Технология автоматической сварки под флюсом

Автоматическая дуговая сварка под флюсом — сварка электрической дугой, горящей между концом сварочной проволоки и свариваемым металлом под слоем флюса.

Сварка под флюсом применяется в стационарных цеховых условиях для всех металлов и сплавов, включая разнородные металлы толщинами от 1,5 до 150 мм.

Содержание

История [ править | править код ]

Придумал способ сварки под флюсом Н. Г. Славянов. В качестве флюса он применял дробленое стекло.

Промышленный способ автоматической сварки под флюсом был разработан в Институте сварки академиком Е. О. Патоном. Коллективом его института была создана технология сварки под флюсом, разработаны составы флюсов, созданы сварочные автоматы.

Сущность [ править | править код ]

При автоматической дуговой сварке под флюсом электрическая дуга горит под слоем флюса между концом сварочной проволоки и свариваемым металлом. Ролики механизма автоматически вытягивают электродную проволоку в дугу. Сварочный ток, переменный или постоянный, прямой или обратной полярности подводится к электродной проволоке, а другим контактом к изделию.

Сварочная дуга горит в газовом облаке, образованном в результате плавления и испарения флюса и металла. При гашении электрической дуги расплавленный флюс, остывая, образует шлаковую корку, которая отделяется от поверхности шва. Флюс засыпается перед дугой из бункера слоем толщиной 40—80 и шириной 40—100 мм. Количество флюса, идущего в шлаковую корку, равно массе расплавленной сварочной проволоки. Нерасплавившаяся часть флюса отсасывается пневмоотсосом в бункер и используется вновь.

Потери металла на угар и разбрызгивание при горении дуги под флюсом меньше, чем при ручной дуговой и сварке в защитных газах. Расплавленные электродный и основной металлы перемешиваются в сварочной ванне. Кристаллизуясь, они образуют сварной шов.

В промышленности используется сварка проволочными электродами — сварочной проволокой. Иногда сварку проводят ленточными, толщиной до 2 мм и шириной до 40 мм, или комбинированными электродами. Дуга, перемещаясь от одного края ленты к другому, равномерно оплавляет её торец и расплавляет основной металл. Изменяя форму ленты, можно изменить и форму поперечного сечения шва, достигая необходимого проплавления металла или получая равномерную глубину проплавления по всему сечению шва.

При сварке флюс насыпается слоем толщиной 50-60 мм; дуга утапливается в массе флюса и горит в жидкой среде расплавленного флюса, в газовом пузыре, образуемом газами и парами, непрерывно создаваемыми дугой. При среднем насыпном весе флюса около 1,5 г/см 3 давление слоя флюса на жидкий металл составляет 7-9 г/см 2 . Этого давления достаточно для устранения механических воздействий дуги на ванну жидкого металла, приводящего к разбрызгиванию жидкого металла, нарушению формирования шва даже при очень больших токах.

Для электрической дуги, горящей без флюса нельзя проводить сварку при силе тока выше 500-600 А из-за разбрызгивания металла и нарушения формирования шва. Дуга же во флюсе позволяет увеличить токи в до 3000-4000 ампер с сохранением качества сварки и правильным формированием шва.

В качестве флюсов при сварке применяют искусственные силикаты, имеющие слабо кислый характер. Основой флюса являются двойной или тройной силикат закиси марганца, окиси кальция, окиси магния, алюминия и т. д. В качестве добавки, снижающей температуру плавления и вязкость, применяется плавиковый шпат.

Широко применяемых в промышленности высокомарганцовистый флюс ОСЦ-45 [1] . Он представляет собой силикат марганца MnOSiO₂ с добавкой фтористого кальция. Флюс АН-348 обеспечивает большую устойчивость горения дуги по сравнению с флюсом ОСЦ-45. Большая устойчивость горения дуги обеспечивается при использовании флюса АН-348-А, выделяющем меньше вредных газов.

Недостатки [ править | править код ]

• велики трудозатраты, связанные со стоимостью флюса.
• трудности корректировки положения дуги относительно кромок свариваемого изделия;
• экологическое воздействие газов на оператора;
• невидимость места сварки, расположенного под толстым слоем флюса;
• нет возможности выполнять сварку во всех пространственных положениях без специального оборудования;
• повышенная жидкотекучесть расплавленного металла и флюса;
• требуется тщательная сборка кромок под сварку. При увеличенном зазоре между кромками возможно вытекание в него расплавленного металла и флюса и образование в шве дефектов.

Преимущества [ править | править код ]

• повышенная производительность;
• минимальные потери электродного металла;
• отсутствие брызг;
• максимально надёжная защита зоны сварки;
• минимальная чувствительность к образованию оксидов;
• не требуется защитных приспособлений от светового излучения, так как дуга горит под слоем флюса;
• низкая скорость охлаждения металла обеспечивает высокие показатели механических свойств металла шва.

Примечания [ править | править код ]

Литература [ править | править код ]

Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. — М.: Машиностроение, 1978 (1-4 т).

Блащук, В.Е. Металл и сварка: учебное пособие / В.Е. Блащук ; 3-е изд., перераб. и доп. — Москва : Стройиздат, 2006. — 144с.

Брюханов, А.Н. Сварочные процессы в электронном машиностроении / А.Н. Брюханов // Коммерсант. — № 217 (2820) от 27.11.2003.

Технология автоматической сварки под флюсом предусматривает более тщательную подготовку металла под сварку и сборку свариваемых деталей, чем при ручной дуговой сварке. Тщательность подготовки под сварку обуславливается условиями автоматической сварки. Как известно, сварочный автомат настроен под определённый режим сварки и чётко следует ему, не учитывая погрешности сборки и не выправляя отклонения, допущенные при подготовке сварных кромок.

Разделка сварных кромок под сварку автоматом производится на металлорежущих станках, или на машинах кислородной или плазменно-дуговой резки.

Кромки изделий под сварку необходимо хорошо очистить от различных загрязнений, которые могут стать причиной образования дефектов в сварных швах, таких как поры, раковины и др. Очищать сварные кромки рекомендуется пескоструйной обработкой, или протравливанием и пассивированием. Очищаемый участок должен быть шириной не менее 50мм от каждой стороны разделки.

До начала автоматической сварки, свариваемые изделия необходимо надёжно зафиксировать в нужном положении. Для этого используют сборочные стенды, или различные приспособления. Допускает прихватывать изделия между собой ручной дуговой сваркой покрытыми электродами. Прихватки выполняют длиной до 70мм, на расстоянии до 400мм друг от друга. При этом, крайние прихватки не должны быть ближе 200мм от края шва. Выполненные прихватки необходимо тщательно очистить от шлака и сварных брызг.

Если выполняется сварка продольных швов, то необходимо применять вводные и выводные планки, которые приваривают к сварным кромкам. Эти планки необходимы для введения электрода в шов в начале сварки и для выведения электрода за пределы шва после окончания сварки. На вводных и выводных планках необходимо выполнять разделку кромок, совпадающую с разделкой на свариваемых деталях.

Технология автоматической сварки допускает сварку стыковых швов без разделки кромок, с односторонней разделкой или с двухсторонней разделкой. Это зависит от конструктивных особенностей свариваемого изделия и от толщины свариваемого металла.

Технология односторонней автоматической стыковой сварки под флюсом

Односторонняя сварка применяется при сварке малоответственных металлоконструкций, или в тех случаях, когда нет возможности выполнить двухстороннюю сварку из-за особенностей конструкции.

Особенностями односторонней стыковой сварки являются большое количество жидкого металла, большая глубина проплавления и перегрев сварочной ванны. Всё это может стать причиной вытекания жидкого металла через зазоры и нарушить формирование сварного шва. Для того, чтобы этого не допустить, необходимо выполнить подварку стыка с обратной стороны, закрыв, таким образом, зазор, или закрыть оборотную сторону шва металлической (медной или стальной) подкладкой или же закрыть этот зазор с оборотной стороны слоем флюса.

Существует четыре самых распространённых способа односторонней автоматической сварки стыковых швов, которые позволяют выполнить сварной шов требуемой конфигурации и получить высокое качество сварки. Рассмотрим эти способы подробнее.

Технология автоматической сварки на флюсовой подушке

Варианты такого способа сварки показаны на рисунке спрва. Суть такого вида сварки заключается в том, что под свариваемые детали поз.1 помещают слой флюса поз2, толщина которого составляет 30-50мм. Флюсовая подушка плотно прилегает к свариваемым кромкам и прижимается к ним в результате воздействия собственного веса свариваемых деталей, или посредством резинного шланга, в котором находится воздух. Давление воздуха в шланге зависит от толщины свариваемого металла и составляет 0,05-0,06МПа при сварке тонкого металла и 0,2-0,25МПа при сварке толстого металла.

Слой флюса исключает вытекание жидкого металла через зазор и обеспечивает хорошее формирование сварного шва и высокое качество сварки. Приблизительные режимы автоматической односторонней стыковой сварки, выполняемой на слое флюса, представлены в таблице ниже:

Сварка под флюсом – дуговая сварка, при которой дуга горит под слоем порошкообразного сварочного флюса.

По степени механизации процесса различают автоматическую сварку под флюсом (подача электрода в зону сварки и перемещение электрода вдоль свариваемых кромок механизированы) и механизированную (механизирована только подача электрода). Схема процесса автоматической сварки под слоем флюса приведена на рис. 10.8.

Электродная проволока с помощью ведущего и нажимного роликов подается в зону сварки. Кромки свариваемого изделия в зоне сварки покрываются слоем флюса, подаваемого из бункера. Толщина слоя флюса составляет t ≈ 30…50 мм. Сварочный ток подводится к электроду через токопроводящий мундштук, находящийся на небольшом расстоянии (40…60 мм) от конца электродной проволоки. Благодаря этому при автоматической сварке можно применять большие сварочные токи. Дуга возбуждается между свариваемым изделием и электродной проволокой. При горении дуги образуется ванна расплавленного металла, закрытая сверху расплавленным шлаком и оставшимся нерасплавленным флюсом.

Пары и газы, образующиеся в зоне дуги, создают вокруг нее замкнутую газовую полость. Некоторое избыточное давление, возникающее при термическом расширении газов, оттесняет жидкий металл в сторону, противоположную направлению сварки. Тонкий слой металла сохраняется лишь у основания дуги. В таких условиях обеспечивается глубокий провар основного металла. Дуга горит в газовой полости, закрытой расплавленным шлаком, в результате чего значительно уменьшаются потери теплоты и металла на угар и разбрызгивание.

По мере перемещения дуги вдоль свариваемых кромок наплавленный металл остывает и образуется сварной шов. Жидкий шлак, имея более низкую температуру плавления, чем металл, затвердевает несколько позже, замедляя охлаждение металла шва. Продолжительное пребывание металла шва в расплавленном состоянии и медленное остывание способствуют выходу на поверхность всех неметаллических включений и газов, получению чистого, плотного и однородного по химическому составу металла шва. Образовавшуюся при остывании жидкого шлака корку вместе с нерасплавленным флюсом после окончания сварки удаляют.

Преимуществами сварки под флюсом перед ручной являются:

1. Высокая производительность, превышающая производительность ручной сварки в 5…10 раз. Это достигается за счет применения больших токов, более концентрированного и полного использования теплоты в закрытой зоне дуги, снижения трудоемкости за счет механизации процесса сварки.

2. Высокое качество металла шва вследствие хорошей защиты сварочной ванны расплавленным шлаком от кислорода и азота воздуха, легирования металла шва, увеличения плотности металла при медленном охлаждении под слоем застывшего шлака.

Рис. 10.8. Схема процесса автоматической сварки под слоем флюса:

а – схема сварки; б – сварочный процесс в зоне дуги;

1 – бункер; 2 – нерасплавленный флюс; 3 – электродная проволока;

4 – ведущий и нажимной ролики; 5 – сварочная дуга; 6 – токоподводящий мундштук; 7 – свариваемое изделие; 8 – жидкотягучая пленка шлака;

9 – шлаковая корка; 10 – сварочная ванна (расплавленный металл);

11 – замкнутая парогазовая полость; 12 – сварной шов

3. Экономия электродного металла при значительном снижении потерь на угар, разбрызгивание металла и огарки. При ручной сварке эти потери достигают 20…30%, а при автоматической сварке под флюсом они не превышают 2…5%.

4. Улучшение условий труда сварщиков.

Однако автоматическая сварка имеет свои недостатки: ограниченная маневренность сварочных автоматов; сварка выполняется, главным образом, в нижнем положении; невозможность визуального наблюдения за горением дуги и формированием шва; засыпка и уборка флюса требуют дополнительных трудозатрат.

Сварочным флюсом называется неметаллический материал, расплав которого необходим для сварки и улучшения качества шва. Флюс защищает дугу и сварочную ванну от вредного воздействия окружающего воздуха и осуществляет металлургическую обработку сварочной ванны. Флюс должен обеспечивать хорошее формирование и надлежащий химический состав шва, высокие механические свойства сварного соединения, устойчивость процесса сварки. По способу изготовления флюсы разделяют на плавленые и неплавленые. Плавленые флюсы представляют сплав окислов и солей SiO₂, MnО, CaF₂ (флюсы марок АН-348А, ОСЦ-45). Неплавленые флюсы (керамические) – это механическая смесь элементов, окислов и солей (рутил, марганцевая руда, кварцевый песок, марганец).

Преимуществом плавленых флюсов являются высокие технологические свойства (защита и формирование шва, отделимость шлаковой корки) и механическая прочность. Преимуществом керамических флюсов является возможность легирования металла шва через флюс. Наиболее широкое распространение получили плавленые флюсы.

Оборудование для сварки под слоем флюса. Сварочное оборудование по своему назначению делят на два вида: основное, с помощью которого осуществляют собственно сварку; вспомогательное, предназначенное для установки и перемещения свариваемых конструкций, сварочных автоматов, полуавтоматов в процессе сварки (манипуляторы, вращатели, кантователи, тележки, площадки, столы и т.п.).

Для выполнения сварки под слоем флюса предназначены подвесные сварочные автоматы (А-1401, А-639 и др.) и автоматы тракторного типа (АДФ-1001, АДФ-1202). В процессе сварки подвесные автоматы перемещаются вдоль шва по специальным направляющим, закрепленным над свариваемыми конструкциями. Сварочные тракторы могут перемещаться вдоль шва как по направляющим, так и непосредственно по конструкции.

Трактор комплектуется сварочным выпрямителем марки ВДУ-1202, в который встроен блок управления трактором.

Технические характеристики сварочного трактора АДФ-1202 представлены в табл. 10.3.

Технические характеристики сварочного трактора АДФ—1202

Напряжение питания (50 Гц), В

Номинальная потребляемая мощность, кВА

Максимальный сварочный ток, А

Диапазон регулирования сварочного тока, А

Род сварочного тока

Диапазон регулирования напряжения на дуге, В

Диаметр электродной проволоки, мм

Скорость подачи электродной проволоки, м/мин