Как осуществляется расчет скорости сварки
Скорость сварки находится в прямой зависимости от размера тока, поэтому вначале следует разобраться с ним. Расчет сварочного тока производится с помощью формул.
Существуют формулы, по которым скорость сварки рассчитывается в зависимости от значения силы тока. Она в свою очередь может быть рассчитана по формуле сварочного тока. Грамотно применив формулу расчета сварочного тока, можно найти его значение и выбрать оптимальную величину скорости сварки, которая зависит от различных характеристик.
Так, например, зная параметры наплавляемого металла и значение тока, можно применить такую формулу:
αн — это коэффициент наплавки; γ — плотность металла электрода в г/см3; Fн — площадь металла в см2.
Коэффициент наплавки αн зависит от характеристик электрода. Под площадью металла понимается площадь поперечного сечения свариваемого шва при условии однопроходного варианта или одного слоя, если осуществляется многослойное покрытие.
Для расчета этой характеристики необязательно применять формулу скорости сварки. Помочь могут нормативные документы, в которых содержатся рекомендации по выбору для каждого типа металла. При задаче как рассчитать скорость сварки можно ориентироваться не только на формулы, но и на указанные в них значения.
Диаметр электрода и толщина металла
Величина сварочного тока и диаметра электрода – основные параметры, определяющие стабильность протекания сварочного процесса и качества полученного соединения. Оптимальное значение зависит вида металла, технологии соединения, а также подготовки поверхности. Например, при сварке деталей с предварительной разделкой кромок, для выполнения корневого шва рекомендуется использовать электрод диаметром 2 или 3 мм. Последующие слои накладывают с помощью стержней диаметр которых зависит от условий выполнения работ.
При отсутствии кромок можно использовать простую таблицу:
| Толщина кромок, мм | Диаметр электрода, мм |
| Меньше 2 | Меньше 2 |
| 3-5 | 3-4 |
| 6-8 | 4-5 |
| 9-12 | 5-6 |
| 13-15 | 6-7 |
| 16-20 | 7-8 |
| Больше 20 | 8-10 |
Влияние величины скорости на конфигурацию шва
С увеличением величины скорости сварки происходит уменьшение ширины шва. Глубина провара сначала имеет тенденцию увеличиваться, а потом начинается ее снижение.
Компенсация осуществляется увеличением значения силы тока. При высоком значении скорости сварки возможно образование подрезов свариваемого шва, причем с обеих сторон. Это объясняется прогревом, недостаточным для получения качественного шва.
При большой толщине металла имеет смысл сваривать его неширокими швами, обеспечив при этом высокую скорость. Медленная сварка может способствовать появлению в металле дефектов в виде пор.
Род и полярность тока
Сварку на переменном токе используют для соединения низкоуглеродистых и низколегированных сталей (типа 09ГС) в строительно-монтажных условиях электродами с рутиловым покрытием. Для сварки толстых конструкций из низкоуглеродистых сталей. При возникновении магнитного дутья во время сварки источниками постоянного тока.
Сварку на постоянном токе можно условно разделить на два процесса — ручная дуговая сварка на прямой и обратной полярности.
На прямой полярности
Прямую полярность используют для сварки чугуна и глубокого проплавления основного металла. Для сварки низко-, среднеуглеродистых и низколегированных сталей толщиной 5 мм и более с использованием электродов с фтористо-кальциевым покрытием: УОНИ-13/45, УОНИ-13/55 и др.
На обратной полярности
Обратную полярность используют для сварки листового металла невысокой толщины и сварки с повышенной скоростью плавления электрода. Для сварки низкоуглеродистых сталей (типа 16Г2АФ), низко-, средне- и высоколегированных сталей и сплавов.
Для указание на определенный род тока сегодня часто используют обозначение AC и DC. Аббревиатуры AC и DC (сокр. от анг. alternative current и direct current) — означают переменный и постоянный ток соответственно.
Ручная сварка
Скорость ручной дуговой сварки выбирает сам сварщик, поэтому многое зависит от его квалификации. На его выбор влияют:
- свойства основного металла;
- характеристики используемого электрода;
- положение шва в пространстве.
Требование, которое предъявляется к результату выбора, — он должен гарантировать небольшое возвышение расплавленного металла, находящегося в сварочной ванне, над кромками основного. Также должен быть обеспечен плавный переход жидкого металла к основному без возникновения дефектов в виде наплывов и подрезов. Когда происходит сваривание высоколегированных сталей, то с целью недопущения перегрева сварку осуществляют с большой скоростью.
Этот параметр находится в зависимости от покрытия применяемых электродов. При использовании электродов, имеющих рутиловое покрытие, выбирается скорость сварки, находящаяся в диапазоне 6-12 м/ч, при электродах с целлюлозным покрытием — 14-22 м/ч.
Из таблицы скорости сварки при ручной дуговой сварке можно найти величину этого параметра в зависимости от толщины металлического материала.
Скорость работ при ручное электродуговой сварке
Скорость перемещения электрода вдоль сварочного соединения влияет на ширину шва. Чем быстрее сварщик перемещает электрод, тем тоньше получится шов, и, наоборот – чем медленнее двигается расходник, тем больше наплава остается на стыке. Помимо продольных сварщик делает и поперечные движения. Они определяют ширину и глубину шва.
Варить очень быстро или же слишком медленно не стоит. В первом случае будут образовываться пустотелые включения. Незаполненное расплавом пространство является потенциально слабым местом, которое может дать трещину. Медленное передвижение электрода является причиной растекания расплава, что снижает качество сварного соединения. Кроме поступательного движения электрода, существуют еще и поперечные перемещения торца: елочка, зигзаг, лесенка и другие.
Можно подвести небольшой итог: выбор режима ручной дуговой сварки представляет собой комплекс действий сварщика, призванных закрыть вопросы поиска оптимальных параметров сварки конкретных заготовок при определенных условиях. Новичкам сначала будет непросто выбрать наиболее подходящий под конкретные условия режим сварки. В помощь им производители оборудования и расходников предоставляют справочники, руководства по эксплуатации и другие материалы информативного характера. Со временем приходит опыт и потребность заглядывать в разного рода инструкции постепенно исчезает.
Сварка полуавтоматом
Аппарат для сварки полуавтоматическим методом представляет собой устройство, в котором роль электрода выполняет проволока, подающаяся на место сварки автоматическим способом. При сварке полуавтоматом необходимо выставлять две скорости. Обе устанавливает сварщик. Первая из них — это скорость, с которой подается проволока. Правильный выбор обеспечит стабильное горение сварочной дуги.
Вторая — скорость сварки зависит от скорости, с которой перемещается горелка. Толстостенные соединения сваривают на высокой скорости с формированием узких швов. При высокой скорости необходимо следить, чтобы при выходе из зоны защиты газом не происходило окисления конца проволоки и поверхности металла. Так же, как и при ручной дуговой сварке, силу тока и скорость подачи электрода, в данном случае проволоки, сварщик должен выставить сам, руководствуясь своим опытом и квалификацией. Отталкиваться приходится в частности от типа сплавляемых металлов.
С помощью сварочного полуавтомата можно соединить две металлические детали быстро и качественно. Таким аппаратом имеется возможность сваривать металлы различной ширины. По сравнению с ручной сваркой полуавтомат имеет значительные преимущества.
Перед началом процесса необходимо рассчитать основные характеристики — ток, напряжение дуги и скорость сварки. Последний параметр можно рассчитать, зная выбранные силу тока и напряжение, поскольку скорость сварки полуавтоматом находится в зависимости от них.
Ток и напряжение, в свою очередь, выбирают в соответствии с толщиной металла. Получается, что скорость сварки полуавтоматом находится в зависимости от толщины металла.
Сначала по формуле рассчитывается сила тока. Ее вычисляют в зависимости от диаметра электрода и плотности тока. Зная вычисленную силу тока и диаметр электрода по формуле можно определить значение напряжения сварочной дуги. После этого можно выбрать оптимальную скорость сварки.
Сварочный ток
Ток обладает определяющими свойствами: родом, полярностью и силой. По роду ток подразделяется на постоянный и переменный. Полярность бывает прямая и обратная.
Большинство сварных аппаратов работают на постоянном токе. Отличие постоянного тока от переменного в том, что постоянный ток не изменяются по направлению и по величине. Тем самым он обеспечивает стабильность горения дуги. Единственный минус постоянного тока в процессе соединения металлов – это возможность появления эффекта магнитного дутья. Оно возникает при соединении больших конструкций, когда постороннее магнитное поле (от намагниченных изделий) воздействует на магнитное поле дуги. Дуга в этом случае начинает «выбегать» за пределы области нахождения шва и стабильность горения резко снижается. С данным минусом можно бороться путем
- ограждения места работы специальными экранами, защищающими от «лишних» магнитных полей
- заземления свариваемых поверхностей
- определить возможные варианты для использования переменного тока
Плюс работы на постоянном токе – стабильно горящая дуга и возможность выбора полярности. Прямую полярность называет еще электрод-отрицательной, обратную — электрод-положительной. Обратная полярность возникает при присоединении электрода к плюсу, а металл к минусу. При прямой полярности все наоборот. Отличие между полярностями в следующем. Законы физики гласят, что куда присоединить плюс, тот элемент и нагревается больше. Таким образом, при прямой полярности нагревается больше металлическое изделие. Эту полярность нужно использовать для соединения толстых деталей, так как для этого процесса как раз и нужно большее расплавление металла для получения хорошего шва. Если прямую полярность использовать на тонком изделии — оно «сгорит» и шов получится некачественным. Для тонких металлов проводят обратную полярность.
Величина силы тока определяется характеристиками конкретного сварочного аппарата. В современных моделях эти показатели указываются в инструкции. Если по каким-то причинам инструкция у вас отсутствует, тогда силу тока можно выбрать в зависимости от диаметра используемого электрода. Не допускается использование силы тока, которая больше подходящей конкретному электроду. В этом случае покрытие электрода, при каком осуществляется соединение, будет повреждено, дуга будет работать нестабильно. Использование слишком большого размера электрода также плохо влияет на процесс соединения металлов: плотность тока снижается, дуга «убегает», ее длина изменяется, сварной шов ровным и качественным не получается.
Преимущества правильного выбора
Правильно выбранные параметры обеспечат получение качественного соединения металлов, которое может прослужить долгие годы. Применение готовых формул облегчает выбор параметров. Но это не освобождает от изучения ГОСТов и других нормативных материалов.
Опытный сварщик должен справиться при наличии нестандартной ситуации и внести свои коррективы. Правильный выбор характеристик при сварке, в частности, ее скорость, с которой ее будут осуществлять, позволит получить качественные и долговечные швы.
Тип и марка электрода
Прежде всего необходимо выбирать электроды обеспечивающие однородность химического состава основного металла и металлического стержня электрода. Также тип и марку выбирают в зависимости от пространственного положения шва, необходимой плотности шва, температуры окружающей среды, прочности изделия и условий эксплуатации конструкции. При помощи электрода можно придавать шву необходимые свойства.
Выбрать тип и марку электрода можно воспользовавшись каталогом электродов на нашем сайте, где содержиться уже более 200 марок электродов. Все марки разделены по категориям согласно виду металла для которого они предназначены и дополнительно разделены на типы. Если электроды обозначаются по зарубежным стандартам в нашем каталоге можно найти их отечественные аналоги.
Выбор силы тока в зависимости от диаметра электродов
Тонкий металл, толщиной не более 1 мм, сваривают электродами 1 мм, а сила тока при этом выставляется минимально возможных значений, в пределах 10-30 А. При сварке более толстого металла, до 2 мм, применяются электроды чуть большего диаметра, в 1,5 или 2 мм. Сила тока для сварки этими электродами выставляется в пределах 30-50 А.
Электродом 3 мм варят металл до 4 мм, а силу тока на инверторе выставляются в пределах 60-120 А. Для сварки металлов толщиной свыше 10 мм, уже используются куда более толстые электроды — 4 и 5 мм. Для нормального их использования, на сварочном аппарате приходится выставлять ток, более 120 А.
Дополнительные параметры
Режимы сварки электродуговой включают не только основные, но и дополняющие их параметры. Такие режимы дуговой сварки так же оказывают влияние на конечное получение сварного шва.
Вылет электрода
Вылетом электрода называется расстояние от торца электрода до поверхности металлической детали. Он оказывает влияние на процесс сварки и размеры получаемого шва.
Увеличение этого параметра снижает стабильность горения дуги. Металл начинает сильнее разбрызгиваться. Маленький вылет делает затруднительным наблюдение за сварочным процессом. Набрызгивание происходит на сопло.
Толщина электродного покрытия
Режимы ручной дуговой сварки включают особенности электродов, в частности, его покрытие, а именно его толщина. Этот параметр регламентирует ГОСТ 9466. Оптимальное покрытие предполагает нахождение его торцевого размера в пределах 0,5-2,5 мм. Применение проводников тока с такой толщиной покрытия обеспечивает получение прочного шва, выдерживающего большие нагрузки.
Число проходов
Однопроходной способ сварки предполагает сваривание одним слоем. Колебательные движения при этом не делаются. Он применяется при сварке деталей небольшой толщины, когда ширина шва не превышает 14-15 мм. При этом уменьшается величина остаточных деформаций. Для стыковых соединений, особенно при сварке толстых элементов, используют несколько слоев, и этот способ называется многопроходным.
Шов, осуществленный за один проход, имеет ванну большего размера. Преимуществами являются высокая производительность процесса и экономичность способа. К недостаткам относятся снижение пластичности шва и слишком большая зона нагрева. Все швы при многопроходной сварке выполняют электродами одного размера.
Режимы ручной дуговой сварки
Правильное поддержание дуги и ее перемещение является залогом качественной сварки. Слишком длинная дуга способствует окислению и азотированию расплавленного металла, разбрызгивает его капли и создает пористую структуру шва. Красивый, ровный и качественный шов получается при правильном выборе дуги и равномерном ее перемещении, которое может происходить в трех основных направлениях.
Поступательное движение сварочной дуги происходит по оси электрода. При помощи этого движения поддерживается необходимая длина дуги, которая зависит от скорости плавления электрода.
По мере плавления электрода, его длина уменьшается, а расстояние между электродом и сварочной ванной – увеличивается. Для того чтобы это не происходило, электрод следует продвинуть вдоль оси, поддерживая постоянную дугу. Очень важно при этом поддерживать синхронность.
То есть, электрод продвигается в сторону сварочной ванны синхронно с его укорочением.
Продольное перемещение электрода вдоль оси свариваемого шва формирует так называемый ниточный сварочный валик, толщина которого зависит от толщины электрода и скорости его перемещения.
Обычно ширина ниточного сварочного валика бывает на 2 — 3 мм больше диаметра электрода. Собственно говоря, это уже есть сварочный шов, только узкий. Для прочного сварочного соединения этого шва бывает недостаточно.
И поэтому по мере перемещения электрода вдоль оси сварочного шва выполняют третье движение, направленное поперек сварочного шва.
Поперечное движение электрода позволяет получить необходимую ширину шва. Его совершают колебательными движениями возвратно-поступательного характера.
Ширина поперечных колебаний электрода определяется в каждом случае индивидуально и во многом зависит от свойств свариваемых материалов, размера и положения шва, формы разделки и требований, предъявляемых к сварному соединению. Обычно ширина шва лежит в пределах 1,5 — 5,0 диаметров электрода.
Таким образом все три движения накладываются друг на друга, создавая сложную траекторию перемещения электрода. Практически каждый опытный мастер имеет свои навыки в выборе траектории перемещения электрода, выписывая его концом замысловатые фигуры.
Классические траектории движения электрода при ручной дуговой сварке приведены на рис. 1.
Но в любом случае траекторию перемещения дуги следует выбирать таким образом, чтобы кромки свариваемых деталей проплавлялись с образованием требуемого количества наплавленного металла и заданной формы шва.
Если шов не будет закончен до того, как длина электрода уменьшится настолько, что требуется его замена, то сварку на время прекращают. После замены электрода следует удалить шлак и возобновить сварку.
Для завершения оборванного шва зажигают дугу на расстоянии 12 мм от углубления, образовавшегося на конце шва, называемого кратером.
Электрод возвращают к кратеру, чтобы образовать сплав старого и нового электродов, а затем снова начинают перемещать электрод по первоначально выбранной траектории.
Схема дуговой сварки
Порядок заполнения шва по сечению и длине определяет способность сварного соединения воспринимать заданные нагрузки, влияет на величину внутренних напряжений и деформаций в массиве шва.
Швы различают: короткие — длина которых не превышает 300 мм, средние — длиной 300 — 100 мм и длинные — свыше 1000 мм. В зависимости от длины шва его заполнение может выполняться по различным схемам сварочного заполнения, которые представлены на рис. 2.
При этом короткие швы заполняют за один проход — от начала шва до его конца. Швы средней длины могут заполняться обратноступенчатым методом или от середины к концам. Для выполнения обратноступенчатого метода заполнения шов разбивают на участки длина которых равна 100 —300 мм. На каждом из этих участков заполнение шва выполняют в направлении, обратном общему направлению сварки.
Если для нормального заполнения шва одного прохода сварочной дуги мало, накладывают многослойные швы. При этом, если число накладываемых слоев равно числу проходов, шов называют многослойным. Если же некоторые слои выполняют за несколько проходов, такие швы называют многослойно-проходными. Схематически такие швы отражены на рис. 3.
| Рис. 2. Схемы дуговой сварки: 1 — сварка напроход; 2 — сварка от середины к краям; 3 — сварка обратноступенчатым способом; 4 — сварка блоками; 5 — сварка каскадом; 6 — сварка горкой | Рис. 3. Виды швов: 1 — однослойный; 2 — многопроходной; 3 — многослойный, многопроходной |
С точки зрения производительности труда наиболее целесообразными являются однопроходные швы, которым отдают предпочтение при сварке металлов небольших (до 8—10 мм) толщин с предварительной разделкой кромок.
Но для ответственных конструкций (сосуды, работающие под давлением, несущие конструкции и т.д.) этого бывает мало.
Внутренние напряжения, возникающие в процессе сварки, могут вызвать появление трещин в шве или в околошовной зоне из-за недостаточной пластичности шва и большой жесткости основного металла.
При сварке изделий с относительно небольшой жесткостью внутренние напряжения вызывают местное или общее коробление (деформации) свариваемой конструкции. Кроме того, при сварке металлов толщиной более 10 мм. появляются объемные напряжения и возрастает опасность появления трещин.
В таких случаях принимают целый ряд мер, позволяющих уменьшить напряжения и деформации: применяют сварные швы минимального сечения, сварку многослойными швами, наложение швов «каскадными методами» или «горкой», принудительное охлаждение или подогрев.
При сварке «горкой» сначала у основания разделанных кромок прокладывают первый слой, длина которого должна быть не более 200 — 300 мм. После этого первый слой перекрывают вторым, длина которого на 200 — 300 мм больше первого. Точно так же накладывают третий слой, перекрывая второй на 200 — 300 мм.
Таким образом продолжают заполнение до тех пор, пока количество слоев в зоне первого шва не окажется достаточным для заполнения. Следующий слой накладывают в месте окончания первого слоя, перекрывая последний (если позволяет длина шва) на те же 200 — 300 мм.
Если первый шов прокладывался не в начале шва, а в его средней части, то горку формируют последовательно в обоих направлениях (рис.2,е). Так, формируя горку, последовательно заполняют весь шов.
Преимущество данного метода состоит в том, что зона сварки все время находится в подогретом состоянии, что способствует улучшению физико-механических качеств шва, так как внутренние напряжения получаются минимальными и предупреждается появление трещин.
«Каскадный метод» заполнения шва по существу является той же «горкой», но выполняют его в несколько другой последовательности.
Для этого детали соединяют между собой «на прихватках» или в специальных приспособлениях.
Прокладывают первый слой, а затем, отступив от первого слоя на расстояние 200 — 300 мм, прокладывают второй слой, захватывая зону первого (рис.2,д). Продолжая в той же последовательности, заполняют весь шов.
Угловые швы (рис. 4) можно выполнять двумя методами, каждый из которых имеет свои преимущества и свои недостатки. При сварке «в угол» допускается больший зазор между деталями (до 3 мм), проще сборка, но техника сварки сложнее.
Кроме того, возможны подрезы и наплывы, снижается производительность из-за необходимости за один проход сваривать швы небольшого сечения, катет которых меньше 8 мм. Сварка «в лодочку» допускает большие катеты шва за один проход и поэтому более производительна.
Однако такая сварка требует тщательной сборки.
Указанные приемы дуговой сварки рассматривались на нижних положениях шва, выполнение которых наименее трудоемко.
На практике часто приходится выполнять горизонтальные швы на вертикальной плоскости, вертикальную и потолочную сварку.
Для выполнения этих работ используются те же приемы, что и для швов с нижним положением, но трудоемкость работ и некоторые технологические особенности требуют более детального подхода и изменения некоторых методов.
При сварке таких швов появляется вероятность вытекания расплавленного металла, что приводит к падению капель к незаполненным сваркой местам, потекам расплавленного металла по горизонтальным плоскостям и т.д
| Рис. 4. Положение электрода и изделия при выполнении угловых швов: А — сварка в симметричную «лодочку»; Б — в несимметричную «лодочку»; В — «в угол» наклонным электродом; Г — с оплавлением кромок | Рис. 5. Влияние скорости сварки на форму сварного шва: При увеличении скорости наблюдается заметное уменьшение ширины шва, при этом глубина проплавления остается почти неизменной. |
Рассматривая суть процессов, происходящих в подобных швах, мы говорили, что удерживать металл в расплавленной ванне могут силы поверхностного натяжения. Для того чтобы эти силы были достаточными, сварщик должен владеть приемами сварки виртуозно. Здесь приходится понижать сварочный ток и применять электроды пониженного сечения.
Это в конечном итоге сказывается на производительности, так как приходится увеличивать количество сварочных проходов. Поэтому на практике стараются в дополнение к силам поверхностного натяжения добавить «пленку поверхностного натяжения».
Суть данного метода заключается в том, что дугу держат не постоянно, а с определенными промежутками, то есть импульсами.
Для этого дугу постоянно прерывают, зажигая ее с определенными промежутками времени, давая возможность расплавленному металлу частично закристаллизоваться. Именно здесь и проявляется умение сварщика выбрать такие интервалы, когда не успевает образоваться сварочный катет и одновременно металл потерял бы часть своей текучести.
Потолочный шов является самым сложным. Поэтому проводить его непрерывным горением дуги – дело бесперспективное. Сварку выполняют короткими во времени замыканиями дуги на сварочную ванну так, чтобы она не успела остыть, пополняя ее новыми порциями расплавленного металла.
При сварке данным методом следует следить за размером дуги, так как ее удлинение может вызвать нежелательные подрезы. Кроме того, при сварке таких швов создаются неблагоприятные условия для выделения шлаков из расплавленного металла, что может привести к пористости сварного шва.
Вертикальные швы можно варить в двух направлениях – снизу вверх и сверху вниз. И тот и другой метод имеет право на существование, но всегда предпочтительнее сварка на подъем. В этом случае расположенный снизу металл удерживает сварочную ванну, не давая ей растекаться.
При сварке на спуск труднее удерживать сварочную ванну, и поэтому добиться качественного шва гораздо сложнее. Суть такого метода практически не отличается от потолочной сварки, и применяют его тогда, когда сварка на подъем технологически невозможна.
Горизонтальные швы на вертикальной плоскости тоже имеют свои особенности. В данных швах особую сложность представляет удержание сварочной ванны у обеих кромок свариваемых деталей.
Для того чтобы облегчить этот процесс, скос нижней кромки не выполняют. В таком случае получается полочка, которая способствует удержанию на месте расплавленной сварочной ванны.
Уместен здесь и прием импульсной сварки с кратковременным зажиганием дуги, как и для потолочных швов.
Удаление сварочных шлаков выполняют обрубочным молотком. Для этого, подождав, пока заготовка остынет настолько, что ее можно брать рукой, прижимают крепко к столу и ударами молотка, направленными вдоль шва, удаляют шлак, покрывающий сварочный шов.
После этого шов проковывают для снятия внутренних напряжений. Для этого боек молотка разворачивают вдоль шва и выполняют проковку по всей его длине.
Завершают очистку жесткой проволочной щеткой, перемещая ее резкими движениями сначала вдоль шва, а потом – поперек, чтобы удалить последние остатки шлака.
| Рис. 6. Влияние угла наклона изделия на форму сварного шва: При сварке на подъем наблюдается большая глубина проплавления, а также большая высота валика. При сварке на спуск наоборот снижается глубина проплавления и уменьшается высота сварного шва. При этом ширина шва практически не меняется. | Рис. 7. Влияние положения электрода на форму сварного шва: На рисунке видно, что при сварке углом назад более глубокое проплавление, а при сварке углом вперед увеличивается ширина шва и уменьшается высота валика. |
| Рис. 8. Влияние скорости сварки на форму сварного шва: Положение сварочной ванны при наклонах изделия, дуги или электрода. Сварка на спуск, сварка на подъем, сварка углом вперед. | Рис. 9. Влияние подготовки кромок под сварки при стыковом соединении. |
| Рис. 10. Элементы стыкового шва, углового шва и валика на пластине: B — ширина сварного шва; K — катет шва | Рис. 11. Влияние величины сварочного тока при сварке: Если при сварке изменять сварочный ток то будут меняться параметры сечения шва. При более низком токе увеличивается глубина проплавления и увеличивается валик сварного шва. |
Использованы репродукции https://welding.su/gallery/
Типы сварочных швов
- По положению в пространстве
- нижнее – расположенные в горизонтальной плоскости или в плоскости, находящейся под углом 60-120 градусов к горизонтальной плоскости;
- вертикальные – расположенные в вертикально плоскости под углом 60-120 градусов к горизонтальной;
- потолочные – расположенные в плоскости, находящейся под углом 120-180 градусов к горизонтальной;
- горизонтальные – расположенные в вертикальной плоскости горизонтально.
- с усилением (выпуклые);
- без усиления (нормальные);
- ослабленные (вогнутые).
По числу слоёв:
- однослойные;
- многослойные.
- непрерывные (сплошные) – без промежутков по длине шва;
- прерывистые – с промежутками по длине шва.
Виды сварных соединений и форма разделки кромок показаны на рис. 1.
Технология сварки
Для получения провара по всемусечению, в зависимости от вида сварного соединения и толщины соединяемых элементов, производится раздел кромок. Разделка кромок под сварку осуществляется механической обработкой и газовой резкой. Вид соединения, форма кромок, метод сварки и размеры шва предусматриваются соответствующими ГОСТами и указываются в чертеже данной конструкции. Для снижения деформации в конструкции перед сваркой выполняют прихватку соединений. рекомендуемое количество проходов при сварке конструкций а зависимости от толщин металла указано в табл.1.
Рис.1. Виды сварных соединений: а – стаковые, б – угловые; в – тавровые; г – нахлёсточные; 1 – с отбортовкой кромок; 2 – без разделки кромок; 3 – В–образная разделка; 4 – х–образная разделка; 5 – У–образная разделка; 6 – К–образная разделка кромок
Таблица 1
| Режим дуговой сварки — совокупность факторов, обеспечивающих получение сварочного шва хорошего качества и заданных размеров. К таким факторам относятся род и полярность сварочного тока, его величина, тип и марка электрода, его диаметр, напряжение на дуге, положение шва в пространстве, скорость сварки. Род сварочного тока — постоянный или переменный — и его полярность зависит от марки и толщины свариваемого металла; эти данные приводятся в таблицах с характеристиками различных марок электродов. Тип и марку электрода можно также выбрать по этим таблицам. Диаметр электрода в зависимости от толщины свариваемых деталей можно выбрать по табл. 2. Таблица 2. Величина диаметра электрода в зависимости от толщины свариваемого металла | 3…5 | 4…10 | 12…24 | 30…60 | |
| Диаметр электрода, мм | 2…3 | 3…4 | 4…5 | 5…6 | 6…8 |
При сварке многослойных швов первый шов сваривают электродом диаметром не более 4 мм, а при диаметре электрода большем этого может быть непровар корня шва.
Диаметр электрода при сварке вертикальных швов не более 5 мм, потолочных — не более 4 мм независимо от толщины свариваемого металла. При выборе диаметра электрода для сварки угловых и тавровых соединений принимается во внимание катет шва. Диаметр электрода при катете шва — 3…5-3…4 мм, при катете 6…8-4…5 мм.
Величина сварочного тока в зависимости от диаметра электрода печатается на упаковке электродов.
Для сварки в нижнем положении величину сварочного тока можно определить по формуле:
Iсв = (40…60)d,
где Iсв — величина сварочного тока, А; 40…60 — коэффициент, зависящий от типа и диаметра электрода; d — диаметр электрода, мм.
При сварке конструкционных сталей:
- для электродов диаметром 3…6 мм величина сварочного тока: Iсв = (20 + 6d)d;
- для электродов диаметром менее 3 мм: Iсв = 30d,
где Iсв — величина сварочного тока, A; d — диаметр электрода, мм.
Величина сварочного тока зависит как от диаметра электрода, так и от длины его рабочей части, состава покрытия, его положения в пространстве сварки.
Количество наплавленного при сварке металла зависит от величины сварочного тока:
Q = αнIсвt,
где Q — количество наплавленного металла, г; αн — коэффициент наплавки, г/(А•ч); Iсв — сварочный ток, А; г — время сварки, ч.
Но при сварочном токе, недопустимом для данного диаметра электрода, электрод быстро перегревается, что приводит к снижению качества шва и разбрызгиванию металла.
При недостаточной величине сварочного тока дуга неустойчива, в шве могут быть непровары.
Напряжение дуги изменяется в интервале 16…30 В.
Выбор режима ручной дуговой сварки
Режим сварки выбирают в зависимости от:
- марки и толщины свариваемой стали;
- диаметра и марки свариваемого стержня;
- состава покрытия и пространственного сложения выполняемого шва.
Тип и марку электрода выбирают в зависимости от:
- марки основного металла;
- требуемых свойств наплавленного металла;
- положения шва в пространстве;
- формы разделки кромок;
- рода тока;
- источника питания и др.
диаметр электрода принимают в зависимости от толщины свариваемого металла и характера сварного соединения (табл.2).
Таблица 2
| Толщина металла, мм | Диаметр электрода ,мм |
| 1-2 | 1-2 |
| 3 и более | 3 |
| 4 и более | 4 |
| 4-8 | 4 |
| 9-12 | 4-5 |
| 13-15 | 5 |
| 16-20 | 5-6 |
| 28 и более | 6 |
Сварка может выполняться дугой постоянного тока или переменного. Сварка дугой постоянного тока может производится на прямой (минус на электроде, плюс на изделии) или на обратной (плюс на элеткроде, минус на изделии) полярности. Обратная полярность рекомендуется при сварке большинства легированных сталей, чугуна, меди, алюминия, тонких листов углеродистой сталей. Дугапеременного тока менее устойчива. Для повышения её стабильности необходимо напряжение холостого хода источника тока не менее 55-70В. Кроме того, для сварки на переменном токе применяют электроды со специальным покрытием. Количество расплавленного металла под действием тепла дуги в единицу времени является производительностью расплавления и она прямо пропорциональна силе сварочного тока. Сила сварочного тока выбирается в зависимости от диаметра электрода (табл.3).
Таблица 3
| №п./п. | Условия сварки | Сила тока, А |
| 1 | Сварка в нижнем положении электродами диаметром 4-5мм при толщине металла (1,5-3)dэ | (40-50)dэ |
| 2 | То же, при сварке электродами диаметром до 4 и более 5 мм | (20-68)dэ |
| 3 | Сварка в нижнем положении, сварка чугуна и сталей | (25-35)dэ |
| 4 | Сварка металла толщиной менее 1,5 dэ | Уменьшить на 10-15% по сравнению с п.1 |
| 5 | Сварка металла толщиной более3 dэ | Уменьшить на 10-15% по сравнению с п.1 |
| 6 | Сварка в вертикальной плоскости | Уселичить на 10-15% по сравнению с силой тока при сварке в нижнем положении |
| 7 | Сварка в потолочном положении | Уменьшить на 15-20% по сравнению с силой тока при сварке в нижнем положении |
Нижний предел по току для данных диаметров и марки электрода определяется устойчивостью дуги, а верхний предел – перегревом электрода во время сварки.
Также сварочный ток может устанавливаться в зависимости от необходимой глубины провара из расчета, что в среднем каждые 80-100А дают глубину провара 1мм, т.е.
(1)
где n – толщина материала (n=3).
Напряжение измеряется в узких пределах (20-50В), его величину рекомендуют в паспортах электродов.
При ручной дуговой сварке важно поддерживать определённую длину дуги (расстояние между концом электрода и дном сварочной ванны), которая должна быть
(2)
Множитель 0,5-1,1 зависит от условий сварки и марки электрода. На обратной полярности длина дуги не должна первышать 2,5мм, а на переменном токе – 4мм. Её увеличение приводит к нарушению стабильности горения, снижению глубины провара, повышению потерь на угар и разбрызгивание, образование шва с неровной поверхностью, увеличению вредного воздействия воздуха на расплавленный металл и т.д.
Скорость сварки выбирается в зависимости от площадки наплавки по сечению шва и составляет 2-25м/ч. Она может рассчитаться по формуле
(3)
где –коэффициент наплавки, г/(А*час);J – сварочный ток, А; j – удельный вес металла шва, г/см; FH – площадь сечения наплавки, м2.
значение коэффициента наплавки зависит от способа сварки и сварочных материалов и для ручной дуговой сварки составляет 8-10 г/(А*час).
Площадь сечения наплавки определяется из формулы
(4)
где – площадь сечения разделки кромок, м2; n – количество слоёв, которые необходимо наложить для заполнения разделки кромок.
Толщину наплавки за один проход ориентировочно можно принять по табл.4.
Норму времени на сварку рассчитываем по формуле
(5)
где t0 – основное время (время горения дуги), ч; QМ – количество металла, которое необходимо наплавить, г., которое зависит от сечении и длины шва, и определяется по формуле
(6)
где F – площадь наплавки по сечению шва, см;L – длина шва, см; ρ – плотность наплавленного металла (для стали – 7,8 г/см3); αН – коэффициент наплавки, г/Ач.
Таблица 4
| Способ сварки | Односторонний шов | Двухсторонний шов | ||
| С обязательным зазором и скосом кромок | Без зазора | С обязательным зазором и скосом кромок | Без зазора | |
| Вручную, покрытыми электродами | — | — | — | — |
| Обычное покрытие | 3 | 2 | 5 | 3 |
| Покрытие, обеспечивающее глубокий провар | 5 | 4 | 8 | 6 |
studfiles.net
Основные параметры
Наиболее значительные параметры ручной дуговой сварки:
- ток;
- напряжение;
- полярность;
- диаметр электрода;
- скорость;
- амплитуда колебаний поперек шва.
Вид и размер этих параметров подбираются сварщиком перед началом работы на основе рекомендаций и личного опыта.
Величина тока
Это значение значительно влияет на качество получаемого шва и скорость сварочного процесса. Между параметрами существует прямая зависимость: величину тока при сварке устанавливают согласно диаметру выбранного электрода, а диаметр, в свою очередь, зависит от толщины свариваемых элементов.
Для более точного расчета значения тока используют формулу, в которой оно прямо пропорционально диаметру электрода. При этом применяется поправочный коэффициент. Для разных диаметров он является различным. При каком значении силы тока проводят ручную электродуговую сварку? При слабом токе нарушается стабильность дуги, шов не будет провариваться целиком, что вызывает появление трещин. Повышенное значение тока вызывает быстрый процесс сварки и приводит к усиленному распространению брызг.
Диаметр электрода
Выбор режима сварки при ручной электродуговой сварке включает необходимость грамотного определения необходимых диаметров электродов. Электроды, имеющие диаметр свыше 6 мм, отличаются большим весом, при котором их трудно удерживать в нужном направлении длительное время. Кроме того, при использовании таких электродов плохо проваривается корень шва.
Если используется многопроходной вариант, то первый слой проводится электродом 2-3 мм, а для последующих можно использовать большее значение диаметра. Это имеет большое значение при сварке ответственных конструкций, поскольку меньший диаметр обеспечивает лучшую проварку корня. При одном заходе можно сразу применять электрод большого диаметра.
При решении задачи правильного выбора диаметра электрода рассматривается марка свариваемых поверхностей. Например, для сварки чугунных изделий хорошо себя зарекомендовали электроды небольшого диаметра. Уровень тепла при этом понижается и образуется валик небольшого сечения. Если была осуществлена предварительная разделка кромок, то допускается использование электродов диаметром 3 мм, не слишком ориентируясь на толщину деталей.
Напряжение дуги
Этот параметр зависит от длины дуги, то есть расстояния от конца электрода до металлической поверхности. Дуга имеет разные размеры. Больше дуга — больше напряжение. Для плавления расходуется значительное количество тепла. Сварочный шов становится шире, а глубина провара меньше.
Напряжение зависит от диаметра электрода и значения тока. Находится в диапазоне 18-45 В. Оптимальный выбор режима ручной дуговой сварки, касающийся напряжения, предполагает сваривание короткой дугой. В этом случае напряжение не будет превышать значения, равного 20 В. Важным обстоятельством для получения хорошего шва является постоянство выбранной дуги.
Скорость
Режимы ручной дуговой сварки покрытыми электродами включают установление скорости. Чтобы избежать переполнения ванны и, как следствие, возникновения на металле подтеков, следует выбрать оптимальное значение скорости и поддерживать его постоянным на протяжении всего процесса. Большая скорость приведет к недостаточному провару шва, что вызовет появление трещин.
При слишком медленном перемещении жидкий металл начнет собираться впереди дуги. Шов получится неровным, появятся непровары. Для получения удачного шва скорость должна быть 35-40 м/час. Тогда сварочная ванна будет находиться сверху поверхности кромок, не образуя стекания вниз. Переход ее к соединению будет плавным, наплывы и подрезы не образуются.
Ширина шва уменьшается при увеличении скорости.
Полярность
Как правило, для сварочных работ применяют ток постоянной величины. Прямая полярность при постоянном токе дает возможность сваривать толстые детали. Чтобы избежать появления прожогов при соединении тонких металлов включают обратную полярность. Сварку переменным током практически не применяют, поскольку это снижает производительность.
Выбор режима сварки при ручной дуговой сварке заключается, в частности, в возможности проводить процесс при разных полярностях. При прямом варианте проводник тока подключают к клемме с минусом, а металлическое соединение к плюсу. Интенсивней, чем электрод, начинаются расплавляться элементы сварного соединения. Это дает преимущество при сварке толстых металлических деталей.
Обратная полярность получается при подключении электрода к плюсу, а металлических деталей к минусу. Это обеспечивает интенсивный расплав электрода, превосходящий плавление деталей.
Объяснение является достаточно простым и соответствует физическим законам. Где плюс, там нагревание больше. Соответственно, при прямой полярности выше нагреваются свариваемые детали. Становится возможным соединение крупных изделий. Применение такого вида полярности на тонких деталях вызовет прожоги, и шов будет некачественным. Поэтому для соединения тонких деталей обеспечивают обратную полярность.
Особенности при вертикальном расположении
Сварка в вертикальном положении является более сложной по сравнению с горизонтальным вариантом. Поэтому выбор режимов дуговой сварки в этом случае является особенно важным.
Как корректируют величину сварочного тока в вертикальном положении? Первое требование относится к дуге — она должна быть короткой. Объем сварочной ванны не должен быть большим. Для ее уменьшения следует использовать электроды небольшим диаметром, а величину тока устанавливать на 10-15% меньше, чем, когда сварка проводится в горизонтальном положении внизу.
