Глубина сварочной ванны зависит
Форму и размеры сварочной ванны можно оценить, используя основные положения теории распространения теплоты при сварке.
Для образования сварочной ванны и шва применяют различные источники нагрева. Они характеризуются полной и эффективной мощностью.
Полную мощность источника нагрева q o определяют по выходным параметрам, например, по сварочному току и напряжению дуги или электронного луча, мощности светового, плазменного и других потоков. На нагрев металла при сварке расходуется не вся мощность источника, а только ее часть, называемая эффективной тепловой мощностью q:
q = η и q o ; η и = q/q o
Н. Н. Рыкалин предложил коэффициент ηи называть эффективным к. п. д. процесса нагрева изделия. Эффективный к. п. д. учитывает неизбежные потери теплоты на излучение, конвективный теплообмен со средой и т. д. Эффективную мощность определяют путем калориметрирования, эффективный к. п. д. рассчитывают. Наиболее высокие значения эффективного к. п. д. характерны для электронно-лучевой (0,8—0,95) и дуговой сварки под флюсом (0,8—0,9); невысокие значения η и , имеют способы газовой сварки (0,3—0,5).
Минимальную тепловую мощность, необходимую для расплавления основного металла и образования сварочной ванны, определяют из выражения
q пл = g o ΔH пл
где g o — массовая скорость плавления основного металла; ΔН пл — энтальпия металла при температуре плавления с учетом теплоты плавления.
Массовую скорость плавления металла рассчитывают по формуле
g o = vυ св F пp , (2.1)
где v — плотность твердого металла; υ св — скорость сварки; F gp — площадь проплавления.
На плавление металла и образование ванны расходуется только часть эффективной тепловой мощности, учитываемая термическим к. п. д. процесса плавления:
η t = g o ΔH пр /q (2.2)
Доля полной мощности, расходуемой на плавление металла при сварке, определяется полным к. п. д. процесса плавления
η пр = g o ΔН пр /q o
С учетом qo = q/ηи получим ηпр = ηtηи.
Анализ показывает, что основным и определяющим параметром режима сварки плавлением является величина погонной энергии q/υ св . B. Этот параметр характеризует тепловложение на единицу длины и в значительной степени определяет геометрические рлчмеры ванны и шва.
В общем виде размеры сварочной ванны в зависимости от погонной энергии и ее составляющих — эффективной тепловой мощности и скорости сварки — могут быть приближенно оценены уравнениями
е = A 1 q/υ cв S; L = А 2 q 2 /υ св s 2 ; G = А 3 q 3 /(υ св S) 2 ,
где е, L, G — ширина, длина и масса сварочной ванны; A 1 , А 2 , А 3 — коэффициенты, зависящие от теплофизических свойств свариваемого металла; s — толщина свариваемых кромок.
Из приведенных уравнений следует, что независимо от принятого источника теплоты с увеличением погонной энергии возрастают размеры ванны и ее масса. Однако при одинаковой погонной энергии, в зависимости от свойств принятого источника теплоты, соотношения между геометрическими размерами ванны и шва могут существенно изменяться. Так, при одинаковой погонной энергии по мере увеличения сосредоточенности источника теплоты возрастает глубина проплавления и сокращается ширина шва. При одинаковой сосредоточенности источника и одинаковой погонной энергии то же происходит при увеличении давления на ванну.
При сварке одним и тем же источником теплоты при одинаковой погонной энергии определенное влияние на соотношение геометрических размеров шва может оказывать режим процесса. Например, при повышении скорости сварки и одновременном увеличении тепловой мощности источника нагрева (из условия сохранения постоянства погонной энергии) обычно наблюдается увеличение глубины проплавления. Это связано с повышением термического к. п. д. процесса ηt и увеличением давления источника нагрева на ванну при повышении его мощности.
Cварочная ванна при дуговой сварке
Важным фактором, влияющим на геометрические размеры и глубину проплавления сварного шва, является пространственное положение шва. Вертикальное положение особенно подходит для глубокого проникновения, так как давление источника и сила тяжести удаляют расплавленный металл из-под дуги.
По этой же причине глубина проплавления увеличивается при сварке под углом во время подъема и уменьшается при сварке во время спуска. В первом случае металл под действием силы тяжести течет по шине в обратном направлении, уменьшая толщину расплавленного слоя в нагретом месте. Во втором случае металл под действием силы тяжести течет к головке шины перед источником тепла, увеличивая толщину расплавленного слоя.
Формирование сварочной ванны
Формирование сварочной ванны является наиболее важным этапом в получении соединения при сварке плавлением. Форма и размер сварочной ванны определяют форму и размер сварного соединения. Последнее в значительной степени определяет эксплуатационные характеристики соединения.
Форма и размеры сварочной ванны определяются границами изотермической поверхности объемного теплового поля, соответствующего температуре плавления металла МНП. Однако такой подход несколько идеалистичен, поскольку при формировании объема расплавленного металла учитывается только эффект распространения тепла в металл за счет теплопроводности.
В реальных условиях сварки он образуется под влиянием ряда сил, действующих на сварочную ванну, в частности, силы тяжести жидкого металла, его поверхностного натяжения и давления источника нагрева. Дуга, которая локально нагревает и расплавляет края шва, оказывает давление на расплавленный металл так, что он выталкивается из передней части ванны, т.е. части ванны с наибольшей интенсивностью нагрева в задней части. Это уменьшает толщину слоя жидкости под дугой и создает условия для углубления ванны. Это приводит к изменению формы зоны расплава. Давление на расплавленный металл определяется разностью уровней h в ванне. Изменение условий сварки оказывает значительное влияние на формирование сварочной ванны и пропорции ее геометрических размеров.
Формирование сварочной ванны при прохождении электродом
Во время сварки источник тепла перемещается вдоль соединяемых кромок, а вместе с ним перемещается расплавленное пространство или сварочная ванна. При дуговой сварке под флюсом сварочная ванна окружена оболочкой (пузырем) из расплавленного шлакового флюса, который полностью окружает ореол дуги и поэтому невидим глазу. При сварке в газовой среде сварочная ванна окружена прозрачной газовой оболочкой; при сварке в защитной дуге сварочная ванна защищена шлаком и газом. В обоих случаях четко виден ореол дуги. При электрошлаковой сварке и вертикальной сварке под флюсом сварочная ванна изолирована от окружающего воздуха слоем шлака на ее поверхности.
Зоны плавления в сварочной ванне
Считается, что пространство плавления при дуговой сварке делится на две области: «голова», где расплавляется основной металл и дополнительные материалы, и «хвост», где образуется сварочная ванна и начинается кристаллизация. Форма сварочной ванны при дуговом процессе в данном случае характеризуется ее длиной, шириной, толщиной и глубиной проникновения в основной металл. Она ограничена изотермическими поверхностями с температурой плавления основного металла.
Объем сварочной ванны варьируется от 0,1 до 10 см3 в зависимости от метода и режима сварки. Сварочная ванна имеет эллиптическую форму, вытянутую вдоль направления сварки 1. В поперечном сечении форма сварочной ванны сильно варьируется в зависимости от режима и условий сварки. Наиболее характерной особенностью дуговой сварки является провар, который близок к полукругу.
В случае лучевой сварки форма ванны напоминает лезвие острого кинжала.
Сварочная ванна при дуговой сварке
Сварочные ванны при дуговых процессах характеризуются неравномерным распределением температуры. Металл нагревается намного выше температуры плавления в головной части ванны, где плавление металла происходит под воздействием источника тепла и где взаимодействие между металлом и шлаком или газом наиболее интенсивно. В хвостовой части ванны температура близка к температуре плавления основного металла. Средняя температура ванны для дуговой сварки под флюсом конструкционной низкоуглеродистой стали составляет около 1800°C. Максимальная температура в этих условиях достигает 2300°C.
Столб дуги, расположенный в головной части сварочной ванны, оказывает механическое воздействие (давление на поверхность расплавленного основного металла). Это давление обусловлено совместным действием упругого удара заряженных частиц о поверхность металла, давлением газа в дуговом промежутке и течением дуги под действием электродинамических сил. Такой направленный поток наблюдается только в асимметричных дугах, т.е. дугах, горящих между электродами с малой и большой площадью поперечного сечения, в данном случае между электродом или сварочной проволокой и основным металлом.
Это давление заставляет жидкий металл выходить из-под основания дуги, увеличивая глубину проникновения по мере погружения столба дуги в основной металл. Давление, оказываемое дугой на поверхность металла, пропорционально квадрату тока, протекающего через дугу.
Это давление может быть увеличено за счет повышения концентрации источника нагрева, увеличения плотности тока на электроде или использования флюса или огнеупорных покрытий, которые образуют гильзу на кончике электрода (сварка с глубоким проникновением). Естественно, чем выше давление, оказываемое дугой на поверхность расплавленного металла, тем глубже столб дуги будет проникать в металл. Это позволяет снизить давление, используемое при сварке с поступательным движением и многодуговой сварке с наклонными углами наклона электродов.
Жидкий металл вытесняется из-под основания дуги силой, действующей на поверхность сварочной ванны при обратном движении дуги в расплавленное пространство. При плотности электродного тока до 15 А/мм2 это смещение невелико и проявляется в виде образования незаполненных углублений (кратеров). По мере увеличения плотности тока электродов наблюдается довольно выраженное смещение металла в сварочной ванне до полного удаления жидкого металла из зоны головки. Это является причиной разного уровня жидкого металла в начале и конце пространства расплава.
Для поддержания этого разность уровней между давлением дуги, Pd, и гидростатическим давлением жидкого металла и шлака, Pg, должна быть одинаковой: если Pd < Pg, металл и шлак заполнят углубление, образовавшееся в конце шва. Если Pd >Pg, формирование шва будет нарушено.
Что влияет на выбор режима сварки
Режим работы сварочного аппарата представляет собой совокупность основных и второстепенных характеристик сварки, позволяющих получить качественный шов того или иного сплава.
Так как марок сталей и сплавов цветных металлов множество, и они имеют свою специфику, то выбор режима сварки становится непростой задачей. Но есть основные параметры, которые нужно учитывать независимо от типа сплава.
Важные параметры
Прежде чем начинать работу, надо понимать, с какими величинами предстоит иметь дело. Основные параметры, влияющие на режим сварки:
- сила, вид и полярность в случае применения постоянного тока;
- напряжение электрической дуги; ;
- количество проходов;
- скорость сварки.
Второстепенными факторами, влияющими на характеристики соединения, можно назвать состояние свариваемых деталей, форму кромок, марку, тип и толщину обмазки электрода. Определенное влияние оказывает выбор вида сварочного шва.
Самым ответственным является расчет режимов при автоматической сварке. Часть характеристик выставляют по готовым таблицам, а часть приходится определять по формулам, заложенным в инструкциях на аппаратуру. Каждому оборудованию соответствуют свои таблицы, отработанные опытным путем.
Влияние тока
Выставляя режим, подбор силы тока делают по таблицам. Ток зависит от толщины свариваемых изделий и сварочной проволоки.
Точную юстировку делают по виду дуги и шва. Необходимо понимать, чем сильнее ток, тем температура под основанием дуги будет выше и это скажется на быстроте сварки.
Режим сварки при сильном токе и чрезмерно тонком сварочном проводе вызовет перегрев и разбрызгивание металла. Если заготовки тонкие, то часто при таком режиме происходит их прожигание.
При слабом токе дуга становится неустойчивой или вовсе обрывается. Шов получается некачественный, появляются непроваренные участки. Такой режим не стоит выбирать.
Необходимо учитывать, что глубина сварочной ванны зависит от вида тока. Если используется аппарат на постоянном токе, то глубина провара у него будет на 15 % больше, чем у переменного.
Сварка в режиме постоянного тока тоже имеет свои особенности. Так, при прямой полярности глубина кратера получается на 40% меньше, чем при использовании обратной полярности.
Прямая полярность – это когда электрод подсоединен к клемме инвертора со знаком «-», а соединяемые изделия к клемме со знаком «+». При обратной полярности все подключается наоборот.
При прямой полярности может применяться электрод с кальциево-фтористой обмазкой, позволяет варить низко и среднеуглеродистую сталь, чугун.
Инверторный режим (обратная полярность) используется, когда необходимо варить низкоуглеродистые и низколегированные стали, тонколистовые детали.
От положения свариваемого стыка в пространстве изменяется и ток. Так, при горизонтальном шве табличные значения рекомендуют уменьшать на 15-20%.
Характеристики электрода
Габариты электрода взаимосвязаны с размерами изделий, видом кромок. Если толщина свариваемого сплава равна 3-5 мм, то сварочная проволока должна быть 3-4 мм.
При сваривании толстостенных заготовок требуется делать много проходов. В первый раз проходят электродом диаметром не более 4 мм. При производстве потолочного шва тоже рекомендуют использовать проволоку толщиной не больше 4 мм.
Обычно на упаковке электродов имеется таблица, в которой указывают наиболее предпочтительные режимы. При диаметре 1,5-2 мм рекомендуемый ток сварки 30…45 А, 3 мм – 65…100 А, для 3-4 мм – 100…160 А, и так далее. Разброс связан с видом сварки и толщиной сплава.
При толщинах свариваемого сплава 1-2 мм рекомендуется использование сварочной проволоки диаметром 2-3 мм, при толщине 3-5 мм – 3-4 мм, толщина 4-10 мм – диаметр 4-5 мм, если толщина 12-24 мм, то используют 5-6 мм электрод. Выбирая режим, необходимо учитывать положение детали или шва в пространстве, также на выбор влияет количество проходов.
Длина дуги и качество шва
Длина дуги влияет на качество соединения. Важно, чтобы она была одинаковой на всем протяжении шва, расстояние между концом сварочной проволоки и гранью детали должно равняться ее толщине.
Режим сварки при слишком короткой дуге приводит к прожигу или прилипанию электрода. Режим при длинной дуге вызывает ее гашение и непровары. Контроль длины дуги можно осуществлять по издаваемому ею звуку.
Оптимальной считается ширина сварного шва равная 1,5-2 диаметрам проволоки. При этом должен образовываться небольшой валик по линии соединения без наплывов от расплавленного электрода. Оптимальный шов зависит от скорости сварки, толщины изделия и ширины шва.
Режим сварки, при котором держак с электродом движется очень медленно, приводит к чрезмерному накоплению в сварочной ванне жидкого металла, который будет расплескиваться и препятствовать нормальному провару стыка.
Слишком быстрое перемещение держака вдоль шва приведет к непровару, он может потрескаться или деформироваться после остывания.
Если будет образовываться ванночка шириной в 1,5-2 диаметра проволоки, глубиной до 6 мм и длиной 10-30 мм, то это говорит об оптимальной скорости сварки для данного конкретного материала и вида соединения.
Угол наклона электрода
К понятию режима сварки относится угол наклона электрода. Во время работы электрод относительно шва располагается с отклонением от нормали примерно на 10 градусов в любую сторону. От положения сварочной проволоки относительно стыка заготовок зависит глубина и ширина шва.
Если сварку производят углом вперед, то глубина уменьшается, а шов становится шире. Это связано с тем, что дуга как бы нагоняет волну расплава перед собой, через которую приходится расплавлять металл изделия.
Если выбран режим сварки углом назад, то расплав выгоняется в конец ванны. Электрическая дуга воздействует непосредственно на свариваемые изделия. Этот режим электродуговой сварки делает более глубокое проплавление стыка и одновременно уменьшает ширину соединения.
Длина рабочей части электрода тоже имеет значение. Чем он длиннее, тем сильнее он разогревается и расплавляется, что уменьшает ток, соответственно уменьшается глубина ванны. Особенно это проявляется при использовании тонкой сварочной проволоки.
Наклон заготовок
Когда держак ведут сверху вниз, то под дугой возникает утолщение расплава. Возникает ситуация, как при сварке в режиме углом вперед. Глубина провара уменьшается, а шов становится шире.
Если варить начинают снизу с последующим движением вверх, то слой расплава под дугой становится тоньше, глубина ванны возрастает, а шов сужается.
Тогда будет формироваться нормальный шов. При большем уклоне и проведении сварки на спуск, из кратера вытечет расплав. При проведении сварки снизу вверх возникнут непровары.
Сварку на спуск обычно применяют при соединении труб и других подобных элементов. В этом режиме уменьшается вероятность прожогов, вытекания расплава из кратера, формируется качественный шов.
Кроме этих режимов на качество работы оказывает влияние технология сварки. Правильное движение электрода во многом определяет состояние сварного шва.
Особенности ванного способа сварки арматуры
Ванная сварка арматуры – это наиболее надежный метод соединения отдельных участков металлоконструкций из легированной стали, обладающей высокой прочностью. На результат сварки влияет ряд факторов, один из которых – соосность соединяемых отрезков.
При проведении обычной сварки встык качество шва будет ненадежным, соединение поломается рядом со швом. Поэтому разработано решение более прочного соединения продольных и поперечных участков армирующей сетки – метод сварки в ванну. При существенных нагрузках во время эксплуатации, конструкция обладает достаточной жесткостью, а сварочный шов на соединении получается небольшим.
Способы соединения арматуры
Производство блоков жби для возведения бетонных домов, монолитное строительство и изготовление фундаментов – это основные места использования арматуры.
Обладая невысокой ценой при надежных характеристиках материала, метод ванной сварки удовлетворяет всем требованиям строительства и монтажа металлоконструкций. Ванную сварку используют также для соединения рельсов, валов и других деталей со сплошным профилем.
Согласно нормам ГОСТ – 14098 от 1991 года для изготовления фундаментов, плит перекрытий и балконов, а также других жби изделий, разрешено сваривание участков из металлических стержней для армирования и надежного сцепления бетонных конструкций. В современном строительстве применяют несколько видов неразъемного соединения армирующего слоя:
- с применением полуавтоматической электрошлаковой сварки;
- ванно-шовного способа соединения;
- ручной электродуговой сварки;
- контактной;
- ванного метода соединения.
С применением на стыке специальной ванночки, неразъемного соединение А500С и остальных марок и размеров, процесс выполнения и стыковки значительно облегчается.
Суть процесса
Метод ванной сварки наиболее часто применяется для соединения прутков с большим сечением 20 – 100 мм. Такой диапазон размеров более всего подходит для выполнения качественного шва.
При соединении ванночка обжимает полностью место контакта. При этом между соединяемыми деталями нужно оставить зазор 2 мм для затекания металла и заполнения всех пор.
При проведении работ по ванной сварке, согласно ГОСТ и требованиям СНиП, получается надежный стык с сохранением характеристик по всей длине собираемой конструкции.
Сдвиги заготовок ограничивает одетая на стык ванночка. Применяют резьбовые ванны, для соединения ответственных стыков, но этот способ требует нарезания резьбы на концах прутков.
Деталь для монтажа подбирается с учетом небольшого зазора между заготовкой и стенкой изделия. В него протекает металл электрода, образуя межатомное соединение основного металла со стержнем электрода.
Бортики на краях ванны не позволяют металлу вытекать, при этом шлак выдавливается наверх шва. Таким же способом происходит соединение вертикальных стержней при изготовлении колонн.
Достоинства и недостатки
Сварочный материал и расплавленный металл арматуры, не растекаясь, заполняет ванночку и образует надежный шов, способный выдержать значительные нагрузки. Материал самой детали служит добавочным усилением для шва.
К остальным преимуществам ванной сварки относятся:
- минимальные затраты, обусловленные рациональным расходованием наплавочного материала;
- технология выполнения всех операций обеспечивает высокое качество шва при аналогичных условиях с другими методами сварки;
- ванный метод неоднократно испытан и проверен, имеется много литературы и пособий по производству работ;
- для каждого размера прутка, найдется подходящая ванночка – это обусловлено широким ассортиментом продукции.
Есть в ванном методе и недостатки. Использование стальных ванн может быть только одноразовым из-за приваривания к основному металлу. Медные ванночки, хотя можно применять несколько раз, цена их довольно высока. Необходимо также проводить подготовительные работы, что забирает время.
Недостатки носят сугубо субъективный характер, поэтому ванный способ соединения наиболее распространен.
Алгоритм одноэлектродного метода
Для выполнения работ по закреплению различных изделий из арматуры А500С, самым лучшим способом будем ванная сварка при помощи медных накладок. Такая сварочная ванна выполняется без канавок для удержания металла, но внутренняя часть изготовлена с гладкой поверхностью, что позволяет легко пристыковывать арматуру.
Метод применяется при монтаже конструкций, находящихся под воздействием статических, вибрационных нагрузок. Сварочные аппараты могут использоваться с питанием от постоянного и переменного токов, главное, они должны быть достаточной мощности и производительности.
Ванную сварку начинают от одной из сторон, постепенно продвигаясь к центру. Электрод должен продвигаться медленно, совершая кольцевые движения или полумесяцем. Такой способ обеспечит равномерное заполнение полости ванночки и прогрева основного металла.
При плавлении, электрод опускают, обеспечивая образование наиболее короткой дуги. Металл поднимается к верхней кромке ванночки, полностью покрывая арматуру. После этого ванная сварка считается оконченной. Когда шов остынет, можно производить подгонку деталей.
При остановке ванной сварки надо обязательно отбить шлак и зажечь дугу на готовом крае шва. Это даст возможность надежно перекрыть место остановки и прерывания шва. Завершать шов следует посередине ванночки для предотвращения раковин и пустот. Такие места нужно очистить от шлака и проварить снова.
Формочки
Чтобы соединить две плети арматуры, применяют скобу-накладку, предназначенную специально для ванной сварки.
Медные ванночки или детали с содержанием этого металла считаются наиболее прочными накладками. Разборная накладка производится из разных марок меди с помощью литья, штампов и с помощью механических операций по обработке болванок.
Применять для изготовления ванн бронзу, латунь не рекомендуется. Для обеспечения сварки с малыми зазорами рекомендуется использовать неразборный способ производства медных желобков. Такие изделия можно применять для сварки более 100 стыков.
Многоэлектродный метод
Отличительной особенностью многоэлектродного метода ванной сварки является соединение нескольких электродов на специальную пластину, гребенку, которую вставляют в держатель.
Рукоятка держателя вынесена в сторону от корпуса и сварочной шины. Для ванной многоэлектродной сварки используются аппараты переменного тока.
Такая конструкция работает по принципу сварки одноэлектродным методом. Дугу зажигают с одной стороны, продвигаются ко второму краю. Следует помнить, что заканчивать шов лучше посередине накладки.
Расплавив конец арматуры, переходят ко второму концу. Движения электродов для наполнения шва точно так же производятся по кругу или полумесяцем, постепенно опускаясь при плавлении набора электродов.
Для усиления шва рекомендуется периодически опускать электроды в сварочную ванну. Метод позволяет выдавить шлак. Затем дуга снова зажигается и процесс электросварки продолжается. Такую операцию советуют провести более 5-ти раз.
При возникновении неудобного проведения сварочных работ и угла наклона держателя, зазор между стержнями не делают и соединяют их вплотную друг к другу.
При проведении ванной сварки в вертикальном положении, электроды ведутся без сильного наклона, пластина не отклоняется от перпендикулярного положения.
Для такого способа применение стальных неразборных ванночек достаточно редкое явление. Они применяются при невозможности установки специализированных накладок. Наиболее часто используются металлические разборные или выштампованные накладки.
Необходимо обратить внимание на несколько основных моментов. В случае грамотного, аккуратного и качественного проведения сварочных работ с применением соединения арматуры ванным способом, получается прочный, надежный сварочный шов.
Он позволяет пользоваться металлоконструкциями и бетонными узлами долгое время. Это обусловлено сохранением гибкости и прочности арматуры в месте сборки. Главное, чтобы работы по ванной сварке производились высококвалифицированными специалистами при соблюдении технологии проведения сварки.
Формирование сварочной ванны и шва
Важным фактором, влияющим на геометрические размеры шва и глубину проплавления, является пространственное расположение шва при сварке. При вертикальном расположении создаются особенно благоприятные условия для глубокого проплавления металла благодаря удалению расплавляющегося металла из-под дуги в результате давления источника и под действием силы тяжести ( рис. 2.3, а ).
В связи с этими же обстоятельствами при сварке изделий в наклонном положении на подъем глубина проплавления возрастает, при сварке на спуск — снижается. В первом случае металл под действием силы тяжести перетекает в хвостовую часть ванны, уменьшая толщину расплавленной прослойки в пятне нагрева, во втором случае под действием силы тяжести металл затекает в головную часть ванны, опережая источник теплоты, и увеличивает толщину расплавленной прослойки ( рис. 2.4 ).
Рис. 2.3. Сварка вертикальных соединений со свободным формированием швов:
а — снизу вверх (на подъем); б— сверху вниз (на спуск); Рм - сила тяжести расплавленного металла
Рис. 2.4. Сварка в нижнем положении
а — без наклона; б — наклон по направлению сварки (на спуск); в — наклон против направления сварки (на подъем)
Формирование швов на спуск и на подъем имеет место при сварке кольцевых поворотных швов, расположенных в вертикальной плоскости. Условия формирования швов зависят от смещения источника нагрева относительно верхней точки окружности (рис. 2.5). При смещении источника нагрева в сторону, противоположную вращению изделия, происходит формирование шва на спуск; по направлению вращения изделия — на подъем.
При сварке кольцевых швов изделий небольшого диаметра возникает опасность стекания расплавленного металла из сварочной ванны . Предупредить стекание можно сокращением ее размеров, изменяя режим или смещая источник против вращения. Обычно используют оба пути; сварку поворотных стыков колцевых швов малых диаметров, как правило, ведут на спуск при небольшой глубине проплавления.
Рис. 2.5. Формирование швов при сварке кольцевых соединений (а — угол смещения источника нагрева): а — на подъем; б — на спуск
Удержание ванны приобретает особенно важное значение при сварке в вертикальном и потолочном положениях.
При сварке в вертикальном положении процесс можно вести сверху вниз (на спуск) и снизу вверх (на подъем) ( см. рис. 2.3 ). В обоих случаях сила тяжести ванны направлена вниз по продольной оси шва. При сварке на спуск удержанию ванны способствует давление источника. При сварке на подъем ванна удерживается только силами поверхностного натяжения. При сварке в вертикальном положении для удержания ванны приходится ограничивать тепловую мощность и размеры ванны. Большой эффект достигается с применением импульсного введения теплоты, когда размеры ванны особенно ограничены.
Большое распространение получила сварка вертикальных соединений с двусторонним принудительным формированием шва. Сварку ведут снизу вверх с расположением источника нагрева в направлении оси шва. Сварку с двусторонним принудительным формированием (электрошлаковую, дуговую) применяют для соединения толстостенных элементов.
Выполнение сварных соединений в потолочном положении ( рис. 2.6 ) осложняется не только опасностью стекания ванны. Возникает необходимость переноса присадочного металла в ванну в направлении, противоположном действию силы тяжести. При сварке в потолочном положении ванна удерживается силами поверхностного натяжения и давлением источника. Для удержания ванны в потолочном положении такженеобходимымеры по ограничению ее объема.
Рис. 2.6. Формирование ванны и шва при сварке в потолочном положении
Примером формирования шва во всех пространственных положениях, в том числе и промежуточных, может служить сварка неповоротных стыков кольцевых швов ( рис. 2.7 ). В различных участках создаются неодинаковые условия существования ванны и соответственно меняется ее форма. Наибольшая глубина проплавления сварочной ванны достигается при угле поворота источника нагрева, равном 270°. При этом формирование шва осуществляется на подъем. Наименьшая глубина соответствует повороту источника на 90° и формированию шва на спуск. Для поддержания постоянства параметров ванны и шва в процессе сварки необходимо изменять режим, например, сварочный ток, скорость сварки, давление защитного газа над сварочной ванной и др.
Рис. 2.7. Формирование шва и зависимость глубины проплавления от положения ванны в пространстве при сварке неповоротных кольцевых соединений
Особенно неблагоприятные условия формирования шва наблюдаются при выполнении горизонтальных сварных соединений в вертикальной плоскости ( рис. 2.8 ). Расплавленный металл ванны натекает на нижнюю свариваемую кромку. Это приводит к образованию несимметричной выпуклости шва, а в ряде случаев и подрезов. При сварке горизонтальных швов требования к сокращению размеров сварочной ванны особенно жесткие.
Рис. 2.8. Формирование горизонтального шва при сварке в вертикальной плоскости
Читайте также: