Соединения с плоскими наклонными кромками(V-образная разделка) трудно провариваются в вершине и имеют большую ширину на наружной поверхности. Соединения с U-образной разделкой свободны от этих недостатков. Недостаток соединений с U- и V-образными разделками заключается в том, что при одинаковой толщине свариваемых элементов для их заполнения требуется больше электродов, чем для заполнения Х-образной разделки. Объем направленного метала в V-образном шве примерно в два раза больше, чем в Х- образном. Следовательно, соединения с Х- образной разделкой более экономичны, чем соединения с V- образной разделкой.
Гибка металла производится на листогибочных вальцах для изготовления цилиндрических и конических поверхностей. Для получения заготовки с поверхностью сложной формы широко используют холодную штамповку из листового материала толщиной до 10мм.
Очистка металла под сварку – это удаление с его поверхности средств консервации, загрязнений, смазочно-охлаждающих жидкостей, ржавчины, окалины, заусенцев, грата и шлака. Для очистки проката, деталей и заготовок используют механические и химические методы.
К механическим методам относятся дробеструйная и дробеметная обработки, зачистка металлическими щетками, иглофрезами, шлифовальными кругами и лентами.
Химическими методами очистки обезжиривают и травят поверхности свариваемых деталей. Различают ванный и струйный методы. В первом случае детали опускают в ванны с различными растворами и выдерживают их там определенное время. Во втором случае поверхность деталей обрабатывается струями раствора, в результате чего происходит непрерывный процесс очистки. Химические методы достаточно эффективны, однако в производстве сварных конструкций используются главным образом для очистки цветных металлов.
Сборка деталей под сварку выполняется с целью установления взаимного пространственного положения элементов сварной конструкции. Для уменьшения времени сборки, а также повышения её точности применяют различные приспособления: установочные детали, прижимные механизмы, стенды, кондукторы и др.
Точность сборки контролируют шаблонами, щупами (рис.1), а также измерительными приборами.
Сварные узлы и конструкции часто собирают с помощью сварочных прихваток.
Для фиксации подлежащих сварке деталей сечение прихваток должно составлять примерно 1/3 сечения основного шва. Протяжённость прихваток составляет 15–50мм в зависимости от толщины свариваемых элементов и длины шва. Расстояние между прихватками обычно от 100мм до 1м.
Последовательность постановки прихваток для коротких, длинных и кольцевых швов показана на рис.3.
Прихватки ставят с лицевой стороны соединения. Поверхность прихватки очищают от шлака. При сварке прихватку удаляют или полностью переплавляют.
Режим сварки.
Выбор режимов сварки. Под режимом сварки понимают совокупность контролируемых параметров, определяющих условия сварки.
Основные параметры: сила сварочного тока; напряжение дуги; скорость сварки; род и полярность тока.
Дополнительные параметры: положение шва в пространстве; число проходов; температура окружающей среды.
Силу сварочного тока устанавливают в зависимости от диаметра электрода, а диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого изделия:
| Толщина металла, мм | 1–2 | 3 | 4–5 | 6–8 | 9–12 | 13–15 | 16 и более |
| Диаметр электрода, мм | 1,5–2 | 3 | 3–4 | 4 | 4–5 | 5 | 6 |
Ориентировочный расчёт силы сварочного тока:
· для диаметра электрода dэ от 3 до 6мм сварочный ток I = (20+6) dэk;
· для диаметра электрода dэ < 3мм сварочный ток I =30 dэk.
Коэффициент k при выполнении швов в нижнем положении принимают равным 1, вертикальны швов – 0,9, потолочных швов – 0,8.
При увеличении диаметра электрода и неизменном сварочном токе плотность тока уменьшается, что приводит к блужданию дуги, увеличению ширины шва и уменьшению глубины провара. Чем больше диаметр электрода, тем меньше допустимая плотность тока, так как ухудшаются условия охлаждения.
Напряжение дуги зависит от её длины. Оптимальная длина дуги выбирается между минимальной и максимальной. Длинную дугу применять не рекомендуется. Минимальная длина дуги составляет lд = 0,5 dэ, максимальная – lд = dэ +1.
Скорость сварки выбирается так, чтобы сварочная ванна заполнялась электродным металлом и возвышалась над поверхностью кромок с плавным переходом к основному металлу без подрезов и наплывов.
Род и полярность тока выбирают в зависимости от способа сварки и свариваемых материалов. Сварку на постоянном токе ведут на прямой или обратной полярности. Прямую полярность (рис.4,а) используют при сварке:
· с глубоким проплавлением основного металла;
· низко- и среднеуглеродистых и низколегированных сталей толщиной 5мм и более электродами с фтористо-кальциевым покрытием (марок УОНИ-13/45, УОНИ-13/55 и др.);
· чугуна.
Обратную полярность (рис.4, б) используют при сварке:
· с повышенной скоростью плавления электродов;
· низколегированных низкоуглеродистых сталей (типа 16Г2АФ), средне- и высоколегированных сталей и сплавов;
· тонкостенных листовых конструкций.
Переменный ток используется при сварке:
· низкоуглеродистых и низколегированных сталей (типа 09ГС) в строительно-монтажных условиях электродами с рутиловым покрытием;
· в случаях возникновения магнитного дутья;
· толстолистовых конструкций из низкоуглеродистых сталей.
Технологические особенности дуговой сварки.
Влияние силы сварочного тока, напряжения дуги и скорости сварки на форму и размеры шва. С увеличением сварочного тока глубина провара увеличивается, ширина шва почти не изменяется (рис.5,а).
С повышением напряжения ширина шва резко увеличивается, а глубина провара уменьшается (рис.5,б). Это важно учитывать при сварке тонкого металла. Несколько уменьшается и выпуклость шва. При одном и том же напряжении ширина шва при сварке на постоянном токе (особенно обратной полярности) значительно больше, чем ширина шва при сварке на переменном токе.
С увеличением скорости сварки сначала глубина провара возрастает (до 40–60м\ч), а затем уменьшается (рис.5,в). При этом ширина шва уменьшается постоянно. При скорости более 70–80м/ч основной металл не успевает прогреваться, и по обеим сторонам шва возможны подрезы.
Способы выполнения швов различной длины. Короткие (до 250мм) швы выполняют «напроход» (рис.6) На рисунке стрелкой показано общее направление сварки, а стрелкой – направление выполнения отдельного участка шва.
Средние (250–1000мм) швы выполняют «от середины к краям» (рис.7). Работают два сварщика.
Длинные (свыше 1000мм) швы выполняют обратноступенчатым способом (рис.8). Швы разбивают на отдельные участки по 150– 00мм. Сварка на каждом из них ведется в направлении, обратном общему направлению сварки.
Длинные швы выполняют обратноступенчатым способом от середины к краям (рис.9), а также обратноступенчатым способом «вразброс» (рис.10). Такими способами сваривают длинные швы однопроходных стыковых соединений, первый проход многопроходных швов, а также угловые швы.
Обратноступенчатая сварка эффективно уменьшает напряжения и деформации.
Сварка толстостенных конструкций. Однослойный однопроходный шов выполняется за один проход.
При сварке металла большой толщины производят разделку кромок и швов выполняют слоями, каждый из которых накладывают за один проход (многослойный многопроходный). Многослойный шов (рис.11) обычно используется для стыковых соединений. Многослойный многопроходный шов (рис.12) чаще применяется для угловых и тавровых соединений.
Сварка за один проход предпочтительнее при ширине шва не более 14–15мм, так как дает меньше остаточных деформаций. При толщине металла более 15мм сварка каждого слоя «напроход» нежелательна, поскольку первый слой успевает остыть, и в нём возникают трещины.
На рис.13 показаны особенности выполнения подварочного (1) и декоративного (2) шва.
Для равномерного прогрева металла по всей длине швы накладывают: «двойным слоем», «каскадом», «горкой», «поперечной горкой», «блоками».
При сварке «двойным слоем» второй слой накладывают по неостывшему первому после удаления сварочного шлака в противоположном направлении на длине 200–400мм.
Рассмотрим наложение швов при толщине металла бале 15мм.
При сварке «каскадом» (рис.14,а) шов разбивают на участки по 200мм. После сварки первого слоя первого участка, не останавливаясь, продолжают выполнять первый слой на соседнем участке. Тогда каждый последующий слой накладывается на не успевший остыть металл предыдущего слоя.
Сварка «горкой» (рис.14,б) – разновидность каскадного метода.
Сначала приблизительно определяется середина шва и выполняется первый валик длиной 100–300мм, что соответствует длине шва, получаемого при расплавлении одного электрода диаметром 3–5мм. Затем с поверхности валика сварщик отступает на расстояние 200мм и проваривает корень шва в сторону первого валика с таким расчетом, чтобы его окончание оказалось на поверхности первого валика. Третьим электродом выполняют шов по поверхности первого валика. После смены электрода проваривают вновь корень шва, продолжая шов, полученный вторым и третьим электродами. После зачистки полученного шва отступают от его окончания на 200–300мм и выполняют следующий слой шва.
При этом надо обязательно учитывать, что для снижения температурных деформаций каждый последующий шов выполняют в противоположном направлении к предыдущему. Такая технология сварки деталей большой толщины позволяет при одновременном заполнении швов по длине наращивать их высоту.