Технология работ ручной дуговой сварки

1. Подготовка металла для сварки

Подготовительные операции под сварку включают резку, правку, очистку, разметку и сборку.

При подготовке деталей к сварке применяют главным образом термическую резку. Механическая резка выполняется в случаях, когда это целесообразно (например, при заготовке однотипных деталей, при заготовке деталей прямоугольного сечения и т. д.).

Правка металла выполняется либо на станках, либо вручную. Листовой и полосовой металл правят в холодном состоянии на различных листоправильных вальцах и прессах. Сильно деформированный металл правят в горячем состоянии. Ручная правка, как правило, осуществляется на специальных правильных плитах ударами кувалды либо при помощи ручного винтового пресса.

Разметкой называется перенос размеров деталей в натуральную величину с чертежа на металл. При разметке используют различные инструменты: линейку, угольник, чертилку и т. п. Гораздо проще и быстрее разметка выполняется при помощи шаблона, изготовленного, например, из тонкой листовой стали.

При разметке необходимо учитывать укорачивание деталей в процессе сварки. Для этого предусматриваются припуски из расчета 1 мм на каждый поперечный стык и 0,1-0,2 мм на каждый погонный метр продольного шва.

Основной металл и присадочный материал перед сваркой тщательно очищаются от ржавчины, окалины, масла, влаги и различных неметаллических загрязнений. Зачистка производится вручную и с помощью механизированного инструмента.

2. Сборка изделий под сварку

Трудоемкость сборки изделий под сварку достигает 30% общей трудоемкости изготовления. Поэтому для сокращения трудоемкости сборки (а также для повышения ее точности) применяются различные приспособления, специальные инструменты, шаблоны и т. д.

Приспособления могут быть предназначены исключительно для сборки деталей под сварку или только для сварки уже собранных изделий; Применяются также комбинированные сборочно-сварочные приспособления, в которых допускается некоторое перемещение элементов конструкции при усадке металла шва.

Перечислим некоторые требования к сборочно-сварочным приспособлениям, они должны:

— обеспечивать доступность мест установок деталей, рукояток фиксирующих и зажимных устройств, мест прихваток и сварки;

— быть достаточно прочными и жесткими;

— обеспечивать точность закрепления детали в нужном положении и препятствовать деформациям во время сварки;

— обеспечивать наивыгоднейший порядок сборки и сварки, свободный доступ для проверки размеров;

— обеспечивать безопасность сборочных и сварочных работ.

Проверку качества сборки удобно производить специальными шаблонами и щупами.

Собранные детали и узлы соединяют сначала прихватками. Сварочными прихватками называются короткие швы с поперечным сечением до одной трети поперечного сечения полного шва. Длина прихватки может составлять от 20 до 100 мм в зависимости от толщины свариваемых листов и общей длины шва. Расстояние между прихватками — 500-1000 мм в зависимости от длины шва. Сварочные прихватки выполняют теми же электродами, что и сварку изделия.

3. Техника выполнения сварных швов

Зажигание сварочной дуги

Применяется два способа зажигания дуги покрытыми - электродами — способ прямого отрыва и отрывом по кривой. Первый способ называют также зажиганием впритык, а второй — чирканьем. Первый способ чаще всего применяется при варке в неудобных и узких местах.

Длина дуги

Горение дуги должно поддерживаться так, чтобы ее длина оставалась постоянной. Правильно выбранная длина дуги оказывает существенное-влияние на качество сварного шва и на производительность процесса сварки.

Подавать электрод в дугу нужно с той скоростью, с которой происходит плавление электрода. Умение поддерживать дугу постоянной длины свидетельствует о квалифицированности сварщика.

Длина дуги считается нормальной, если она равна 0,5-1,1 диаметра стержня электрода. Увеличение длины дуги снижает устойчивость ее горения, глубину проплавления металла, увеличивает потери на угар и разбрызгивание электрода.

Положение электрода

Наклон электрода при сварке выбирается в зависимости от пространственного положения сварных швов, толщины и химического состава свариваемого металла, диаметра электрода, толщины и вида его покрытия.

Сварка может вестись в четырех направлениях слева направо, справа налево, от себя и к себе.

Вне зависимости от направления сварки наклон электрода должен быть определенным: электрод наклоняется к оси шва так, чтобы основной металл проплавлялся на наибольшую глубину. При сварке в нижнем положении на горизонтальной плоскости этот наклон должен составлять 15 градусов от вертикали в сторону ведения шва.

Колебательные движения электродом

Для получения валика нужной ширины должны производиться поперечные колебательные движения электрода. В случае перемещения электрода только вдоль оси шва (без поперечных колебательных движений) ширина валика будет определяться силой сварочного тока и скоростью сварки (примерно 0,8-1,5 диаметра электрода). Такие узкие (так называемые, ниточные) валики применяются при сварке тонких листов металла, наложении первого (корневого) слоя многослойного шва, сварке по методу опирания и в некоторых других случаях

Гораздо чаще применяются швы, имеющие ширину от 1,5 до 4 диаметров электрода, которые получают с помощью колебательных движений.

Основными видами поперечных колебательных движений электрода являются (рис. 10).

— прямые по ломаной линии;

— полумесяцем, обращенным концами к наплавленному шву;

— полумесяцем, обращенным концами к направлению сварки;

— треугольниками;

— петлеобразные с задержками в определенных местах.

Поперечные движения электрода по ломаной линии

Траектория движения конца электрода при наплавке уширенных валиков часто используют при выполнении наплавки, при сварке листов встык без скоса кромок в нижнем положении, а также в тех случаях, когда нет опасности прожога свариваемого металла.

Движения полумесяцем с концами, обращенными к наплавленному шву, используют для выполнения стыковых швов со скосом кромок и для угловых швов с катетами менее 6 мм, в любом пространственном положении электродами диаметром до 4 мм.

Движения треугольником неизбежны при сварке угловых швов с катетами шва более 6 мм и стыковых швов со скосом кромок в любом пространственном положении. При этом достигается хороший провар корня шва и удовлетворительная форма шва.

Петлеобразные движения электродом используются в случаях, когда требуется большой прогрев металла по краям шва, что часто бывает при сварке высоколегированных сталей. Эти стали обладают достаточно высокой текучестью и для того, чтобы достигнуть удовлетворительного формирования шва, приходится задерживать электрод на краях. Это необходимо, чтобы предотвратить прожог металла в центре шва и вытекание металла из сварочной ванны при выполнении вертикальных швов. Петлеобразные движения могут быть заменены на движения полумесяцем с задержкой на краях шва.

Способы заполнения шва по сечению и длине

Для заполнения швов по длине применяются метод «напроход» и обратноступенчатый метод. Метод сварки «напроход» заключается в том, что сварной шов выполняется от начала до конца в одном направлении.

При обратноступенчатом методе длинный шов подразделяют на сравнительно короткие участки.

Многослойные многопроходные швы отличаются от многослойных тем, что некоторые слои выполняются за несколько проходов, тогда как в многослойных обычных швах каждый шов выполняется за один проход.

Многослойные швы чаще применяют при сварке стыковых соединений, а многопроходные - при сварке угловых и тавровых соединений.

Чтобы нагрев металла шва был более равномерным до всей его длине, используют также способы двойного слоя, способы заполнения секциями, каскадом и горкой. В основе всех этих способов - метод обратноступенчатой сварки.

Способ двойного слоя заключается в том, что наложение второго слоя ведется по еще неостывшему первому слою (после удаления шлака). Сварка производится на длине 200-400 мм в противоположных направлениях для предотвращения появления горячих трещин.

При сварке толстых стальных листов (20 мм и более) применяют сварку каскадом и горкой. Как показано на рис. 12, заполнение многослойного шва при сварке секциями и каскадом производится по всей толщине свариваемого металла на определенной длине ступени. Длина ступени подбирается так, чтобы металл в корне шва имел температуру не менее 200^оС в процессе выполнения сварного шва по всей толщине. При этом условии металл обладает достаточной пластичностью, и трещины не образуются. Сварка горкой выполняется проходами по всей толщине металла.

В целом многослойная сварка имеет ряд преимуществ перед однослойной сваркой:

— объем сварочной ванны уменьшается, в результате чего увеличивается скорость остывания металла и уменьшается размер зерен;

— небольшая сила сварочного тока при многослойной сварке вызывает расплавление небольшого количества основного металла; вследствие чего химический состав наплавленного металла близок к составу основного металла;

— каждый последующий слой шва термически влияет на металл предыдущего слоя, в результате чего шов и околошовный металл имеют мелкозернистую структуру с повышенной вязкостью и пластичностью.

Окончание шва

В конце шва нельзя обрывать дугу сразу на поверхности металла останется сварочный кратер. Электрод перемещают на верхний край сварочной ванны (1-2, рисунок 1) и затем быстро отводят (3) от кратера. Кратер может привести к возникновению трещины.

Заварка кратера может осуществляться двумя способами:

1 способ. Дугу обрывают в конце сварного шва (1), а затем повторно зажигают (2) для формирования необходимой высоты шва.

2 способ. Из положения 1, не обрывая дуги, смещают электрод на 10…15 мм в положение 2, а затем в положение 3, после чего дугу обрывают.

Рисунок 1 – Окончание сварки

После выполнения процесса сварки, сварной шов и кромки следует тщательно очистить от шлака и брызг металла.

При сварке низкоуглеродистых сталей кратер либо заполняют электродным металлом, либо выводят его в сторону на основной металл. При сварке сталей, склонных к образованию закалочных структур, выводить кратер в сторону нельзя, так как возможно образование трещины. Не рекомендуется также заваривать кратер за несколько обрывов и зажигания дуги из-за образования окисных загрязнений металла. Лучшим способом окончания шва является прекращение подачи электрода вниз и медленное удлинение дуги до ее обрыва.