Способы повышения производительности

Применение электро­дов диаметром более 8 мм обычно не позволяет повысить производи­тельность процесса, так как увеличивающаяся при этом масса электрода и держателя (в связи с повышением силы сварочного тока) приводит к бы­строму утомлению сварщика. То же наблюдается при ручной дуговой сварке трехфазной дугой. Эти способы могут находить ограниченное при­менение при ванной сварке стержней арматуры железобетонных конструк­ций. Однако и здесь предпочтительнее применение одного электрода.

В зарубежной практике находят широкое применение высокопроиз­водительные электроды с железным порошком в покрытии. В основном они применяются для сварки угловых швов в нижнем положении на ме­талле различной толщины. Сварные швы имеют плавные переходы к ос­новному металлу, разбрызгивание незначительно. Производительность при сварке некоторыми марками электродов соизмерима с производи­тельностью механизированной сварки (до 13 кг/ч).

При ванной сварке расплавле­ние основного металла осуществ­ляется дугой и частично за счет теплоты, передаваемой изделию перегретым жидким металлом сва­рочной ванны (рис. 3.22). Поэтому сварку проводят при повышенной силе тока. Стык стержней собирают с зазором в формах: стальной остающейся или медной съемной мно­гократного использования, или графитовой одноразового использования.

Сварку начинают в нижней части формы, расплавляя дугой нижние кромки стыка. До окончания сварки металл в верхней части сварочной ванны стараются поддерживать в расплавленном состоянии на возможно большую глубину и обязательно на всю ширину разделки и формы. Шов наплавляют несколько выше поверхности стержней. Процесс проводят вручную, хотя и были попытки создания установок для механизирован­ной сварки, в которых расплавление электрода происходило автоматиче­ски, а их смена выполнялась вручную. Однако установки оказались сложными в эксплуатации и малопроизводительными.

Рис. 3.22. Сборка под ванную сварку горизонтальных стержней арматуры: 1 - стержни; 2 - форма; 3 - прихватки полосы

Повышение производительности процесса достигается также примене­нием электродов, содержащих в покрытии железный порошок. С применением этих электродов сварка возможна только в нижнем по­ложении, так как при сварке в других пространственных положениях увеличенный размер сварочной ванны приводит к вытеканию из нее рас­плавленного металла. Техника сварки швов в нижнем положении также усложняется по этой причине, но принципиально не отличается от сварки обычными электродами.

При сварке с глубоким проваром (опиранием электрода, погруженной дугой и т. д.) повышение производи­тельности сварки достигается за счет более глубокого проплавления ос­новного металла. Сварку выполняют специальными электродами, даю­щими при их расплавлении козырек повышенных размеров, на который и опирают электрод. Сварщик, удерживая электрод под углом 70 ... 85° к поверхности изделия, перемещает его вдоль свариваемых кромок без по­перечных колебаний. Используется максимально допустимый ток. Выде­ляющиеся при расплавлении электрода газы, оттесняя расплавленный металл сварочной ванны из-под дуги, увеличивают глубину проплавле­ния, которая регулируется изменением угла наклона электрода и скоро­стью его перемещения. Сварку выполняют в нижнем положении стыко­вых и угловых швов.

При способах сварки лежачим и наклонным электродами также применяют специальные электроды, расплавление покрытия которых, образуя козырек определенных размеров, предупреждает короткое замы­кание дуги. Повышение производительности труда достигается за счет того, что один сварщик одновре­менно обслуживает несколько постов. Лежачим электродом (рис. 3.23, а) сваривают стыковые и нахлесточные соединения и угловые швы на стали толщиной 0,5 ... 6 мм. Ис­пользуют электроды диаметром 2,5 ... 8 мм и длиной до 2000 мм. Электрод укладывают на стык, подлежащий сварке, и накрывают сверху массивным медным бру­ском, изолированным бумагой от изделия, для предупреждения возможного обрыва дуги из-за деформации электрода при его расплавлении. Дугу зажигают замыканием рабочего конца электрода угольным стержнем или металлическим электродом. Она перемещается по мере расплавления электрода. Для сварки этим способом удобнее использовать специальные станки.

Рис. 3.23. Сварка лежачим и наклонным электродами:

/ - электрод; 2 - медный брусок;

3 - медная съемная подкладка;

4 - обойма; 5 - штатив

Способ сварки наклонным электродом (рис. 3.23, 6) разработан в СССР в середине 30-х годов. В настоящее время его применяют за грани­цей под названием гравитационная сварка. При сварке электрод закреп­ляют в штативе, устанавливаемом на поверхность изделия, через изоли­рующую подкладку; по мере его оплавления он опускается с обоймой под действием веса или пружины. Токоподвод осуществляется непосред­ственно к электроду или обойме. Глубину проплавления и ширину шва регулируют изменением угла наклона электрода.

Иногда используют сварку пучком электродов и наплавку гребенкой электродов.

На практике в небольшом объеме находят применение установки для механизированной дуговой сварки металлическими электродами с покрытием (штучными). В них поддержание дуги и ее перемещение вдоль свариваемых кромок происходит автоматически. Электроды сме­няют вручную при остановке перемещения автомата или без его останов­ки. Повышение производительности процесса сварки достигается за счет обслуживания сварщиком двух установок и более.

Техника сварки кольцевых стыков труб. Сварка кольцевых сты­ков трубопроводов имеет некоторые специфические особенности. Обыч­но сваркой выполняют швы на трубах диаметром от десятков миллимет­ров до 1440 мм при толщине стенки до 16 мм и более. При толщине стен­ки труб из низкоуглеродистых и низколегированных сталей до 8 ... 12 мм сварку можно выполнять в один слой. Однако многослойные швы имеют повышенные механические свойства, определяемые положительным влиянием термического цикла последующего слоя на металл предыдуще­го слоя, поэтому сварку труб преимущественно выполняют в два слоя и более. Рекомендуемое число слоев шва зависит от толщины стенки:

Толщина стенки (мм)................... 4 ... 5 6... 9 10 ... 12 13 ... 15

Число слоев (не менее)................. 2 3 4 5

Наиболее распространена сварка труб с V-образной разделкой кро­мок с суммарным углом скоса кромок 50 ... 60°. Перед сваркой стыки собирают в специальном приспособлении или на прихватках:

Стыки труб можно сваривать в поворотном, когда трубу можно вращать, или в неповоротном положении. Сварку швов первого типа вы­полняют обычно в нижнем положении без особых трудностей, хотя сложно проварить корень шва, так как его формирование ведется чаще всего на весу. Сварка неповоротного стыка требует высокой квалифика­ции сварщика, так как весь шов выполняют в различных пространствен­ных положениях. Можно сваривать двумя способами: каждое полукольцо сверху вниз или снизу вверх. Первый способ возможен при использова­нии электродов диаметром 4 мм, дающих мало шлака (с органическим покрытием), короткой дугой с опиранием образующегося на конце элек­трода козырька на кромки без поперечных колебаний электрода или с небольшими его колебаниями. При сварке снизу вверх процесс ведут со значительно меньшей скоростью с поперечными колебаниями электрода диаметром 3 ... 5 мм.

Основное преимущество способа сварки покрытыми - универсальность по свариваемым материалам, по виду сварных соединений и конструкций. Практически все конструкционные металлические материалы (стали, чугуны, медные, никелевые, алюминиевые сплавы). Все виды соединений во всех пространственных положениях начиная с толщины один миллиметр, в том числе в труднодоступных местах.

Преимущество - простота применяемого оборудования, низкая стоимость его приобретения и эксплуатации.

Недостатки : присутствие субъективного фактора (результат зависит от сварщика), соответственно, требуется подготовка высококвалифицированных рабочих, высокий уровень заработной платы. Нет стабильности качества получаемых соединений, т.е. больше затраты на контроль и исправление дефектов.

Недостаток - низкая производительность по сравнению с механизированными способами сварки. Скорость однопроходной ручной сварки штучными электродами - 10...20 м/час.

Основная область применения : строительно-монтажные и ремонтные работы в строительстве и промышленности.

Этот способ применяется также для наплавки в мелкосерийном производстве и ремонте. Иногда используется для резки тонколистового материала.

ДУГОВАЯ СВАРКА УГОЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДОМ БЕЗ ЗАЩИТЫ

В настоящее время сварку угольным электродом применяют редко -при изготовлении изделий из низкоуглеродистой стали толщиной до 3 мм, при сварке или ремонте изделий из цветных металлов и сплавов или чугуна. Для сварки используют графитовые или угольные электроды, рабочий конец которых в зависи­мости от диаметра на длине 10 ... 20 мм затачивают на конус с при­туплением 1,5 ... 2 мм. Дуга горит (рис. 3.24) между рабочим концом электрода и изделием - дуга пря­мого действия. Дуга косвенного действия горит между двумя элек­тродами.

Графитовый или угольный электрод в процессе сварки не расплав­ляется, его расход незначителен и связан только с испарением. Шов обра­зуется за счет расплавления кромок основного металла или присадочного прутка (если он используется). Сварку дугой прямого действия обычно ведут на постоянном токе прямой полярности, что обеспечивает доста­точную устойчивость дуги, меньший расход электрода и предохраняет металл от науглероживания при коротких дугах.

а) б)

Рис. 3.24. Сварка угольной дугой прямого (а) и косвенного (б) действия

Рис. 3.25. Соединения, свариваемые угольной дугой:

а - односторонняя отбортовка; б - двусторонняя отбортовка; в - угловой шов в нахлесточном соединении; Э - электрод; П – подкладка.

Кромки под сварку обычно имеют отбортовку (рис. 3.25); собирают их с помощью точечной сварки, струбцин, зажимов, прихваток и т.д., обеспечивающих плотное прилега­ние отбортованных участков во избежание прожогов. При сварке кромки расплавляют без присадоч­ного металла. Однако при повы­шенных зазорах или случайных прожогах следует использовать проволоку диаметром 1,5 ... 2 мм, подавая ее в дугу для подварки. При необходимости использования присадочного металла его можно предварительно укладывать на сва­риваемые кромки.

Сварку угольным электродом обычно выполняют только в нижнем положении. При ручной сварке дуга возбуждается касанием электродом кромок, электрод перемещают с короткими поперечными колебаниями. При автоматической сварке дугу возбуждают замыканием дугового про­межутка угольным или графитовым стержнем. Электрод перемещается без поперечных колебаний. Вылет электрода из держателя обычно не превышает 75 мм. Для стабилизации дуги применяют пасты или порош­ки, содержащие легкоионизирующиеся компоненты, наносимые на кром­ки. В некоторых случаях для улучшения качества швов можно использо­вать флюсы, по составу такие же, как и при газовой сварке. Величину сварочного тока для угольных и графитовых электродов выбирают в за­висимости от диаметра электрода:

Сварку угольной дугой обычно выполняют без защиты зоны сварки от атмосферного воздуха. Однако в некоторых случаях можно применять углекислый газ или флюс.

Угольной дугой косвенного действия сваривают значительно реже. Для ее питания используют переменный ток. Проплавление свариваемых кромок зависит от силы тока дуги, скорости ее перемещения, а также ее

Оборудование для сварки покрытыми электродами : трансформаторы или выпрямители, обычно, нестабилизированные. Сварка на переменном токе, в связи с отсутствием потерь на выпрямление, даёт экономию примерно 15% электроэнергии. Поэтому углеродистые и низколегированные стали целесообразно варить на переменном токе. Для высоколегированных сталей электроды имеют, обычно, основное покрытие, поэтому сварка ведётся на постоянном токе обратной полярности. На обратной полярности, при использовании плавящихся электродов, дуга горит значительно стабильнее, кроме того, на больших токах (более 300 А) тепловыделение на аноде заметно больше, чем на катоде. Разница может достигать 30%, что нужно для увеличения скорости расплавления электродного металла.