3 Сущность автоматической сварки под слоем флюса (асф)

По степени механизации процесса сварка под флюсом классифицируется на полуавтоматическую, автоматическую.

Рис 3.1 Схема процесса автоматической сварки под флюсом, где: 1 – электрод; 2 – газовая полость (флюсогазовый пузырь); 3 – прослойка жидкого флюса (шлака); 4 - металлическая ванна; 5 – неиспользованный флюс; 6 - шлаковая корка; – сварочный шов; 8 - основной металл; 9 - дуга; 3+4 – сварочная ванна.

Сущность: Сварочная дуга горит под слоем зернистого сыпучего вещества – флюса. Под действием теплоты дуги расплавляется основной металл, проволока, часть флюса, непосредственно прилегающая к зоне сварки. Электродная проволока подается к зоне сварки, плавится и переходит в сварочную ванну в виде отдельных капель. Одновременно проволока передвигается вдоль сварочной кромки. Происходит сварка. Расплавленный флюс образует плотную эластичную оболочку – флюсогазовый пузырь. Слой жидкого шлака надежно защищает металл от вредного воздействия газов из воздуха и предохраняет металл от разбрызгивания. Во флюсогазовом пузыре создается большое давление газов и паров металла, которое оттесняет часть жидкого металла, образуется сварной шов, покрытый затвердевшей коркой шлака, которая легко отделяется за счет разных коэффициентов линейного расширения металла и шлака.

Отличительной особенностью процесса автоматической и меха­низированной сварки под флюсом является то, что сварочная дуга горит не на открытом воздухе, а под слоем сыпучего зернистого флюса. Под действием теплоты дуги 9 расплавляются основной металл 8, электродная проволока 1 и часть флюса 5, непосредственно прилегающего к зоне сварки. Электродная про­волока подается вниз в зону сварки со скоростью ее плавления, плавится и переходит в шов в виде отдельных капель. Одновре­менно с этим проволока передвигается вдоль свариваемых кро­мок, в результате чего происходит процесс сварки. Расплавленный флюс образует плотную эластичную оболоч­ку — флюсогазовый пузырь 2, поверх которого находится слой жидкого шлака 3. Флюсогазовый пузырь надежно защищает рас­плавленный металл от вредного воздействия кислорода и азота воздуха, а также предохраняет его от разбрызгивания. Во флюсогазовом пузыре создается большое давление газов, которое оттесняет часть жидкого металла 4 в противоположную направлению сварки сторону. После остывания жидкого металла образуется сварной шов 7, покрытый затвердевшей коркой шлака 6. Прослойка жидкого металла между дугой и дном сварочной ванны обладает малой теплопроводностью, поэтому величина ее оказывает большое влияние на глубину провара. Чем толще эта прослойка, тем меньше теплота дуги будет воздействовать на ос­новной металл и тем меньше будет глубина провара, и наоборот. При этом изменяются высота и ширина выпуклости шва.

Сварочные материалы.

Стальная сварочная проволока.

ГОСТ 2246-70 предусматривает три группы проволок:

• низкоуглеродистых – 6 марок

• легированных – 30 марок

• высоколегированных – 39 марок

Предназначена для сварки и наплавки как в качестве электродной, так и в качестве присадочной. Выпускается 0,3…12мм.

(4) Св – 08ХГСМА – (О; Э; Ш; ВД; ВИ).

4 – диаметр

Св – сварочная; (Нп - наплавочная)

08 – 0,08 % С

Х – Cr  1%

С – Si  1%

М – Мо  1%

А – улучшенного качества, Р 0,04; S 0,04

О – омедненная

Э – электродная

Ш – получена электрошлаковым переплавом

ВД – получена вакуумно-дуговым переплавом

ВИ – получена вакуумно-индукционным переплавом

Нп – для наплавки

ПП – порошковые: ПП – АН3, ПП – ОХ13

Рис. 3.2 Поперечное сечение порошковых проволок: а - трубчатой, б-с одной загнутой кромкой, в - с двумя загнутыми кромками, г — двухслойной.

ПЛ – порошковые ленты

ЛС – ленты спеченные (порошковая металлургия)

Флюсы

Флюс представляет собой сыпучее зернистое (порошкообразное) вещество, предназначенное для различных способов сварки и резки. Различные флюсы применяют:

1. для дуговой сварки металлов и ЭШС

2. для газовой сварки цветных металлов (щелочные)

3. для кислородно-флюсовой резки (металлические порошки).

Флюсы для дуговой сварки и ЭШС.

Функции:

1. Физическая изоляция сварочной ванны от атмосферы. Лучше изоляция у флюсов с большой объемной массой (плотностью). Обычно с мелкими гранулами плотного строения, но в этом случае ухудшается формирование шва. Достаточно эффективная защита сварочной ванны определяется толщиной флюса.

2. Стабилизация дугового разряда (горение дуги). В состав флюса обязательно входят элементы – стабилизаторы, которые снижают потенциал ионизации (Na, K, Ca и другие).

3. Химическое взаимодействие с жидким металлом – раскисление, рафинирование (очищение).

4. Легирование металла шва. Может изменить химический состав шва, но в пределах доли процента. Применяют керамические флюсы.

5. Формирование поверхности шва. Зависит от вязкости образуемого флюсом шлака и характера её зависимости от температуры и межфазным натяжением на границе металл – шлак. Шлаки бывают “длинные” – вязкость монотонно увеличивается при понижении температуры (хорошо формируют шов при токе свыше 1000 А); “короткие” – вязкость которых резко увеличивается при уменьшении температуры. Если есть возможность стекания металла, то лучше использовать “короткие” шлаки. Существенное влияние на формирование шва оказывает газопроницаемость флюса, которая определяется размерами частиц флюса: 0,52,5; 2,54 мм.

Классификация флюсов:

По назначению:

1. Для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

2. Для сварки высоколегированных и легированных сталей.

3. Для сварки цветных металлов и сплавов.

По степени легирования:

1. Низко кремнистые <35 % SiO₂

2. Высоко кремнистые >35 % SiO₂

3. Безмарганцевые <1 % MnO

4. Марганцовые >1 % MnO

5. Бескислородные

По степени легирования:

1. Пассивные (практически не легирующие).

2. Плавленые (слабо легирующие).

3. Керамические (легирующие).

По способу изготовления:

1. Плавленые: ГОСТ 9087-81. изготовляют сплавлением шихты определенного состава с последующей грануляцией до получения зёрен определённого размера. Бывают: стекловидные (температура шихты 1200 – 1250 С), пемзовидные (1550 –1600С).

2. Керамические – механическая смесь тонко измельченных материалов сцементированных жидким стеклом и гранулированных на крупинки определенных размеров или самоспекаемые (из фтористых и хлористых солей).

3. Механические смеси - простое смешивание материала. Простое в изготовлении, но при транспортировке происходит сепарация (разделение).

По строению частиц:

1. Стекловидные (насыпная или объемная масса ’=1,1…1,8кг/дм³). Прозрачные зерна темных оттенков.

2. Пемзовидные: ’=0,7…1,0 кг/дм³. крупинки белых или цветных оттенков.

Общие требования к флюсам.

Флюсы для механизированной сварки должны обеспечивать:

1. Устойчивое протекание процесса сварки.

2. Отсутствие кристаллических трещин и пор.

3. Требуемые механические характеристики металла соединения и шва.

4. Хорошее формирование шва.

5. Лёгкую отделяемость шлаковой корки.

6. Минимальное выделение токсичных газов.

7. Низкую стоимость.

8. Возможность массового производства.

Применение флюсов.

Для предупреждения пор и получения заданных механических свойств для сварки низкоуглеродистых сталей металла шва раскисляют и легируют Si и Mn. Это достигается применением определенных сочетаний флюсов и сварочной проволоки.

Высококремнистый флюс (40% SiO₂; <15% MnO) – Св–10Г2.

Высококремнистый марганцовистый флюс (35-40% MnO; 40-45% SiO₂) – Св – 08.

АН – 248А; ОСЦ – 45; 45 – ОФ – 6.

Швы сварных соединений.

Форма разделки кромок и швов различны соединений для механизированной сварки под флюсом, регламентируется следующими стандартами:

ГОСТ 8713-79 “Швы сварных соединений. Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом. Основные типы и конструкционные элементы”.

ГОСТ 11533-75 “Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом. Соединения сварные под острыми и тупыми углами”.

ГОСТ 16098-70 “Швы сварных соединений из двухслойной коррозионностойкой стали”.

ГОСТ 8713-79 предусматривает соединения со следующей толщиной металла:

Стыковые 1,5…160

Угловые 1,5…40

Тавровые 3…60

Нахлесточные 1…20

В зависимости от толщины свариваемого металла по форме подготовок кромок сварные швы могут выполняться с отбортовкой:

• Без скоса

• Со скосом одной или двух кромок

• С двумя скосами одной или двух кромок

При этом скос кромок может быть прямым, криволинейным, ломанным.

Стандартом устанавливают следующие обозначения сварки под флюсом:

АФ – автоматическая сварка на весу

АФф – на флюсовой подушке

АФм – на флюсо-медной подкладке

АФо – на остающейся подкладке

АФш – с предварительным наложением подварочного шва.

АФк – с предварительной подваркой корня шва

ПФ – полуавтоматическая сварка под флюсом (ПФо, ПФш , ПФк).

Стандартом устанавливается допускаемая разность толщин, смещение кромок, выпуклость или вогнутость углового шва, причем размер углового шва характеризуется меньшим катетом, вписанного в сечение шва неравнобедренного треугольника.

ГОСТ 11533-75 устанавливает форму и размеры кромок и швов при угле наклона угловых и тавровых соединений от 45…179 при толщине S 2…60мм.

При сборке соединений под автоматическую сварку применяют выводные (технологические) планки, которые используют для начала и окончания процесса сварки и их вывода за пределы шва.

Выводные планки приваривают к свариваемым деталям стыковым швом. Нарушение правил установки стыковых планок приводит к появлению трещин. Рекомендуется применять для толщин: S=8(10)…60(40) мм.

Максимальная площадь поперечного сечения однопроходного шва:

F_max=100мм²

S_{max одностор. без разд. без зазора}=14мм

S_{max двустор. без разд. без зазора}=20мм

S_{max одностор. при разд. или при разд,но гарант зазором}=28мм

Лекция № 6

Технология и техника автоматической сварки под слоем флюса

Параметры режима механизированной сварки под флюсом и их влияние на геометрию сварного соединения.

1. Сила сварочного тока. С увеличением Iсв повышается давление дуги, производительность сварки возрастает, глубина проплавления увеличивается, ширина шва та же. Необходимо увеличить напряжение, высота усиления увеличится.

2. Напряжение на дуге. При увеличении напряжения увеличивается её длина и подвижность; e(сильно увеличивается), g(сильно уменьшается ), h(уменьшается).

3. Скорость сварки. При увеличении уменьшается погонная энергия, ширина шва, усиление, проплавление  до V=30 – 35 м/час, g если V>чем 35м/час.

4. Диаметр электрода. При  диаметра увеличивается блуждание активного пятна по торцу электрода, dэ, е,g, h.

5. Скорость подачи проволоки. Этот параметр тесно связан с силой тока, скорость подачи должна быть=скорости проплавления, иначе будет обрыв дуги или короткое замыкание.

6. Вылет электрода. С увеличением вылета, увеличивается предварительный подогрев электрода. Электрод плавится быстрее Lд, g, e. Изменяется коэффициент наплавки _н. Увеличение вылета для узкощелевой разделки.

7. Наклон электрода вдоль шва.

8. Род и полярность тока. В отличие от РДС, где теплоты выделяется больше на плюсе, при АСФ больше теплоты выделяется на минусе, но применяют все равно обратную полярность для увеличения скорости расплавления основного металла. Остальное как у РДС.

9. Наклон изделия. Наклон изделия при АСФ непозволителен, так как при угле больше 8 появляются подрезы, при угле больше 15 - несплавления. Возможна лишь сварка на небольшой спуск на тонком металле на больших скоростях.

10. Марка флюса и его грануляция. Чем крупнее гранулы, тем меньше объёмная масса и наоборот. Чем больше объёмная масса, больше давление на газовую полость – глубина проплавления , е.

11. Разделка кромок, величина зазора. С увеличением зазора или угла разделки g, h, e=const.

Особенности техники АСФ.

Сварка стыковых швов.

По характеру выполнения односторонние и двусторонние. При сварку односторонних швов существует опасность протекания жидкого металла и шлака в зазор, образуя прожоги. Для избежания применяются следующие технологические приёмы:

1. Сварка на флюсовых подушках.

Флюсовые подушки – уплотненный слой легкого флюса, который тем или иным способом прижимается к нижней стороне шва. В процессе сварки кромки полностью проплавляются.

Флюс применяют когда зазор >2мм от 4 до 12мм.

Прижимы флюсовой подушки могут быть под собственным весом; электромагнитные; пневматические; механические; клеящие ленты.

Назначение: формирование обратной стороны шва, защита от вредного воздействия газа.

2. Сварка на медной подкладке, обычно для металлов небольшой толщины.

Iсв_Cu=60dэ, при толщине >8мм – предварительный подогрев, >16мм – сопутствующий.

3. Сварка на флюсомедной подкладке.

4. Сварка на остающейся стальной подкладке.

Нельзя использовать, если скапливается радиоактивность. Щелевая коррозия, при движении по трубе возникает турбулентное движение.

5. Сварка “в замок”.

6. Сварки по ручной подварке.

Применяется при невозможности обеспечения качественной сборки и отсутствие приспособлений для других приёмов, предотвращающих протекание металла в зазор (см. рис. 7 - 10).

Сварка двусторонних стыковых швов.

Соединение собирается с одинаковым зазором по всей длине. Сварка, как правило, на весу. Обеспечивается такой режим сварки, при котором обеспечивается провар на 60 – 70 % от всей толщины (при всей толщине – без разделки или притупления).

При неравномерном зазоре, сварку производят на флюсовой подушке. Прихватки ставят со стороны, которая будет свариваться во вторую очередь. Двухсторонняя сварка менее производительна, но не требует специальных приспособлений для формирования обратной стороны шва.

АСФ кольцевых швов.

Кольцевые швы применяют для сварки стыковых труб, обечаек, фланцев и др. Сварку кольцевых стыковых сосудов большого диаметра (больше 800мм) обычно начинают изнутри, используя снаружи флюсовые подушки ременного или кольцевого типа (см. рис.1.4 и 1.5).

При сварке труб диаметром < 800мм, сварку ведут только снаружи. Используют вставки, подкладные кольца (см. рис1.8, 1.9).

При сварке труб диаметром < 500мм, для того чтобы флюс не ссыпался с поверхности цилиндра, применяют флюсоудерживающие коробочки, которые устанавливаются на автоматы.

Рис. 3.3 Флюсоудерживающее приспособление для выполнения свар­ных кольцевых швов малого диамет­ра: 1—трубка для подачи флюса 2—передняя стенка, 3— поперечная ось, 4 — обойма задней стенки, 5 — набор поднимаю­щихся пластин, 6 — пазы в пластинах.

При сварке диаметром <800мм возникает опасность стекания жидкого металла, поэтому электродная проволока устанавливается со смещением 15 – 75 мм (выбирается опытным путем).

Рис. 3.4 Схема расположения электрода при выполнении сварных кольцевых швов.

АСФ угловых швов.

Угловые швы при АСФ могут выполняться как вертикальным, так и наклонным электродом.

Сварку наклонным электродом применяют, когда электрод невозможно установить в другом положении.

Рис. 3.5 Положение электрода при выполнении сварных угловых швов.

Существует опасность образования подрезов вертикальной стенке, наплывов, отеков, непроваров на горизонтальной поверхности – это происходит при катете больше 8мм. Поэтому, сварку ведут за несколько проходов. Отдельные слои располагаются так, чтобы служить площадкой для следующих.

Рис. 3.6 Многослой­ная сварка углового соединения: 1—3 — очередность наложения валиков.

Наиболее часто угловые швы выполняются на весу с минимальными зазорами. При сварке с гарантированными зазорами применяют различные приспособления – очень часто самоклеящиеся ленты с флюсом.

Лекция №7

Оборудование для автоматической сварки под слоем флюса

Сварочные автоматы.

Сварочная установка – это комплекс технологически связанного между собой оборудования для выполнения механизированной дуговой сварки, в которой входит источник питания. Сварочный аппарат, механическое оборудование и приспособление, обеспечивающие точность сварки и качество шва.

Сварочный аппарат – комплекс механизмов и приборов, необходимых для автоматизации и механизации приемов и операций при выполнении сварочного соединения.