Механизация облегчает труд сварщика, особенно, когда работы ведутся на конструкциях больших размеров с протяженными сварными швами. Главное достоинство механизации: минимизируется человеческий фактор, повышается повторяемость формы и качества сварных швов, повышается производительность и экономическая выгода проведения сварочных работ.
1 / 1
Нормативные акты, используемые при проведении сварных работ
Перечень основных Государственных стандартов, посвященных механизированной сварке, включает:
- ГОСТ 2601-84 Сварка металлов. Термины и определения основных понятий;
- ГОСТ 14771-76 Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры;
- ГОСТ 19521-74 Сварка металлов. Классификация;
- ГОСТ 3.1705-81 Единая система технологической документации. Правила записи операций и переходов. Сварка;
- ГОСТ 11969-79 Сварка плавлением. Основные положения и их обозначения;
- ГОСТ 29273-92 Свариваемость. Определение;
- ГОСТ 30430-96 Сварка дуговая конструкционных чугунов. Требования к технологическому процессу;
- ГОСТ 2.312-72 Единая система конструкторской документации. Условные изображения и обозначения швов сварных соединений;
- ГОСТ Р ИСО 17659-2009 Сварка. Термины многоязычные для сварных соединений;
- ГОСТ Р ИСО 857-1-2009 Сварка и родственные процессы. Словарь. Часть 1. Процессы сварки металлов. Термины и определения;
- ГОСТ 8713-79 Сварка под флюсом. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.
Область использования
Данный вид технологических работ широко используется при производстве:
- корпусов судов, узлов и заготовок в судостроении;
- резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов;
- стальных труб и магистральных трубопроводов;
- металлических и железобетонных конструкций в строительстве;
- отдельных частей автомобиля в автомобильной промышленности;
- мостов;
- бытовых металлических изделий (ворота, ограды);
- при ремонте сельскохозяйственной и автомобильной техники и др.
Технология механизированной обработки
Сначала обрабатываемые поверхности подготавливают. Проводят правку для устранения деформаций проката, наносят разметку, выполняют резку металла и обработку кромок. Края подвергают механической обработке абразивными материалами (инструментами) высокой твердости.
Далее выбирают режим сварки. Определяют силу, род и полярность тока, напряжение дуги, скорость сварки, температуру окружающей среды, число проходов, пространственное положение шва.
К электроду подводят электроэнергию, а обрабатываемое изделие заземляют для возбуждения и поддержания дуги. При соприкосновении этих объектов возникает сварочный ток. Под воздействием нагрева металл электрода и кромка изделия плавятся. Расплавленные частицы одного и другого вещества попадают в сварочную ванну, где происходит их смешивание в единую массу. При этом образуется расплавленный шлак, который поднимается на поверхность и образует защитную пленку. Затвердевание металла способствует образованию сварного шва.
На качество места соединения влияет наличие воздуха. Чтобы шов оставался прочным, локацию обрабатывают защитным газом, образующимся при сгорании углерода, или флюсом.
Минусы
- • В ряде случаев в результате смешивания основного материала с добавленным, наблюдается ухудшение практических свойств;
- • при неправильном выборе режима деформация, провоцируемая высокими температурами, может быть чрезмерной, что требует принятия дополнительных мер по сохранению геометрии заготовки;
- • решающему задачу мастеру нужно обладать теоретическими знаниями в области сочетаемости металлов, чтобы сделать покрытие не просто равномерным, а с нужными свойствами;
- • небольшое количество сочетаний по сравнению с тем же напылением;
- • трудно покрывать малые элементы сложных форм – ванну приходится постоянно переносить и не всегда удается осуществить это плавно.
Технология частично механизированной сварки
Частично механизированная сварка предполагает ручное перемещение горелки и (или) заготовки и осуществление погрузки и разгрузки деталей. А вот подача присадочного металла происходит механическим способом. Возможна ручная регулировка сварочных параметров.
Существуют левый и правый способ газовой сварки. Левый способ заключается в перемещении горелки справа налево, при этом также передвигается перед пламенем присадочный пруток. В идеале движение должно носить зигзагообразный характер, перпендикулярный шву.
Правая сварка подразумевает прямолинейное перемещение горелки слева направо. Пламя расположено перед прутком и направлено в сторону расплавленной ванны. Металлический шов остывает не так быстро, как в первом случае. Из-за этого прочность соединения и производительность работ повышаются, а расход газа уменьшается.
Порошковая проволока
Речь идёт о так называемой «порошковой» проволоке для механизированной сварки, производимой согласно требованиям ГОСТ 26101-84 и имеющей сложную структуру. В её составе имеется специальная оболочка, частично заполненная шихтой, за счёт чего отдельные образцы проволоки в диаметре достигают 40 мм.
После расплавления этого вида активной добавки в шихту выводятся компоненты, обеспечивающие выполнение следующих задач:
- защита обрабатываемого металла от содержащегося в азоте кислорода;
- поддержание ровной и стабильной дуги;
- получение качественного шва.
Также необходимо заметить, что при механизированной сварке такая проволока может применяться совместно с флюсом и углекислотой.
Сварочное оборудование
Производство сварных швов реализуется с помощью автоматических и полуавтоматических аппаратов.
Автоматический прибор включает в себя:
- газовый редуктор;
- баллон с кислотами;
- подогреватель;
- осушитель.
Главным элементом автомата является сварочная головка. От того, с какой скоростью (постоянной или переменной) она подает электродную проволоку, зависит скорость плавления.
Примерная стоимость автоматических приборов на Яндекс.маркет
Полуавтомат обеспечивает подачу проволоки механическим способом. Перемещение дуги по направлению шва реализуется ручным управлением.
Полуавтоматическая техника включает в себя:
- электродержатель;
- кассеты;
- шкаф управления;
- сварочную горелку;
- источник питания;
- провод.
Примерная стоимость аппаратов для полуавтоматической сварки на Яндекс.маркет
Основным элементом механизма является электродержатель. Он сохраняет электрод в определенном положении и обеспечивает подачу тока в зону сварки. Активация дуги происходит посредством замыкания или пусковой кнопки, расположенной на рукояти держателя.
Рис. 1. Схема автоматической наплавки под слоем флюса: 1 — деталь; 2 — слой флюса; 3 — газовое пространство; 4 — бункер с флюсом; 5 — мундштук; 6 — электрод; 7 — электрическая дуга; 8 — шлаковая корка; 9 — наплавленный слой (шов).
При наплавке под слоем флюса оба сомножителя в этой формуле значительно больше, чем при ручной сварке, поэтому производительность возрастает в 6… 10 раз.
Недостатки сварки под слоем флюса — невидимость дуги и значительные расход и стоимость флюса. Невидимость места сварки требует повышенной точности подготовки изделия к процессу и сборке, а кроме того, затрудняет сварку при сложной конфигурации шва.
Автоматическую наплавку под флюсом применяют для восстановления плоских и цилиндрических деталей. Изношенные тракторные и автомобильные детали наплавляют на специальных токарных станках, которые оборудуют редуктором, позволяющим получать частоту вращения шпинделя в пределах от 0,2 до 5 мин“1.
Сварочную головку устанавливают на суппорте станка. Для подвода тока к детали на шпинделе устанавливают токосъемник. Деталь, подготовленную к наплавке, зажимают в токарном патроне или в центрах. Наплавка деталей диаметром менее 80 мм затруднительна, а диаметром менее 40 мм совсем невозможна. Это следует отнести к недостаткам данного способа. Чтобы получить шов хорошего качества на поверхности детали, электрод смещают от зенита в направлении против вращения детали на размер а. Смещение зависит от диаметра детали, силы сварочного тока, длины и напряжения дуги, частоты вращения. При наплавке деталей диаметром 80…300 мм смещение электрода колеблется от 5 до 30 мм, с уменьшением диаметра смещение увеличивается. В каждом конкретном случае смещение электрода определяют опытным путем по качеству шва.
Хорошее качество наплавки во многом зависит от применяемого флюса. При автоматической наплавке используются плавленые и неплавленые керамические флюсы, а также флюсы-смеси.
Плавленые флюсы представляют собой сравнительно сложные силикаты, по своим свойствам близкие к стеклу. Температура их плавления не более 1200 °С. По размеру зерен (0,1…5 мм) оНи стандартизированы на четыре группы. В состав плавленых флюсов не входят ферросплавы, свободные металлы, углеродистые вещества. Эти флюсы, как правило, слабые раскислители. В ремонтной практике наибольшее применение получили плавленые флюсы ДН-348А, ОСЦ-45 и АН-15, содержащие в своем составе 35…43% закиси марганца. Такие флюсы позволяют получить наибольшую устойчивость дуги, меньше выделяют вредных примесей и в сочетании с углеродистыми и низколегированными проволоками способствуют высокому качеству наплавки.
Керамические флюсы по своему составу и способу приготовления во многом сходны с качественными (толстыми) покрытиями электродов. Эти флюсы наряду с защитными содержат легирующие и модифицирующие элементы. В отличие от плавленых флюсов керамические позволяют в широком диапазоне легировать наплавленный слой и при использовании даже дешевой низкоуглеродистой проволоки получать качественные износостойкие покрытия. Размер зерен выпускаемых керамических флюсов 1..3 мм. Наибольшее применение для наплавки деталей получили флюсы АНК-3, АНК-30, АНК-18, АНК-19 и ЖСН-1.
Флюсы- смеси приготавливают преимущественно из плавленых и керамических в различных соотношениях в зависимости от того, какие свойства важно получить в наплавленном металле. При смешивании необходимо, чтобы размер зерен и их плотность были близкими. Иногда в плавленые флюсы добавляют до 40% чугунной стружки, которая повышает коэффициент наплавки и твердость наплавленного слоя за счет его науглероживания.
Электродная проволока для наплавки изношенных деталей под слоем флюса выбирается принципиально так же, как и при ручной наплавке. Кроме сварочной проволоки типа Св, широко используют специальную наплавочную проволоку типа Нп (Нп-30, Нп-50Г, Нп-30Х5, Нп-45Х4ВЗФ и др.).
Все большее распространение при восстановлении деталей получают порошковые проволоки. Они представляют собой непрерывный электрод диаметром 2,5…5,0 мм, состоящий из металлической оболочки, заполненной порошком. В качестве наполнителя применяют смесь металлических порошков, ферросплавов, шлако-и газообразующих и других элементов, подобных используемым для электродных покрытий. Изменение состава наполнительных порошков позволяет с достаточно большой точностью получать необходимое качество наплавленного слоя без дополнительной защиты зоны наплавки флюсом или другим способом.
Порошковые проволоки марок ПП-АН1, ПП-1ДСК и другие при сварке или наплавке низко- и среднеуглеродистых сталей позволяют получать хорошее качество шва без дополнительной защиты. Самозащитные проволоки марок ПП-ЗХ13-0, ПП-ЗХ4ВЗФ-0 и другие дают поверхность повышенной износостойкости с твердостью до HRC 56 без термической обработки.
Повышение производительности при восстановлении сильно изношенных деталей (опорных катков, поддерживающих роликов, направляющих колес гусеничных тракторов и др.) достигают применением двух и многоэлектродной наплавки, а также наплавки стальным или порошковым ленточным электродом.
Автоматической наплавкой под слоем флюса восстанавливают шейки коленчатых валов и другие ответственные детали, поверхности которых находятся в условиях повышенного изнашивания.
Автоматическая наплавка в среде защитных газов. Во многих случаях, когда затруднительно, невозможно или слишком дорого применять сварку под слоем флюса, используют другие защитные среды: аргон, углекислый газ, пар и т. п. Наибольшее применение в ремонте машин получил углекислый газ.
Сущность процесса наплавки в среде углекислого газа заключается в следующем. Газ подается в зону сварки из специальных горелок, монтируемых на автоматических сварочных головках, а также с помощью специальных аппаратов, предназначенных для сварки в среде углекислого газа. Из баллона по трубке углекислый газ поступает в сопло горелки, прикрепленной к мундштуку. Омывая наконечник и электродную проволоку, углекислый газ оттесняет воздух и защищает зону сварки от воздействия азота и кислорода.
Преимущества этого способа: видимость места сварки, отсутствие шлаковой корки, дешевизна углекислого газа по сравнению с флюсом и возможность наложения неудобных и сложной конфигурации швов вплоть до потолочных.
Применение тонкой электродной проволоки толщиной 0,5…1,2 мм на малых токах в сочетании с видимостью процесса дало возможность широко использовать этот способ при ремонте кузовов, кабин и оперения тракторов и автомобилей.
Недостаток наплавки в среде углекислого газа — повышенная податливость наплавленного слоя к образованию трещин, а также к выгоранию легирующих элементов. Этому способствует разложение углекислого газа при высоких температурах на оксид углерода и атомарный кислород. Вредное явление предупреждают, применяя электродную проволоку с повышенным содержанием марганца, кремния, хрома, титана и других раскислителей.
Иногда вместо углекислого газа для защиты зоны сварки применяют пар. В этом случае изготавливают новое сопло горелки, которое отличается тем, что во внутренней части сделана кольцевая полость для сбора конденсата. Пар значительно дешевле флюса и углекислого газа, но наплавляемый шов может получаться с порами и трещинами. Поэтому пар применяют для наплавки неответственных деталей: опорных катков, поддерживающих роликов, направляющих колес и др.
Рис. 2. Схема автоматической наплавки в среде углекислого газа: 1 — мундштук; 2 — трубка для углекислого газа; 3 — сопло; 4 — наконечник; 5 — электродная проволока.
Оборудование для автоматической наплавки состоит из источника питания током, сварочной головки и станка для наплавки или переоборудованного токарного станка.
Источники питания током. Обычно используют постоянный ток, потому что при переменном токе сложнее добиться устойчивого горения дуги. В качестве источника тока используют сварочные преобразователи типа ПСО-300, ПД-501, ГД-502 или универсальные сварочные выпрямители типов ВДУ-305, ВДУ-504, ВДУ-1201 и ВДУ-1601. Кроме того, для автоматической сварки и наплавки промышленность выпускает специальные выпрямители типа ВДГ-601.
Сварочная головка — основной элемент автоматической наплавочной установки. Она состоит из подающего механизма с электродвигателем и редуктором, позволяющим изменять скорость подачи проволоки в широком диапазоне; кассеты для электродной проволоки; бункера для флюса и аппаратного ящика или щита управления. На ремонтных предприятиях применяют головки марок А-580М, А-874М, А-874С, А-384МК, ОКС-5523 ГОСНИТИ и др.
Наряду с автоматами для сварки и наплавки широко применяют полуавтоматы. В них механизирована только подача прго-волоки и флюса, а сварочную дугу перемещают вручную. Поэтому токопроводящий мундштук отделен от механизма подачи проволоки и выполнен в виде держателя для удобства пользования. Механизм подачи проволоки соединен с держателем гибким шлангом, внутри которого проходит электродная проволока. Это дает возможность большой маневренности. Таким полуавтоматом можно сваривать швы любой конфигурации даже в труднодоступных местах.
Деление сварочных аппаратов на автоматы и полуавтоматы можно считать условным. Достаточно закрепить держатель полуавтомата на суппорте токарного станка, а свариваемой детали сообщить постоянную скорость движения в направлении свариваемого шва, как полуавтомат превращается в автомат. Поэтому полуавтоматы на ремонтных предприятиях используют более широко, чем автоматы. По своему назначению полуавтоматы условно разделяют на полуавтоматы для сварки под слоем флюса, в защитных газах, универсальные и специальные.
г Для сварки под слоем флюса используют полуавтоматы ПШ-54, ПДШМ-500 и ПДШР-500, но в ремонтной практике они не получили большого применения из-за невидимости дуги при сварке и низкой маневренности. В ремонте более широко используют полуавтоматы марок А-547У, А-547Р, ПДПГ-500, А-929С и другие для сварки в защитных газах и универсальные полуавтоматы марок А-715, А-765, А-1197 и др. Универсальные полуавтоматы снабжены сменным унифицированным оборудованием, позволяющим использовать их для сварки и наплавки под слоем флюсов, в защитных газах, а также сплошной и порошковой проволоками.
Специальные полуавтоматы выпускают для выполнения сварки в монтажных или полевых условиях и, кроме того, для сварки цветных металлов.
Переносные полуавтоматы А-1114 и ранцевого типа ПДГ-304 предназначены для сварки в монтажных и полевых условиях на постоянном токе проволокой диаметрами от 0,8 до 2 мм. Полуавтомат ПШП-10 предназначен для сварки алюминия и его сплавов в защитных газах.
Станки для наплавки. В качестве устройства для перемещения наплавляемой детали, автоматической и сварочной головки на ремонтных предприятиях часто используют токарный станок, оборудованный специальным редуктором, понижающим частоту вращения шпинделя. Наплавляемую деталь крепят в шпинделе или в центрах станка, а сварочную головку — на суппорте. Но уже разработаны универсальные (У-651, У-652 и др.) и специализированные (У-425, У-427 и др.) наплавочные станки.
Вибродуговая наплавка — разновидность автоматической наплавки под слоем флюса и в защитных газах. Она отличается тем, что сварку ведут проволочным электродом с частотой 50…110 колебаний в секунду. Амплитуда колебаний электрода относительно наплавляемой детали обычно составляет 1…3 мм. Вибрация электрода существенно влияет на качество наплавки и на весь ход процесса и дает ряд преимуществ по сравнению с обычной электродуговой наплавкой.
В связи с разрывом дуги при вибродуговой наплавке происходит мелкокапельный переход металла с электрода на деталь; образуется минимально возможная сварочная ванна, способствующая достаточно хорошему сплавлению электродного металла с основным, небольшому нагреву детали и созданию малой по глубине зоны термического влияния. Кроме того, уменьшается выгорание легирующих элементов электродной проволоки по сравнению с обычной дуговой наплавкой. Вибродуговой наплавкой можно получить сравнительно тонкие и весьма прочные покрытия толщиной 0,8…2,5 мм на круглых деталях диаметром от 15 мм и больше.
Часто при вибродуговой наплавке используют охлаждающую жидкость (3…5%-ный водный раствор кальцинированной соды), которую подают н,а деталь в виде струи на 15…20 мм выше зоны горения дуги.
Наряду с преимуществами вибродуговая наплавка имеет и целый ряд недостатков. Наплавленный слой часто получается пористым и неоднородным по твердости и структуре металла. В результате усталостная прочность деталей снижается почти в 2 раза. В связи с этим применение вибродуговой наплавки для восстановления ответственных деталей, подвергающихся большим знакопеременным и циклическим нагрузкам (цапфы, коленчатые валы и др.), весьма ограниченно. Производительность вибродуговой наплавки ниже обычной автоматической, а потери на разбрызгивание и угар выше и достигают 6…8%.
Вибродуговую наплавку ведут преимущественно на постоянном токе обратной полярности при напряжении 12…20 В и плотности тока 50…70 А/мм2.
Для получения износостойких слоев применяют высокоуглеродистые наплавочные проволоки Нп-65, Нп-80, Нп-65Г, пружинную и др- Качество наплавки повышают, защищая зону сварки углекислым или другими газами.
В качестве источников питания используют такие же преобразователи и выпрямители, как при обычной автоматической наплавке.
Сварочные головки принципиально устроены так же, как и автоматические сварочные головки, но в отличие от последних не имеют бункера для флюса и снабжены вибратором. На ремонтных предприятиях в основном применяют наплавочные головки с механическим вибратором ОКС-1252, ОКС-6569, ВГ-4, ВГ-5 и ВГ-8М. Последняя предназначена для вибродуговой наплавки в среде углекислого газа.
Механизированная сварка под флюсом
Флюс – это порошкообразное вещество для сварки, соответствующее ГОСТ 8713-79. Своими свойствами он напоминает электродное покрытие, а основным веществом является силикатный марганец.
Флюс бывает плавленым и неплавленым. К первым относятся вещества, прошедшие высокотемпературную обработку в печах. Ко вторым причислены флюсы керамического происхождения и порошки, спекшиеся и раздробленные до определенного размера.
Чаще всего сварка под флюсом используется при соединении высоколегированной и нержавеющей стали, алюминиевых и медных сплавов.
Примерная стоимость флюса на Яндекс.маркет
Недостатки швов
Дефекты сварочных швов возникают вследствие:
- дифференциального нагрева металлического изделия;
- усадки расплавленного вещества;
- структурных изменений в химическом элементе.
Для предотвращения несовершенства сварки детали закрепляют в специальных инструментах. Этот вариант идеально годится для вязких составов, которые не вызывают образование трещин.
Некоторые сварщики используют метод обратной деформации или метод полного (частичного) устранения внутренних напряжений.
Классический случай устранения недостатков – термическая обработка посредством высокого отпуска. Изделие нагревают до 650°С и после недолгой выдержки медленно охлаждают.
Плюсы
- • можно создавать покрытия значительной толщины (до 2-3 мм) и таким образом возвращать изначальную геометрию даже сильно изношенным изделиям;
- • производительность в 1,5-3 раза выше, чем при любом из ручных методов;
- • используемое оборудование сравнительно надежное и простое в транспортировке;
- • отсутствуют ограничения по габаритам предметов – конусы доменных печей, сосуды атомных реакторов и другие большие объекты тоже реально защитить и восстановить;
- • каждый метод достаточно легок в реализации;
- • наносимый слой может быть какого угодно состава, от чистой меди до комбинированной пластмассы;
- • наплавку не проблема сочетать с другими методами обработки, допустим, с азотированием или плазменной закалкой.
