книги из ГПНТБ / Касаткин Б.С. Механизированная сварка стали под флюсом
.pdfМЕХАНИЗИРОВАННАЯ
СВАРНА
СТАЛИ ПОД ФЛЮСОМ
Б. С. КАСАТКИН
Издательство «Т Е X Н I К А» Киев -1 9 6 4
т |
t o o . ПУБЛИ ЧНАЯ |
|
|
Н А УЧ Н О -ТЕХН И Ч ЕС КА Я |
|
6П4.3 |
БИ БЛИ О ТЕКА С С С Р |
621,791.756 |
К 28 |
|
|
В брошюре излагаются основы механизиро ванной сварки под флюсом низкоуглеродистых, низ ко-, среднелегированных и теплоустойчивых пер литных сталей, приводятся краткие сведения о металлургических процессах, происходящих при сварке под флюсом, и об основных флюсах, ре комендуемых для сварки различных сталей. Боль шое внимание уделяется сварке конвертерных и мышьякосодержащих сталей.
Приводятся технологические режимы механи зированной сварки различных сталей и описы ваются механические свойства сварных соединений применительно к условиям работы сварных кон струкций.
Брошюра предназначена для рабочих и масте ров и может быть полезна также инженерно-тех ническим работникам сварочного производства.
Рецензент инж. В. К . Еременко
Редакция литературы по вопросам машиностроения и транспорта Заведующий редакцией инж. М. А. Василенко
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
Высокое качество сварного соединения и равнопрочность его основному металлу предопределяют применение сварки под флюсом при изготовлении конструкций и аппаратуры, работающих в условиях глубокого холода, высоких темпе ратур, сверхвысоких давлений, агрессивных жидких и га зовых сред и нейтронного излучения.
По техническому уровню развития, по глубине научной разработки основ способа сварки под флюсом, а также по масштабам его применения в промышленности Советский Союз занимает первое место в мире, оставив далеко позади развитые капиталистические страны.
Возможности автоматической сварки под флюсом еще далеко не исчерпаны и можно ожидать дальнейшего ее развития и совершенствования. На ближайшие годы авто матическая сварка под флюсом, безусловно, останется ос новным способом механизированной сварки.
Брошюра написана по материалам исследований, про веденных в Институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР, и по данным, накопленным другими исследователь скими организациями и заводами.
Замечания и пожелания просим направлять по адресу:
Киев, 4, Пушкинская, 28, издательство «Техшка».
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
Рис. |
1. Схема сварки |
под флюсом: |
1 — сварочная проволока; |
2 — основной металл; 3 — флюс; 4 — шлаковая |
|
корка; |
5 — сварной шов. |
|
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