Каталог организаций

Сварка тонколистовой стали

Стыковые соединения. Применяющиеся в практике соединения тонколистовой стали весьма разнообразны: стыковые, нахлесточные, бортовые и др. Стыковые соединения являются наиболее распространенным видом соединении. Они могут быть выполнены следующими способами: 1) автоматической сваркой под флюсом на весу (обычно двусторонней); 2) автоматической односторонней сваркой па флюсовой подушке, медной или флюсомедной подкладке и 3) автоматической сваркой на остающейся подкладке.

Сваркой на весу называют такой способ сварки, при котором не применяются какие-либо средства, предотвращающие протекание расплавленного металла через зазоры между свариваемыми кромками. Если свариваемые кромки требуется проплавить на полную глубину, сварка на весу осуществляется в два приема, т. е. с одной и с другой стороны соединения поочередно.

Односторонней сваркой на флюсовой подушке, медной или флюсомедной подкладке называют такой способ сварки, при котором соединяемые кромки проплавляют на всю толщину с формированием усиления с обеих сторон стыка, флюсовая подушка, медная или флюсомедная подкладка поджимаются снизу к стыку, предохраняя от вытекания расплавленный металл сварочной ванны и обеспечивая формирование валика с обратной стороны.

Сварка на остающейся подкладке — это сварка с полным проплавлением громок и одновременной приваркой к нижней стороне стыка топкой стальной полоски.

Широкое разнообразие типов изделий из тонкой стали обусловливает различную протяженность сварных швов, колеблющуюся от нескольких сантиметров до нескольких метров и даже десятков метров.

В зависимости от типа изделия и длины швов по-различному осуществляется заготовка топкого металла для его сварки. Она может быть выполнена на гильотинных, дисковых или пресс-ножницах, штамповкой и другими способами, обеспечивающими при сборке требуемым зазор между стыкуемыми кромками. Допустимая величина этого зазора тем меньше, чем меньше толщина свариваемых листов (табл. 3). Поверхность заготовленного металла не должна быть волнистой, заусенцы кромок должны быть зачищены. Свариваемые кромки, а также поверхность листов на расстоянии до 30 мм от кромок следует тщательно очистить от ржавчины, краски и других загрязнений, а также удалить влагу, так как все это может явиться причиной пороков в швах.

Таковы основные операции по подготовке тонкой стали для сборки под сварку. Выполнение самой сборки зависит от способа сварки, от типа сборочных приспособлений, от протяженности швов и др.

Сварка на весу. При сварке на весу сборку следует осуществлять посредством прихваток, соблюдая при этом зазоры между стыкуемыми кромками по величине, не превосходящие указанных в табл. 3. Прихватка должна производиться электродами с качественным покрытием той же марки, которая рекомендуется для ручной сварки данных изделий. Длина прихваток зависит от толщины свариваемых листов; она не должна превышать 20— 25 мм. Ширина прихваток — не более 5 мм, высота — до 1,0—1,5 мм. Прихватки следует ставить на расстоянии 250—300 мм друг от друга. Прихватки не следует ставить в местах пересечения швов или у отверстий в листе. Очередность при постановке прихваток должна обеспечивать правильное взаиморасположение свариваемых деталей. Перед сваркой прихватки необходимо очистить от шлака.

Режимы сварки на весу применительно к малоуглеродистой стали приведены в табл. 3. Величина тока и напряжения дуги может быть оставлена одной и той же как для сварки первого шва (подварочного), так и для второго шва (основного). При сварке подварочного шва скорость сварки должна быть несколько большей, чем при сварке основного.

Таблица 3

 

Необходимо следить, чтобы превышение одной свариваемой кромки над другой было не более 0,5 мм.

Сварка на весу не требует специальных сборочных приспособлений, что является ее преимуществом. К недостаткам этого способа сварки следует отнести весьма жесткие требования к точности сборки, а также большие затраты времени на вспомогательные операции, так как они повторяются дважды: при сварке шва с наружной и с внутренней стороны листа. Если осуществляется сварка больших полотнищ, значительное время затрачивается также на их кантовку.

Сварка на флюсовой подушке. Флюсовая подушка представляет собой уплотненный слой флюса, который прижимается к нижней стороне стыкового соединения. Толщина и ширина слоя должны быть не менее 25— 30 мм.

Для поджатия флюсовой подушки к стыку в паз сборочного приспособления укладывается резиновый шланг, над которым находится в брезентовом желобе мелкий

В табл. 3 приведены режимы сварки первого шва. При сварке второго шва рекомендуется скорость сварки снизить на 5 ж/час.

флюс (фиг. 4). При подаче сжатого воздуха в шланг последний расширяется и прижимает флюс к стыку.

Весьма удобным сборочно-сварочным приспособлением для сварки больших тонколистовых полотнищ являются магнитные стенды с флюсовыми подушками, описание которых приведено ниже.

 

Фиг. 4. Схема приспособления для сварки на флюсовой подушке:
1 — корыто; 2 — упорная планка; 3 — свариваемый лист; 4 — сварочный стол; 5 — флюсовая подушка; 6 — брезентовая ткань; 7 — шланг (изображен в рабочем положении).

В процессе сварки свариваемые кромки полностью проплавляются и образуется шов, имеющий усиление с верхней и нижней стороны стыка. Жидкий металл расплавляет часть флюса подушки, и поэтому сварной шов покрыт шлаковой коркой не только с наружной, но и с внутренней стороны.

Для формирования нижнего усиления нет необходимости в сильном поджатии флюса, достаточно надежно его уплотнить. Если флюс находится под чрезмерно большим давлением, он может выдавливать расплавленный металл вверх, что станет причиной ослабления шва с нижней стороны. Недостаточное уплотнение флюса подушки приводит к провисанию ванны жидкого металла. При этом шов будет иметь чрезмерно большое усиление с нижней стороны соединения и окажется ослабленным сверху.

О величине давления флюсовой подушки обычно судят по давлению воздуха в шланге. Естественно, не все это давление передается через флюс стыку. Часть усилия затрачивается на трение флюса о стенки флюсовой подушки. Чем больше глубина и ширина подушки, тем большая часть усилия затрачивается на трение. Опыт показывает, что при обычных размерах флюсовой подушки давление воздуха в шланге должно быть приблизительно равным 1 АТИ.

Основными условиями, определяющими режим сварки на флюсовой подушке, являются достаточная для полного проплавления свариваемых кромок мощность сварочной дуги и достаточное количество наплавленного металла для заполнения зазора и образования усиления с двух сторон стыка. Из различных характеристик процесса сварки, которые могут удовлетворить этим условиям, обычно выбирают режимы, отличающиеся более высокой производительностью и допускающие сварку с возможно большими колебаниями зазора.

Режимы сварки под флюсом тонколистовой малоуглеродистой стали на флюсовой подушке приведены в табл. 4.

Следует отметить, что на флюсовой подушке не удается удовлетворительно сварить металл толщиной менее 2 мм из-за образования прожогов. Поэтому сварку на флюсовой подушке следует рекомендовать только для стали толщиной 2 мм и более.

Сварные швы хорошего качества могут быть получены при сварке стали толщиной более 2 мм сварочной проволокой диаметром 3 и 2 мм. Однако, как указано в табл. 4, при сварке более тонкой электродной проволокой можно допустить большие зазоры в стыке. Следует при этом оговориться, что режимы, приведенные для сварки электродной проволокой диаметром 2 мм, предусматривают обязательное наличие зазора при сборке, так как в противном случае не будет достигнуто полное проплав- ление кромок соединения к образование обратного валика. Швы, сваренные на этих режимах, отличаются меньшими усилениями по сравнению со швами, сваренными электродной проволокой диаметром 3 мм на режимах, указанных в табл. 4.


При сварке листов больших размеров весьма трудно обеспечить равномерный зазор в стыке. Поэтому усиления односторонних швов имеют переменные размеры. Характерно, что при сварке на флюсовой подушке неравномерность стыковых зазоров в большей степени отражается на нижнем усилении шва. Взаимное смещение кромок листов также приводит к ухудшению формирования шва и образованию неравномерного усиления.

Сварка на флюсомедной и медной подкладке. Флюсомедная подкладка представляет собой медную шину с продольной простроганной канавкой. Рекомендуемые размеры подкладки указаны на фиг. 5. Свариваемые листы собираются таким образом, чтобы их стык оказался посредине канавки флюсомедной подкладки. Флюс в канавку подкладки обычно засыпают до укладки и поджатия свариваемых листов. В тех случаях, когда листы собираются с зазором в стыке, флюс может засыпаться в канавку через зазор в процессе сварки. При этом важно, чтобы величина зазоров, а также грануляция флюса обеспечивали его свободное прохождение сквозь зазор.

Флюсомедная подкладка позволяет легко обеспечить заданную величину усиления обратного валика. Эта величина равна разности зазора между свариваемыми листами и медной подкладкой и толщиной нижней шлаковой корки. Флюсомедная подкладка конструируется таким образом, что практически весь флюс после сварки превращается в шлаковую корку, покрывающую нижнее усиление шва. Флюсомедная подкладка позволяет обеспечить меньшее смещение свариваемых кромок друг относительно друга. Прижим свариваемых листов к под­кладке способствует приведению их кромок в одну плоскость.

Режимы сварки на флюсомедной подкладке и допуски на сборку практически такие же, как в случае сварки на флюсовой подушке (табл. 4). Сталь толщиной менее 2 мм на флюсовой подкладке сваривается также неудовлетворительно, как и па флюсовой подушке (прожоги к т. п.).

Стыковые швы стали толщиной менее 2 мм вполне удовлетворительно свариваются на гладкой медной подкладке. При этом за счет соответствующего подбора режима сварки можно обеспечить надежное проплавление на всю глубину свариваемого металла, чего не удается добиться при сварке на гладкой медной подкладке листов толщиной более 2 мм. Это, по-видимому, объясняется тем, что более тонкий металл легче деформируется при нагреве. Прохождение дуги вызывает местные деформации, благодаря которым в месте сварки листы не­сколько отстают от подкладки. Образовавшееся небольшое пространство заполняется расплавленным металлом, за счет которого создается обратное усиление шва.

При сварке стали толщиной менее 2 мм весьма важно обеспечить плотное прилегание медной подкладки к стыку.

Рекомендуемые режимы сварки стали толщиной менее 2 мм, а также допустимые зазоры при сборке приведены в табл. 5.

Следует отметить, что эти режимы не являются единственными, обеспечивающими хорошее формирование швов. Опыты показывают, что швы, отличные по внешнему виду, могут быть получены на других режимах, отличающихся значительно большей скоростью сварки, например, для стали толщиной 1,5 мм на режимах:

1) Iсв = 200 А, Uд — 26 В, Vсв = 75 м/час, Dэ = 1,6 мм;

2) Iсв = 320 А, Uд = 30 В, Vсв = 20 м/час, Dэ = 2 мм.

Несмотря на хороший внешний вид швов, эти режимы оказались непригодными для практического применения. Швы, сваренные при этих режимах, обладают низкими показателями механических свойств. Так, например, при испытании на загиб образцов, сваренных на первом режиме, был получен большой разброс показаний по углу загиба от 80 до 180°. Тщательным осмотром образцов, сваренных на втором режиме, установлено наличие поперечных трещин как с лицевой, так и с обратной стороны валика.

По-видимому, причиной понижения пластических свойств металла швов, сваренных на первом и втором режимах, является повышенная скорость его охлаждения, несмотря на то, что он представляет собой малоуглеродистую сталь. Запись температуры с помощью термопар, размещенных у линии сплавления, действительно показала, что при сварке на медной подкладке на втором режиме (iсв = 320 А, Uд = 30 В, vсв = 120 м/час) скорость охлаждения у линии сплавления превышает — 110°С/сек. В случае сварки такого же образца па весу (iсв = 115А Us = = 26 В, vсв = 55 м/час. табл. 3), скорость охлаждения всего —26° С/сек, т. е. ниже более чем в 4 раза.

При сварке на медной подкладке на рекомендуемом в табл. 5 режиме для стали толщиной 1,5 мм (iсв = 170Аа, Ud = 25 В, vсв = 60 м/час), скорость охлаждения также невелика —34° С/сек. Качество шва при этом вполне удовлетворительное.

Основной причиной большой скорости охлаждения металла шва является отвод тепла в медную подкладку непосредственно от расплавленного металла ванны. Для того чтобы понять, почему этот отвод тепла велик при сварке на втором режиме (Iсв = 320 А, Uд = 30 В, Vсв = 120 м/час) и сравнительно мал при сварке на режиме, рекомендуемом в табл. 5, достаточно сравнить соответствующие макрошлифы швов (фиг. 6). У шва, сваренного на втором режиме, ширина обратного усиления равна ширине прямого. Образование этого шва можно представить состоящим из двух этапов: сквозного прорезания дугой широкой канавки и заполнения этой канавки расплавленным металлом. При этом жидкий металл попадает непосредственно на медную подкладку. Поверхность их соприкосновения велика, ширина ее равна ширине шва. Обладая малым объемом и большой контактной поверхностью соприкосновения с медной подкладкой, ванна жидкого металла чрезмерно быстро остывает, что отрицательно отражается на механических свойствах шва.

У шва, сваренного на рекомендуемом режиме, ширина обратного усиления незначительна. Это усиление, по- видимому, образуется за счет некоторого провисания ванны жидкого металла, когда в месте прохождения дуги листы начинают несколько отставать от подкладки. В этом случае контактная поверхность незначительна и скорость охлаждения невелика. Качество металла шва вполне удовлетворительно.

 

Фиг. 6. Макрошлифы швов, сваренных на медной подкладке:

 

а — на рекомендуемом режиме; б — на нерекомендуемом режиме.

Сварка с обязательным зазором в стыке. В последнее время находит применение весьма своеобразный способ сварки тонколистовой стали (толщиной 2 мм и более) на медной подкладке с канавкой. При сборке соединения для сварки по этому способу предусматривается обязательное наличие зазора в стыке.

Как указывалось выше, сварку тонколистовой стали рекомендуется осуществлять постоянным током обратной полярности, что обеспечивает наиболее устойчивый режим сварки. Однако при сварке на обратной полярности глубина проплавления значительно выше, чем в случае прямой полярности. Поэтому при сборке с обязательным зазором в стыке сварка на обратной полярности ведет к образованию прожогов и подгоранию медной подкладки. С целью уменьшения степени провара в данном случае рекомендуется применение только прямой полярности (на электроде — отрицательный полюс).

Режимы сварки листов толщиной 2 мм и более с обязательным зазором в стыке приведены в табл. 6.

В связи с недостаточной устойчивостью процесса сварки при малых токах на прямой полярности сталь толщиной менее 2 мм этим способом сваривать не удается.

Нахлесточные соединения. При хорошей сборке для образования надежного нахлесточного соединения требуется весьма малое количество расплавленного электродного металла. Достаточно сварить угловой шов требуемой глубины с катетами, равными толщине металла. Наложение такого малокалиберного углового шва — затруднительная операция, особенно при толщине металла менее 3 мм. Поэтому нахлесточные швы обычно накладывают большего сечения, чем это необходимо для образования прочного соединения. Так как для нахлесточного шва требуется меньше электродного металла, чем для стыкового шва при той же толщине свариваемых листов, то режимы сварки нахлесточных швов отличаются значительно большей скоростью сварки.

При сборке нахлесточных швов возможно образование зазоров между верхним и нижним листами. Если они превышают допустимую величину, то при сзарке может иметь место неудовлетворительное формирование шва, подплавление одной верхней кромки либо прожог нижнего листа. Для того чтобы увеличить допуски на зазоры между листами, необходимо создать благоприятные условия для заполнения этих зазоров электродным металлом, чего можно достичь наклоном электрода поперек шва так, чтобы ось его была направлена в угол нахлесточного соединения (фиг. 7). Как показал опыт, в этом случае могут быть допущены значительно большие зазоры в соединения, чем при сварке вертикальным электродом. Помимо этого, при вертикальном положении электрода может иметь место неправильное формирование шва в связи с подплавлением кромки верхнего листа. Рекомендуемый угол наклона электрода относительно вертикальной оси равен 30—40°.

В табл. 7 приведены рекомендуемые режимы сварки нахлесточных соединений тонколистовой стали наклонным (поперек шва) электродом, а также допустимые при этом местные зазоры.

Сварка на остающейся подкладке. До того как начали применять тонкую электродную проволоку, сварка в стык на остающейся стальной подкладке являлась наиболее надежным производственным методом сварки тонколистовой стали. В качестве стальных подкладок применялись стальные полоски толщиной 1,0—1,5 мм, шириной 12—15 мм, поверхность которых тщательно очищалась от ржавчины. Эти полоски качественными электродами прихватывались к собранным стыкам тонкой листовой стали.

Подкладки обычно изготовлялись из стали той же марки, что и свариваемая сталь. Существенным недостатком применения остающихся стальных подкладок является значительное увеличение времени, затрачиваемого на подготовку изделия для сварки. Во многих изделиях остающиеся подкладки не могут быть допущены по конструктивным соображениям.

Режимы сварки электродной проволокой диаметром 3 мм тонколистовой стали на остающейся подкладке под флюсом АН-348 или ОСЦ-45 приведены в табл. 8.

Сварка кольцевых швов. Сварка под флюсом кольцевых швов может осуществляться в стык или внахлестку. Соединения тонкого металла в стык могут быть собраны под сварку на остающейся стальной подкладке, на медной подкладке и на весу. Описанные выше особенности сварки продольных швов соответственно остаются в силе применительно и к кольцевым швам.

При диаметре кольцевых швов менее 600—800 мм возникают некоторые дополнительные требования к ведению процесса сварки, связанные с влиянием кривизны изделия на формирование сварного шва. Для улучшения формирования шва и предотвращения стекания ванны жидкого металла по направлению вращения изделия необходимо сместить конец электрода с верхней точки (зенита) в сторону, обратную вращению.

Величина этого смещения зависит от объема расплавленного металла ванны, скорости сварки и диаметра изделия. При прочих равных условиях с увеличением объема ванны и скорости сварки величину смещения следует увеличить. Однако при этом необходимо иметь в виду, что чрезмерное смещение электрода может вызвать стекание ванны расплавленного металла в сторону, обратную вращению.

Следует также учесть, что как недостаточное, так и чрезмерное смещение электрода часто оказывается причиной образования пор в швах, особенно если объем сва­рочной ванны невелик (сварка при малой мощности дуги). Неправильное по величине смещение вызывает усиленное растекание металла ванны в ту или иную сторону. При этом ванна ускоренно остывает, не успевая как следует дегазироваться.

Соответствующие режимы сварки продольных шзоз на стали толщиной до 2 мм полностью пригодны для сварки кольцевых. Величина смещения с зенита в зависимости от диаметра кольцевого соединения для этих режимов приведена на графике (фиг. 8).

 

Фиг. 8. График зависимости величины смещения электрода с зенита от диаметра кольцевого соединения.

При сварке кольцевых швов на стали толщиной более 2 мм, когда объем ванны жидкого металла сравнительно велик, режимы сварки соответствующих продольных швов могут потребовать корректировки в зависимости от диаметра изделия. Чем меньше диаметр изделия, тем труднее предотвратить растекание сравнительно большой ванны жидкого металла. Хорошее формирование шва может быть получено в этом случае только при уменьшении объема ванны, что на практике достигается за счет понижения сварочного тока.

При сварке кольцевых швов весьма малых диаметров (40—60 мм) может возникнуть затруднение с перекрытием начала шва конечной его частью. Шлаковая корка не успевает затвердеть, что затрудняет ее сбивание с начальной части шва. В этом случае рекомендуется сразу же после образования начала шва размазывать на нем жидкий шлаковый покров. Оставшаяся при этом тонкая пленка шлака не мешает перекрытию кольцевого шва.

Качество сварных соединений

Проверка качества сварных соединений, выполненных на тонколистовой стали Ст. 2. Ст. 3 по описанной выше технологии сварки, показывает следующее.

Химический состав металла шва вполне нормален для углеродистой стали, сваренной электродной проволокой марки Св-08 и Св-08А под флюсом АН-348 и ОСЦ-45. Механические свойства (предел текучести, предел прочности, относительное удлинение, относительное сужение, ударная вязкость, угол загиба) вполне соответствуют требованиям, предъявляемым при сварке ответственных конструкций из малоуглеродистой стали. Прочность сварных швов выше прочности основного металла, ударная вязкость металла шва несколько ниже ударной вязкости основного металла.

Рентгеновское просвечивание сварных швов обнаруживает достаточную степень чистоты металла и отсутствие в нем каких-либо внутренних дефектов.

Таким образом, описанная выше технология сварки тонкой малоуглеродистой стали под флюсом обеспечивает высокое качество сварных соединений.

Также по теме:

Сварочный трактор. ТС-17 и другое оборудование для сварки листов.

Сварка плавящимся электродом. Сварка тонколистовой стали в среде углекислого газа.