Сварка под слоем флюса

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА ПОД СЛОЕМ ФЛЮСА

 

    Цель работы: ознакомиться с технологическим процессом сварки под слоем флюса, определить его особенности, ознакомиться с устройством автомата А-1416, определить режимы процесса сварки под флюсом и их влияние на параметры сварного соединения, сварить образцы, изучить строение сварного шва.

1. Содержание работы

Суть сварки под слоем флюса

    Сварку под флюсом (рис. 9) выполняют электродом 2, который плавится, закрытой дугой 1, которая горит под слоем гранулированного флюса 3 в пространстве флюсогазовой полости 5, которая образуется в результате выделения испарений и газов в зоне дуги. Сверху сварочная дуга ограничена плёнкой расплавленных шлаков 6, снизу - сварочной ванной 7. В процессе сварки давление газов и испарений в полости возрастает. Наступает момент, когда плёнка расплавленных шлаков прорывается и излишек газов выделяется в окружающую атмосферу (процесс удаления газов периодически повторяется).

Схема сварка под флюсом

   Дуга горит вблизи переднего края ванны, немного отклоняясь от вертикального положения в сторону, обратную направлению сварки. В период формирования капли 4 на неё действуют силы, которые окказывают содействие или препятствуют её отрыву от торца электрода: сила веса Р, электродинамические сили Nэд, сила поверхностного натяжения Nп.н. Сила давления газового потока Nг.п, суммируясь с силой реакции газов, которые выделяются из капли Nр.г, образует результирующую силу влияния газовых потоков Nг, под давленим которой происходит отклонение капли в сторону давления газових потоков: большая часть капли после отрыва от електрода летит в потоке жидкого флюса, который ограничивает зону сварки, к задней части ванны.

   Под влиянием давления дуги жидкий металл также отклоняется в сторону противоположную направлению сварки, образуя кратер сварочной ванны. Под дугой находится тонкий слой жидкого металла, от толщины которого во многом зависит глубина проплавления. Расплавленый флюс, который попадает в ванну, вследствие значительно меньшей плотности всплывает на поверхность расплавленного металла шва и покрывает его плотным слоем застывших шлаков 8.

   Среда в сварочной зоне является наиболее благоприятной с точки зрения защиты металла от взаимодействия с воздухом. Кроме того, флюс препятствует разбрызгиванию жидкого металла и оказывает содействие созданию более благоприятных условий при охлаждении и кристаллизации металла шва.

   Для выполнения функций защиты и обработки расплавленного металла флюсы при расплавлении должны образовывать шлаки и газы с определенными физико-химическими свойствами (табл. Д.6 - Д.9).

   Условия прохождения металлургических процессов:

 

  1. высокоэффективная защита сварочной ванны (наличие изолированного пространства) от кислорода и азота воздуха (в швах, выполненных под флюсом, содержание азота не превышает 0,008%);
  2. объем сварочной ванны больше, чем при ручной дуговой сварке, дольше и время пребывания ее в расплавленном состоянии, которое оказывает содействие более полному прохождению химических реакций между жидким металлом и шлаками;
  3. стойкая зависимость между режимом сварки и химическим составом расплавленного металла, которая позволяет с достаточной точностью и стабильностью получать заданный состав металла шва;
  4. легирование шва марганцем и кремнием путем восстановления их из оксидів MnO и SіO2, которые содержатся в флюсе

 

   Дуговая сварка под флюсом отличается высокой производительностью (для электрода диаметром 3 мм при ручной сварке плотность тока составляет 11...18 А/мм2, при автоматической под слоем флюса она равняется 50...85 А/мм2) и качеством получаемых соединений, а также возможностью автоматизации процесса.

   Хорошая и относительно дешевая тепловая изоляция сварочной дуги, повышенное давление газовой среды над ванной и большая плотность тока (плотность энергии в пятне нагревания достигает 103 Вт/см2) влияют на более глубокое проплавление свариваемого металла. Это, в свою очередь, разрешает уменьшить глубину обработки кромок изделия, которые сваривают, и сократить количество металла, нужного для образования швов (с 70 до 30%).

   К недостаткам процесса следует отнести: более высокие требования к чистоте сварочных кромок и сборка деталей; трудность сварки деталей небольшой толщины; выполнение коротких швов и швов в положениях, отличающихсяся от нижнего. Затруднено визуальное наблюдение положения электрода относительно свариваемог стыка.

Выбор режима сварки

   Режим автоматической сварки под флюсом включает в себя ряд параметров: основные - сила сварочного тока, напряжение дуги, скорость сварки, диаметр электрода, род и полярность тока; дополнительные - вылет электрода, наклон электрода, скорость подачи электродного провода, марка флюса и его грануляция и т.д.

   Параметры режима сварки выбирают исходя из толщины металла, который сваривают, и необходимой формы сварного шва (определяется глубиной проплавлення и шириной шва). Режим сварки определяют по экспериментальным (справочным) таблицам (например табл. 1) или приближенным расчетам со следующей проверкой на технологических пробах.

Таблица 1 - Параметры режима сварки стыковых соединений

Тип соединения Толщина
свариваемых
деталей, мм
Зазор, мм Диаметр
проволки, мм
Сварочный ток, А Напряжение, В Скорость сварки, м/час.
Стыковое без скоса
кромок на флюсовой подушке
(однопроходное сваривание)
3 0..1,5 1.6 275..300 28..30 30..35
3 0..1,5 2 300.325 28..30 40..45
5 0..2,5 2 425..450 32..34 30..35
5 0..2,5 4 575..625 32..36 40..45
8 0..3,0 4 725..775 32..36 30..35
С7 4 2+/-1 3 250..280 35..38 42..44
6 3+/-1,5 4 400..450 32..34 40..42
8 3+/-1,5 5 500..550 32..34 37..40

   Обычно режим сварки выбирают с учетом многих факторов:

 

  1. В зависимости от толщины свариваемого металла, выбирают диаметр электродной проволоки. При увеличении диаметра электродной проволки и неизменном сварочном токе возрастает ширина шва и уменьшается глубина провара, а при уменьшении диаметра - наоборот.
  2. В зависимости от диаметра устанавливают силу сварочного тока. При увеличении силы тока количество теплоты, которая выделяется, возрастает и увеличивается давление дуги на ванну. Это приводит к увеличению глубины проплавлення основного металла и доли участия его в формировании швов. Ширина шва при этом практически мало изменяется.
  3. Характер зависимости формы и размеров шва от основных параметров режимов сварки при переменном токе приблизительно такой же, как и при постоянном. Однако полярность постоянного тока влияет на глубину проплавления, что объясняется разным количеством теплоты, выделяемым на катоде и аноде.
  4. С увеличением напряжения дуги увеличивается ширина шва, уменьшается глубина проплавлення и высота его выпуклости. С увеличением напряжения дуги увеличение ширины шва зависит и от рода тока. При тех же напряжениях дуги ширина шва при сварки на постоянном токе, а особенно при обратной полярности, значительно больше ширины шва, выполненного на переменном токе.
  5. Влияние скорости сварки на глубину проплавлення и ширину шва имеет сложный характер. Вначале, при увеличении скорости сварки, столб дуги все больше вытесняет жидкий металл, толщина прослойки жидкого металла под дугой уменьшается и глубина проплавлення возрастает. При дальнейшем увеличении скорости сварки (больше 40...50 м/г) заметно уменьшается погонная энергия, вследствие чего и глубина проплавлення начинает уменьшаться.
  6. Для устойчивости процесса сварки скорость подачи электродного провода должна равняться скорости ее плавления.
  7. С увеличением вылета - электрод плавится быстрее, а основной металл остается сравнительно холодным. Кроме того, при этом увеличивается длина дуги, которая приводит к уменьшению глубины проплавлення и некоторого увеличения ширины шва - обычно вылет составляет 40...60 мм
  8. Обычно сварку выполняют вертикально расположенным электродом, но в отдельных случаях сварку выполняют с наклоном электрода - углом вперед или углом назад.
  9. В основном автоматическую и механизированную сварку под флюсом выполняют в нижнем положении, возможная сварк а на подъем или на спускание.
  10. Флюсы имеют разные стабилизирующие свойства, с повышением которых увеличиваются длина дуги и ее напряжение (возрастает ширина шва и уменьшается глубина проплавлення). Флюсы с малой объемной массой (грубозернистые стекловидные и пемзоподобные) осуществляют меньшее давление на газовую полость зоны сварки, которая оказывает содействие получению более широкого шва с меньшей глубиной проплавлення. Применение мелкозернистого флюса с большей объемной массой приводит к увеличению глубины проплавлення и уменьшеню ширины шва.

 

Требования к источникам питания для автоматической сварки

   Необходимым условием устойчивого горения дуги при автоматической сварке является постоянство длины дуги. Постоянство длины дуги обеспечивается равенством скорости подачи электродной проволки в зону сварки Vп.эл и скорости его плавления Vпл.

    Это равенство может нарушиться вследствие: а) колебания напряжения в сети, к которой подключенна сварочная головка; б) изменения скорости подачи электродной проволоки в результате пробуксовывания подающих роликов; в) неровностей на поверхности листов и наличия прихваток; г) отклонений в диаметре электродной проволоки, в результате чего будет изменяться скорость ее плавления; д) магнитного дутья и других причин, которые изменяют скорость подачи электрода или скорость его плавления.

    Используют два принципа регулирования дуги по напряжению: саморегулирование дуги при постоянной скорости подачи электрода (рис. 2); принудительное регулирование, при котором скорость подачи электрода автоматически изменяется в зависимости от напряжения дуги.

Схема процесса саморегулирования сварочной дуги

    Когда Vп.эл = Vлл, процесс устойчивого горения происходит в точке А1 (I1),это точка пересечения ВВАХ (крутая 1, пологая 2) и СВАХ дуги 3. При росте длины дуги статическая характеристика дуги поднимется (СВАХ дуги 4) и процесс горения переместится в точку А3. При этом напряжение дуги возрастет, а сила сварочного тока I3 уменьшится. Электрод будет плавиться медленее, длина дуги уменьшится и равновесие Vп.эл = Vлл снова восстановится; при уменьшении длины дуги (СВАХ 5) - точка А2 (I2) - все наоборот. Чем более пологая характеристика, тем в больших границах изменение силы сварочного тока при отклонениях длины дуги ( > ; > ) и тем интенсивнее будет происходить процесс саморегулирования.

   В случае применения ДЖЗД с крутопадающей или штыковой ЗВАХ скорость подачи электродного провода должна находиться в прямой зависимости от напряжения на дуге: чем выше напряжение на дуге, тем больше скорость подачи электродного сварочного провода; чем ниже напряжение на дуге, тем меньше скорость ее подачи.

Способы выполнения стыковых сварочных соединений

   Стыковые сварочные соединения являются более технологичными в выполнении и более работоспособными в эксплуатации. По характеру выполнения они бывают одно- и двусторонними.

Способы выполнения сварных соединений при сварке под флюсом

   С целью предотвращения вытекания расплавленного металла в щель и образования прожогов, сварку проводят (рис. 3): а - по подвареному вручную корню шва, б - на флюсовой подушке , в - на медных и флюсо-медных съемных подкладках, г - на несъемных подкладках.

   Сварные соединения обозначают соответственно ДСТУ або ГОСТ (табл.Д.12 - Д.14).

   Угловые швы выполняют вертикально расположенным электродом (чаще всего при выполнении шва "в лодочку") или с наклоном электрода. С наклоном сварку выполняют в несколько проходов.

Сварочный автомат типа А-1416

   Сварочный автомат для дуговой сварки под слоем флюса.

Технические характеристики

 

  1. Номинальный сварочный ток при ПВ=100%, А 1000
  2. Количество электродов 1
  3. Димаетр електродной проволоки, мм 2…5
  4. Способ защиты дуги флюс
  5. Скорость подачи электрода, м/час от 30 до 360
  6. Скорость сварки, м/час от 12 до 120
  7. Регулировка скорости подачи электрода ступенчатая
  8. Регулировка скорости сварки ступенчатая
  9. Маршевая скорость, м/час 950±50

 

    Основные части автомата - это сварочная головка и источник питания. В состав самоходной подвесной головки автомата А-1416 (рис. 4) входят:

 

Головка сварочного автомата А-1416

  • флюсосистема, состоящая из флюсобункера 2, флюсоаппарата и флюсо-приводов 3, 8;
  • кассети 1 для електродной приволоки с тормозным механизмом против вращения кассеты по инерции;
  • механизм подъема для регулирования положения мундштука по высоте (привод механический с передачей винт-гайка, а также привод от асинхронного двигателя 4);
  • механизм подачи електродной проволоки (привод от асинхронного двигателя 7, скорость подачи регулируется ступечато с помощью сменных шестерен);
  • правильно-прижимной механизм 6 для выпрямления электродной проволоки и прижима его к ролику механизма подачи;
  • мундштук 9, у которого имеется концентрическое отверстие для ссыпки флюса 10 и поверхность с прижимным роликовым механизмом (ролик установлен на подпружиненном рычаге, через который подводится ток к електроду);
  • пульт управления 5, на передней панели котрого расположены все органы управления и приборы.

 

 

    Источник питания - сварочный трансформатор СТ-500 с раздвижным магнитным шунтом (рис. 5). В режиме малых токов (части А и В соединены и находятся между первичными и вторичными обмотками) основная часть магнитного потока, который формируется сетевыми обмотками трансформатора, проходит через шунт. По мере

раздвигания магнитного шунта и вывод его за границы магнитопровода трансформатора магнитный поток, который проходит сквозь него,

Схема сварочного трансформатора с раздвижным магнитным шунтом

будет уменьшаться, а связь между первичными и вторичными обмотками - увеличиваться, вследствие этого увеличится сварочный ток.

   Ток ориентировочно определяется по указателю на трансформаторе, точнее - по амперметру при сварке.

Порядок работы на автомате

 

  1. Заполнить флюсосистему флюсом необходимой марки, подвергнуть испытанию подачу флюса в зону сварки.
  2. Заправить кассету бухтой сварочной проволоки, выставить ролики правильно-прижимного механизма и механизма подачи электродной проволоки.
  3. Установить изделие, которое будет свариваться. Проверить параллельность стыка и движения головки, для чего вручную передвинуть головку вперед - назад.
  4. Установить режим сварки: ток, скорость подачи электродной проволоки, скорость сварки.
  5. Подвести сварочную головку в начало шва. Установить высоту мундштука над изделием так, чтобы вылет электрода был соответствующим его диаметру (высота слоя флюса должна быть 40...60 мм). Кнопками "вверх", "вниз" упереть электродную проволоку в изделие. Включить автоматическое перемещение головки.
  6. Включить сварку нажатием кнопки "Пуск" и сразу ее отпустить.
  7. Проварив шов, прекратить сварку. Для этого при приближении головки к краю шва нажать сначала кнопку "Стоп І", заварить кратер и через 1...2 с нажать кнопку "Стоп-2", не отпуская кнопки "Стоп-1".
  8. Отвести сварочную головку, ссыпать остатки флюса, после охлаждения удалить шлаковую корку.

 

2. Оборудование и материалы

 

  1. Автомат для дуговой сварки типа А-1416.
  2. Сварочные материалы:
    флюс АН-348А: стальные пластины 200*80*6 мм из Ст3;
    сварочная проволока Св-08А диаметром 3…5 мм.
  3. Несколько разных макрошлифов сварных соединений под флюсом.
  4. Прибор для измерения твердости ТК-2

 

3. Методика работы

 

  1. Ознакомиться с сущностью процесса и выбором режимов сварки под флюсом.
  2. Определить: особенности металлургических процессов в сварочной ванне; структуру сварного шва; требования относительно источников питания.
  3. Ознакомиться со строением автомата типа А-1416.
  4. Провести тренировочную сварку.
  5. Установить режимы сварки (табл.2), провести сварку соответственно "Порядку работы на автомате".
    Таблица 2 - Исходные данные режимов и результаты сварки
    Вид соединения I, А U , В Vсв,м/час Vп.эл, м/час Наименование флюса Твердость
    шва ЗТВ основного металла
  6. Составить отчет, выполнить анализ полученных результатов.

 

4. Содержание отчета

 

  1. Схема процесса автоматической дуговой сварки.
  2. Обозначение сварочного соединения соответственно ДСТУ (ГОСТ) по указанию преподавателя.
  3. Схема автомата типа А-1416 и его технические характеристики.
  4. Состав сварочного флюса (по указанию преподавателя).
  5. Строение сварочного шва.
  6. Таблица исходных данных и результатов сварки.
  7. Анализ полученных результатов, выводы.

5. Контрольные вопросы

 

  1. Расскажите о сути процесса сварки под флюсом.
  2. В чем отличие металлургических процессов?
  3. Какие компоненты входят в состав флюса (по назначению)?
  4. Какие параметры режима автоматической сварки под флюсом?
  5. Какое влияние параметров режима на параметры сварочного соединения?
  6. Расскажите об основных узлах и механизмах автомата типа А-1416.
  7. В чем заключается саморегулирование электрической дуги?
  8. Как обеспечивается регулирование тока в источниках питания с магнитными шунтами раздвижного типа?
  9. Какое строение имеет сварочное соединение?
  10. Какая зона сварочного соединения наиболее слабая и почему?

Сварка под флюсом (описание лабораторной работы)

Сварка под флюсом (отчет)