Автоматическая и полуавтоматическая дуговая сварка под флюсом

Автоматическая дуговая сварка под флюсом. При этом способе используют процесс, отличающийся от ручной сварки покрытыми электродами следующим: сварку ведут непокрытой электродной проволокой, дугу и сварочную ванну защищают флюсом, подача и перемещение электродной проволоки механизиро­ваны. Автоматизированы процессы зажигания дуги и заварка кратера в конце шва. Указанные особенности автоматической сварки обеспечивают значительное повышение ее производительности и более высокое качество сварных соединений по сравнению с ручной сваркой.

Рис. 18. Схема автоматической дуговой сварки под флюсом.

Схема процесса автоматической сварки под флюсом показана на рис. 18. Дуга 10 горит между электродной проволокой 3 и основным металлом 8. Столб дуги и металлическая ванна жидкого металла 9 со всех сторон плотно закрыты слоем флюса 5 толщиной 30—50 мм. Часть флюса окружающего дугу, расплавляется, образуя на поверхности расплавленного металла ванну жидкого шлака 4. Для сварки под флюсом характерно глубокое проплавление основного металла. Действие мощной дуги и весьма быстрое движение электрода вдоль заготовки обусловливают оттеснение расплавленного металла в сторону, противоположную направлению сварки. По мере поступательного движения электрода происходит затвердевание металлической и шлаковой ван» с образованием сварного шва 7, покрытого твердой шлаковой коркой 6. Электродную проволоку подают в дугу и перемещают ее вдоль шва механизированным способом с помощью механиз­мов подачи 2 и перемещения. Ток к электроду поступает через токоподвод 1.

Основные преимущества автоматической сварки под флюсом по сравнению с ручной дуговой сваркой состоят в повышении до 15—20 раз производительности процесса сварки, качества сварных соединений и уменьшении себестоимости 1м сварного шва.

Повышение производительности достигается за счет использования больших сварочных токов (до 2000 А) и непрерывности процесса сварки. Применение голой проволоки позволяет приблизить токоподвод на минимально возможное расстояние от дуги и тем самым устранить опасный разогрев электрода при большой силе тока. Плотная флюсовая защита сварочной ванны предотвращает разбрызгивание и угар расплавленного металла в условиях действия мощной дуги. Увеличение тока сопровождается увеличением глубины проплавления, что позволяет сваривать металл большой толщины (до 20мм) за один проход без разделки кромок.

Качество сварных швов обеспечивается повышением механических свойств наплавленного металла благодаря надежной защите сварочной ванны флюсом. Интенсивного раскисления и ле­гирования вследствие увеличения объема жидкого шлака и сравнительного медленного охлаждения шва под флюсом и твердой шлаковой коркой; улучшением формы и поверхности сварного шва и постоянством его размеров по всей длине вследствие регулирования режима сварки, механизированной подачи и перемещения электродной проволоки.

Сварочная проволока, применяемая при автоматической сварке под флюсом, рассмотрена в разделе ручной дуговой сварки.

Флюсы для автоматической сварки классифицируют по способу изготовления, химическому составу и назначению. По способу изготовления флюсы разделяют на плавленые и неплавленые. Неплавленые флюсы подразделяют на керамические и спеченые. Плавленые флюсы приготовляют путем сплавления исходных компонентов в электропечах. После получения стекловидной массы производят ее грануляцию на частицы диаметром 1—3 мм. Керамические флюсы приготовляют из по­рошкообразных компонентов путем замеса их на жидком стекле, гранулирования и последующего прокаливания, спеченные — путем спекания компонентов без их расплавления.

Исходными материалами плавленых флюсов для сварки ста­лей (ГОСТ 9087—69) являются марганцевая руда, кремнезем, полевой и плавиковый шпаты и другие компоненты. Большинство плавленых флюсов (марганцевые, высококремнистые) дают жидкие шлаки, содержащие большое количество окислов марганца и кремния (МnО и SiO2). Эти шлаки имеют кислый характер. При сварке в их присутствии происходят процессы окисления углерода, железа и легирующих элементов. Образующаяся FeO связывается в кислом шлаке в нерастворимый силикат и, следовательно, удаляется из металлической ванны. В свою очередь, ванна обогащается кремнием и марганцем.

Марганцевые высококремнистые флюсы применяют для сварки углеродистых и низколегированных сталей соответствующими сварочными проволоками; низкокремнистые флюсы с повышенным содержанием CaO, MgO и CaF2, шлаки которых имеют слабокислый характер, — для сварки легированных сталей. Для сварки высоколегированных сталей с большим содержанием таких легкоокисляющихся легирующих элементов, как хром, молибден, титан, алюминий и др., применяют безкремнистыо флюсы на основе соединений CaO, CaF2 и А12О3 и бескислородные фторидные флюсы, состоящие из 60—80% GaF2. Шлаки этих флю­сов имеют основной или нейтральный характер. Состав флюсов сказывается на их технологических свойствах. Флюсы с высоким содержанием SiO2 обеспечивают хорошее формирование шва, легкую удаляемость шлака, высокую плотность сварного шва и т.д. При отсутствии или малом количестве SiO2 в шлаке воз­можны образование пор в шве и плохая отделяемость шлака от его поверхности.

Основу керамических флюсов составляет мрамор, плавиковый шпат или фториды и хлориды щелочноземельных металлов. В них также входят ферросплавы сильных раскислителей (кремния, титана, алюминия) и легирующих элементов и чистые металлы. Шлаки керамических флюсов имеют основной или пассивный характер и обеспечивают получение в металле шва заданное со­держание легирующих элементов. Керамические флюсы применяют при сварке легированных сталей, цветных металлов и их сплавов.

Дуговую сварку под флюсом выполняют сварочными автоматами: сварочными головками или самоходными тракторами, перемещающимися непосредственно по изделию. Основным назна­чением сварочных автоматов является подача электродной проволоки в дугу и поддержание постоянного режима сварки в течение всего процесса. Последнее необходимо для обеспечения оди­наковых размеров и неизменного качества всего сварного шва.

При протекании реального процесса сварки всегда имеются случайные временно действующие причины, отклоняющие режим сварки от нормального: электрические и магнитные возмущения в столбе дуги; нарушения нормальной работы механизма подачи проволоки; неровности на поверхности свариваемого металла и т. п.Все эти причины чаще всего вызывают изменение длины и напряжения дуги.

По принципу регулирования режима горения дуги различают два вида сварочных автоматов: с постоянной скоростью подачи проволоки, использующие процесс саморегулирования длины и напряжения дуги (ТС-17Р, УТ-1250-3); с регулируемой скоростью подачи проволоки во время сварки, зависящей от изменений напряжения дуги (АДС-1000-2).

Саморегулирование дуги основано на том, что изменены ее напряжения и тока сопровождается таким изменением скорости плавления проволоки, которое в конечном счете приводит к восстановлению длины дуги и первоначального режима сварки. Процесс саморегулирования дуги в случае, когда отклонение режима связано с неровностями на поверхности свариваемого металла, показан рис. 3. При отсутствии саморегулирования (рис. 19. а.) и постоянной скорости подачи проволоки траектория движения будет иметь вид прямой 1. При прохождении электрода 2 над выпуклостью или впадиной на поверхности металла о дуга соответственно укорачивается или удлиняется, что приводит к изменению режима парки и ухудшению качества сварного шва вплоть до образования прожогов или непроваров металла. При саморегулировании укорочение дуги уменьшает ее напряжение и увеличивает сварочный ток в соответствии с внешней характеристикой источника.

С увеличением тока возрастает скорость плавления проволоки, что равносильно более интенсивному оплавлению торца электрода и восстановлению укороченной дуги до нормальной длины, а следовательно, и первоначального режима сварки (рис. 19, б, точка I). При удлинении дуги все параметры принимают противоположные значения (рис. 19, б, точка III). Если процесс саморегулирования протекает с большой скоростью, то торец пла­вящейся электродной проволоки имеет траекторию 4, эквидистантную поверхности свариваемого металла, а режим сварки остается практически постоянным (рис. 19, в). Несомненно, саморегулирование дуги эффективно только при отклонении поверхности увариваемого металла от плоскости в определенных пределах.

Рис. 19. Процесс саморегулирования дуги при сварке листа с неровной поверхностью.

Условием протекания процесса саморегулирования со скоростью, обеспечивающей практическое постоянство режима сварки, является применение плотности сварочного тока выше определенного предела (примерно 50—100 А/мм²). При плотностях тока ниже этого предела процесс саморегулирования замедляется и восстановление режима при его случайных отклонениях задерживается. В этом случае применяют искусственное регулирование скорости подачи проволоки.

Упрощенная схема автомата с регулируемой скоростью подачи проволоки приведена на рис. 20. Регулируемой величиной является напряжение дуги Un. При изменении длины дуги соот­ветствующее изменение напряжения дуги в виде сигнала подается на обмотку возбуждения генератора 3 постоянного тока. При увеличении длины дуги напряжение тока, вырабатываемого генератором, возрастает, что приводит к повышению скорости вращения двигателя 2 постоянного тока и увеличению скорости подачи проволоки 1. В результате длина дуги и режим сварки восстанавливаются. Укорочение дуги приводит к уменьшению скорости подачи проволоки, что также обеспечивает восстановление первоначального режима сварки.

Рис. 20. Упрощенная схема автомата с регулируемой скоростью подачи проволоки.

Автоматическая сварка металла за один проход с проплавлением на всю толщину имеет ряд технологических особенностей, При расплавлении кромок металла на всю толщину, необходимом для полного провара, возможно вытекание сварочной ванны из стыка или прожог сварного шва. Для удержания сварочной ванны и формирования корня шва применяют специальные приспособления.

Рис.21. Приспособления для однопроходной автоматической сварки:

1 — заготовка; 2 — флюс; 3 — резиновый шланг со сжатым воздухом; 4 — остающаяся подкладка; 5 — медная подкладка; 6 — ручная подварка корня шва

Наиболее распространенной является флюсовая подушка (рис. 21, а) и остающаяся подкладка (рис. 21, б) особенно, когда отсутствует доступ к корню шва после сварки изделия). Возможно применение также медной, флюсомедной подкладки (рис. 21, в) и ручной подварки корня шва (рис. 21г).

Для получения малого усиления шва, а также при сварке металла толщиной свыше 20мм свариваемые кромки разделывают под углом 30°.