книги из ГПНТБ / Касаткин Б.С. Механизированная сварка стали под флюсом

П р е д и с л о в и е

В 1929 г. крупный советский изобретатель Д. А. Дульчевский запатентовал способ механизированной сварки меди под смесью, состоящей из порошкообразных горючих веществ.

Новый этап в развитии механизированной дуговой свар­ ки начался в конце тридцатых годов. Выдающийся совет­ ский ученый Герой Социалистического Труда академик Евгений Оскарович Патон и руководимый им коллектив Института электросварки АН УССР разработали автомати­ ческую сварку под флюсом в современном виде.

Сварка под флюсом благодаря мощной сварочной дуге и надежной изоляции зоны сварки от воздуха позволила резко (в 5—20 раз) повысить производительность труда по сравнению с ручной сваркой, обеспечить стабильность ка­ чества сварного соединения, улучшить условия труда и по­ лучить значительную экономию материалов, электроэнер­ гии и средств. Сварка под флюсом позволила механизиро­ вать трудоемкие сварочные процессы, провести коренное усовершенствование технологии производства металлокон­ струкций, судов, барабанов котлов, труб большого диаметра, крупных резервуаров и т. п.

1*

3

БЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРКЕ ПОД ФЛЮСОМ

Автоматическая и полуавтоматическая сварки под флю­ сом являются разновидностями дуговой сварки плавящимся электродом и отличаются лишь степенью механизации про­ цесса.

При автоматической сварке под флюсом подача свароч­ ной проволоки, возбуждение и поддержание дугового раз­ ряда осуществляются сварочной головкой, которая уста­ новлена на сварочной тележке. При перемещении тележки дуга обеспечивает наложение шва заданного сечения вдоль свариваемых кромок. Рабочий, обслуживающий автомат, не принимает непосредственного участия в работе автомата, а управляет процессом сварки при помощи вспомогатель­ ных устройств (пульт управления, корректор).

При полуавтоматической сварке плавящимся электро­ дом механизируется операция подачи сварочной проволоки в зону дуги с помощью сварочной головки. Манипуляции дугой для поддержания заданного режима и придания шву нужной формы, а также перемещение дуги вдоль сваривае­ мых кромок осуществляются рабочим, обслуживающим полуавтомат. Полуавтоматическую сварку часто называют шланговой, так как сварочная проволока от подающего ме­ ханизма к держателю поступает по гибкому шлангу.

5

Схема сварки под флюсом показана на рис. 1. Флюс из бункера насыпается слоем в 40—60 мм на свариваемые кром­

ки впереди дуги. Сыпучий флюс надежно закрывает место сварки и предотвращает возможность разбрызгивания жид­ кого металла. Наличие флюса позволяет использовать го­ лую (необмазанную) сварочную проволоку и максимально

приблизить к сварочной дуге место подвода тока к прово­ локе. Малый вылет электрода (расстояние от места подвода тока до конца электрода), защита всей зоны сварки слоем флюса дает возможность осуществлять сварку на сравни­ тельно больших токах. Поэтому производительность сварки под флюсом во много раз превосходит производительность ручной сварки и автоматической сварки открытой дугой.

Процесс сварки начинается с возбуждения электрической дуги. Дуга горит между жидкой ванночкой 4, образуемой

6

на поверхности свариваемого металла, и концом сварочной проволоки 1 (рис. 2), которая из катушки (бухты) направ­

ляется в зону сварки подающим механизмом сварочного аппарата.

Дуга расплавляет кромки изделия, при этом плавится также сварочная проволока и некоторое количество флюса 3,

находящегося в зоне сварки.

Рис. 2. Процесс образования шва при сварке под флюсом.

Пары и газы, образующиеся внутри полости, в которой горит дуга, создают некоторое избыточное давление, в ре­ зультате чего образуется флюсовый пузырь. Этот пузырь имеет тонкую эластичную оболочку 2 из жидкого флюса, ко­

торая изолирует от воздуха все плавильное пространство. Если избыточное давление в пузыре чрезмерно возрастает от выделения большого количества газа (например, при сварке ржавого металла), то газы прорывают флюсовую оболочку и уходят в атмосферу через слой флюса.

Вследствие значительной концентрации тепловой энер­

7

гии дуга глубоко проплавляет основной металл, вытесняет жидкую ванну назад и значительной своей частью погру­ жается в глубь основного металла. Тонкий слой жидкого металла, остающийся под дугой, препятствует проплавле­ нию основного металла. Расплавленный металл электрода в воде мелких капель переносится через дуговой промежу­ ток в сварочную ванну и смешивается с расплавленным свариваемым металлом. Капельки флюса, попавшие в сва­ рочную ванну, всплывают на ее поверхность и сливаются со шлаковым покровом. Часть наиболее мелких капелек не успевает всплыть и остается в металле шва. По мере удале­ ния дуги выплавленная канавка заполняется жидким ме­ таллом, образовавшимся от плавления электрода и свари­ ваемого металла. Отвод теплоты в массу холодного металла начинает преобладать над притоком теплоты. На поверхнос­ ти раздела жидкой и твердой фазы начинается процесс крис­ таллизации. После окончания кристаллизации образуется плотный равномерный мелкочешуйчатый шов. Шлак, покры­ вающий поверхность ванны, остается жидким до полного ее затвердевания и не препятствует свободному удалению га­ зов. Слой флюса замедляет затвердевание верхней части ванны. Затвердевший шлак имеет вид корки, легко отде­ ляющейся от поверхности сварного шва.

Электрические процессы при сварке под флюсом

Процесс возбуждения дуги при сварке начинается с ко­ роткого замыкания (соприкосновения) электрода с поверх­ ностью изделия. Выступы на поверхности электрода мгно­ венно расплавляются, в результате чего образуется жидкая перемычка. При отводе электрода от изделия жидкая пере­ мычка растягивается, металл перегревается, достигает тем­ пературы кипения и возбуждается дуга.

8

Температура дуги в различных ее точках не одинакова. Наибольшую температуру имеет центральная часть дуги. Чем дальше от ее оси, тем ниже температура.Спектральное определение температуры столба дуги, горящей под флюсом, показало, что с увеличением тока температура дуги воз­ растает в пределах от 6500 до 7800°К- Уменьшение диаметра сварочной проволоки сопровождается, как правило, уве­ личением температуры дуги.

В дуге напряженность электрического поля сравнитель­ но невелика. В местах, расположенных в непосредствен­ ной близости к электродам, наблюдается резкое увели­ чение напряженности поля. Вблизи катода образуется объемный положительный заряд, вблизи анода — отрица­ тельный.

К а т о д н а я о б л а с т ь дуги является источником электронов, которые ионизируют газы, находящиеся в ду­ говом промежутке. Электроны, выделившиеся с поверхности катода, ускоряются сильным электрическим полем и уда­ ляются от катода. Одновременно под действием этого поля к катоду направляются положительные ионы.

А н о д н а я о б л а с т ь дуги имеет значительно больший объем и протяженность, чем катодная. Ток в анод­ ной области является почти полностью электронным. Па­ дение напряжения в анодной области составляет 2—3 в.

Анод только поглощает принесенную энергию.

Для получения качественного сварного соединения не­ обходимо устойчивое горение сварочной дуги. Устойчи­ вость горения дуги определяется режимом сварки, родом тока, характером переноса металла с электрода в сварочную ванну, свойствами, составом атмосферы дуги и характерис­ тикой источника питания. Ток и напряжение сварочной дуги, чтобы она горела устойчиво, должны находиться в определенной зависимости. Графическое изображение этой

9