характеристиками, т. е. с большой величиной тока короткого замыкания.

Чем резче изменяется ток в цепи при случайных изменениях длины дуги, тем интенсивнее протекают процессы саморегулирования и тем быстрее восстанавливается заданный режим сварки. Генераторы с крутопадающими внешними характеристиками дают значительно меньшие изменения тока при случайных колебаниях длины дуги, чем генераторы с пологопадающими, жесткими или растущими характеристиками, благодаря чему обеспечивают большую устойчивость процесса сварки тонкой электродной проволокой.

Весьма характерно влияние внешних характеристик генераторов на процесс сварки и формирование шва при изменении величины зазора в соединении. Опыт показывает, что в случае питания дуги от генераторов с жесткой или пологопадающей внешней характеристикой можно допустить большие по величине зазоры в стыке, не нарушая нормального формирования шва. Такое же явление наблюдается при увеличении плотности тока в электроде.

Таблица 2

 

режимы сварки под флюсом

В табл. 2 приведены режимы сварки стыковых соединений стали толщиной 3 мм, собранных с постепенно возрастающим зазором от 0 до 5 мм при длине образцов 500 мм. Образцы сваривались электродной проволокой диаметром 3 мм при питании от генератора с крутопадающей внешней характеристикой и генератора с пологопадающей характеристикой. Один из образцов был сварен электродной проволокой диаметром 1,6 мм при питании от генератора с крутопадающей характеристикой. Как следует из табл. 2 и фиг. 2, где изображены образцы сварных соединений, в случае внешней характеристики генератора, приближающейся к жесткой (пологопадающей), а также в случае большей плотности тока в электроде (меньший диаметр электрода), максимальный зазор, при котором еще происходит правильное формирование шва, значительно больше.

образец сварных соединений, сваренных под флюсом

Не следует считать, что приведенные в таблице максимальные зазоры могут быть рекомендованы как допустимые при сборке стыков. В данном случае имеет место плавное возрастание зазора, что не равноценно резким изменениям зазоров, которые могут наблюдаться в практике.

Влияние формы внешней характеристики, а также плотности тока на формирование швов при сварке с зазорами в стыке связано, по-видимому, с изменением интенсивности процессов саморегулирования.

При автоматической сварке стыкового соединения одно из активных пятен дуги расположено на расплавленном металле ванны, заполняющей разделку. В отдельные моменты времени скорость перемещения ванны расплавленного металла может отличаться от скорости движения электрода вдоль стыка. Одной из причин этого бывает изменение величины зазора между свариваемыми кромками или изменение зазора между подкладкой и свариваемыми листами.

При увеличении зазора в стыковом соединении или возникновении большего зазора между подкладкой и свариваемыми листами скорость перемещения ванны расплавленного металла уменьшается. Так как скорость движения электрода при этом остается прежней, имеет место рост дугового промежутка. Резкое увеличение дугового промежутка вызывает обрыв дуги и нарушение процесса сварки. При плавном удлинении дуги процесс может не нарушиться, активное пятно успеет занять новое положение, обеспечивая восстановление прежней длины дуги.

Если питание дуги осуществляется от генератора с крутопадающей внешней характеристикой, то при удлинении дуги, как показали исследования, наблюдается рост ее мощности, что ведет к дополнительному оплавлению кромок в месте повышенного зазора, где начала удлиняться дута. При этом электродного металла окажется недостаточно для заполнения зазора между оплавленными кромками, в результате чего образуется не заполненный металлом участок — прожог.

Увеличение интенсивности саморегулирования дуги, имеющее место в случае применения генераторов с жесткими внешними характеристиками или при повышенной плотности тока в электроде, в известных пределах может предотвратить возникновение прожогов. Благодаря интенсивному саморегулированию значительное удлинение или обрывы дуги не будут наблюдаться при отставании ванны жидкого металла в месте увеличившегося зазора. При этом длина дуги будет поддерживаться постоянной и опасный участок с увеличенным зазором может быть пройден без нарушения процесса сварки (без обрывов дуги, прожогов и пр.). Этот участок от остальной части шва будет отличаться только меньшим усилением шва или даже полным отсутствием усиления.

Как известно из практики автоматической сварки под флюсом, с увеличением плотности тока в электроде глубина проплавления заметно возрастает. Например, при сварке на токе 500 а увеличение плотности тока приблизительно в 3 раза, за счет уменьшения диаметра электродной проволоки от 5 до 3 мм, вызывает увеличение глубины проплавления на 25%. Так как переход к сварке тонкой электродной проволокой связан с еще большим увеличением плотности тока в электроде, то возникает опасение, не может ли интенсивный рост глубины про­плавления в этом случае стать препятствием на пути применения тонкой электродной проволоки и повышенной плотности тока для сварки тонколистовой стали. Проведенные опыты показали, что это опасение несостоятельно.

зависимость глубины проплавления от тока при сварке под флюсом

На фиг. 3 приведен график зависимости глубины проплавления от диаметра электродной проволоки. Как видно из графика, рост глубины проплавления с увеличением плотности тока (уменьшением диаметра электрода) наблюдается только при сварке на токах, превосходящих 300—350 а. Что же касается интересующего пас диапазона токов, применяемых для сварки тонкой стали (до 300—350 а), то в нем увеличение плотности тока не вызывает изменения глубины проплавления. Это объясняется некоторыми особенностями, отличающими маломощные электрические дуги от дуг большей мощности.

Также по теме:

Сварка стальных листов. Методы сварки тонких листов стали.

Сварочные станки. Оборудование для сварки тонколистовой стали.