Полярность дуги, проплавление.

Если положительный полюс источника питания (анод) присоединен к изделию, говорят, что ручная дуговая сварка производится на прямой полярности. Если на изделии отрицательный полюс (катод), а на электроде- положительный, то полярность обратная.

Род и полярность тока влияют на проплавление. При сварке постоянным током обратной полярности глубина провара на 40-50% больше, чем при сварке постоянным током прямой полярности, что объясняется различным количеством теплоты, выделяющейся на аноде и катоде. При сварке переменным током глубина провара на 15-20% меньше, чем при сварке постоянным током обратной полярности.

 

Свариваемость.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВАРИВАЕМОСТИ ГОСТ 29273-92.

Металлический материал считается поддающимся сварке до установленной степени при данных процессах и для данной цели, когда сваркой достигается металлическая целостность при соответствующем технологическом процессе, чтобы свариваемые детали отвечали техническим требованиям, как в отношении их собственных качеств, так и в отношении их влияния на конструкцию, которую они образуют.

Свариваемостью называют свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. На свариваемость стали наибольшее влияние оказывает ее химический состав.

По этому показателю проводят оценку свариваемости. Влияние основных легирующих элементов и примесей на свариваемость сталей приведены ниже.

Углерод (С) – один из важнейших химических элементов, определяющих прочность, пластичность, закаливаемость и др. механические и технологические характеристики стали. Содержание углерода в сталях до 0,25% не снижает свариваемости. Более высокое содержание углерода приводит к образованию закалочных структур в металле зоны термического влияния (далее по тексту – ЗТВ) и появлению трещин.

Сера (S) и фосфор (P) – вредные примеси. Повышенное содержание "S" приводит к образованию горячих трещин – красноломкость, а "P" вызывает хладноломкость. Поэтому содержание "S" и "P" в низкоуглеродистых сталях ограничивают до 0,4÷0,5%.

Кремний (Si) присутствует в сталях в количестве до 0,3% в качестве раскислителя. При таком содержании "Si" свариваемость сталей не ухудшается. В качестве легирующего элемента при содержании "Si" – до 0,8÷1,0% (особенно до 1,5%) возможно образование тугоплавких оксидов "Si", ухудшающих свариваемость.

Марганец (Mn) при содержании в стали до 1,0% – процесс сварки не затруднен. При сварке сталей с содержанием "Mn" в количестве 1,8÷2,5% возможно появление закалочных структур и трещин в металле ЗТВ.

Хром (Cr) в низкоуглеродистых сталях ограничивается в количестве до 0,3%. В низколегированных сталях возможно содержание хрома в пределах 0,7÷3,5%. В легированных сталях его содержание колеблется от 12% до 18%, а в высоколегированных сталях достигает 35%. При сварке хром образует карбиды, ухудшающие коррозионную стойкость стали. Хром способствует образованию тугоплавких оксидов, затрудняющих процесс сварки.

Никель (Ni) содержится в низкоуглеродистых сталях в количестве до 0,3%. В низколегированных сталях его содержание возрастает до 5%, а в высоколегированных – до 35%. В сплавах на никелевой основе его содержание является основным. Никель увеличивает прочностные и пластические свойства стали, оказывает положительное влияние на свариваемость.

Ванадий (V) в легированных сталях содержится в количестве 0,2÷0,8%. Он повышает вязкость и пластичность стали, улучшает ее структуру, способствует повышению прокаливаемости.

Молибден (Мо) содержится в количестве до 0,8%. При таком содержании он положительно влияет на прочностные показатели сталей и измельчает ее структуру. Однако при сварке он выгорает и способствует образованию трещин в наплавленном металле.

Титан и ниобий (Ti и Nb) в коррозионностойких и жаропрочных сталях содержатся в количестве до 1%. Они снижают чувствительность стали к межкристаллитной коррозии, вместе с тем ниобий в сталях типа 18-8 способствует образованию горячих трещин.

Медь (Си) содержится в сталях как примесь (в количестве до 0,3% включительно), как добавка в низколегированных сталях (0,15 до 0,5%) и как легирующий элемент (до 0,8÷1%). Она повышает коррозионные свойства стали, не ухудшая свариваемости.

 При оценке влияния химического состава на свариваемость стали, кроме содержания углерода, учитывается также содержание других легирующих элементов, повышающих склонность стали к закалке. Это достигается путем пересчета содержания каждого легирующего элемента стали в эквиваленте по действию на ее закаливаемость с использованием переводных коэффициентов, определенных экспериментально. Суммарное содержание в стали углерода и пересчитанных эквивалентных ему количеств легирующих элементов называется углеродным эквивалентом. Для его расчета существует ряд формул, составленных по различным методикам, которые позволяют оценить влияние химического состава низколегированных сталей на их свариваемость:

С_ЭКВ = С + Мn /6 + Сr/5 + Мо/5 + V/5 + Ni/15 + Си/15 (метод МИС);

С_ЭКВ = С + Мn/6 + Si/24 + Ni/40 + Сr/5 + Мо/4 (японский метод);

[С]_Х = С + Мn/9 + Сr/9 + Ni/18 + 7Мо/90 (метод Сефериана),

С _экв = С + Мn/6 + (Cr +Mo+V) /5 + (Ni+Cu)/15  метод СССР

           

где цифры указывают содержание соответствующих элементов в целых процентах.

По свариваемости стали условно делят на четыре группы: хорошо сваривающиеся, удовлетворительно сваривающиеся, ограниченно сваривающиеся, плохо сваривающиеся.

К группе хорошо сваривающих относят наиболее распространенные марки низкоуглеродистых и легированных сталей (С_Х≤0,38), сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки, а также без последующей термообработки. Литые детали с большим объемом наплавленного металла рекомендуется сваривать с промежуточной термообработкой. Для конструкций, работающих в условиях статических нагрузок, термообработку после сварки не производят. Для ответственных конструкций, работающих при динамических нагрузках или высоких температурах, термообработка рекомендуется.

К группе удовлетворительносваривающих относят углеродистые и легированные стали (С_х=0,39÷0,45), при сварке которых в нормальных условиях производства трещин не образуется. В эту группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин необходимо предварительно нагревать, а также подвергать последующей термообработке. Термообработка до сварки различная и зависит от марки стали и конструкции детали. Для отливок из стали 30Л обязателен отжиг. Детали машин из проката или поковок, не имеющих жестких контуров, можно сваривать в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск). Сварка при температуре окружающей среды ниже 0°С не рекомендуется. Сварку деталей с большим объемом наплавляемого металла рекомендуется проводить с промежуточной термообработкой (отжиг или высокий отпуск).

В случае, когда невозможен последующий отпуск, заваренную деталь подвергают местному нагреву. Термообработка после сварки разная для различных марок сталей. При заварке мелких дефектов стали, содержащей более 0,35% углерода, для улучшения механических свойств и обрабатываемости необходима термическая обработка (отжиг или высокий отпуск по режиму для данной стали).

К группе ограниченно сваривающихся относят углеродистые и легированные стали (С_Х=0,46÷0,59) перлитного класса, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. Свариваемость этой группы сталей обеспечивается при использовании специальных технологических мероприятий, заключающихся в их предварительной термообработке и подогреве. Кроме того, большинство изделий из этой группы сталей подвергают термообработке после сварки. Для деталей и отливок из проката или поковок, не имеющих особо жестких контуров и жестких узлов, допускается заварка в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск).

Без предварительного подогрева такие стали можно сваривать в случаях, когда соединения не имеют жестких контуров, толщина металла не более 14мм, температура окружающей среды не ниже +5°С и свариваемые соединения имеют вспомогательный характер. Во всех остальных случаях обязателен предварительный подогрев до температуры 200°С.

Термообработка данной группы сталей назначается по режиму, выбираемому для конкретной стали.

К группе плохо сваривающихся относят углеродистые и легированные стали (С_х≥0,60) перлитного класса, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонные к образованию трещин. При сварке этой группы сталей с использованием рациональных технологий не всегда достигаются требуемые эксплуатационные свойства сварных соединений. Эти стали свариваются ограниченно, поэтому их сварку выполняют с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой. Перед сваркой такая сталь должна быть подвергнута термообработке – отжигу. Независимо от толщины и типа соединения сталь необходимо предварительно подогреть до температуры не ниже 200°С. Термообработку изделия после сварки проводят в зависимости от марки стали и ее назначения.

 

Подключение нулевого провода В соответствии с ОСТ 24.050.34-84 Проектирование и изготовление стальных сварных конструкций вагонов п.2.5.10. свариваемые изделия (кузов, рама и др. элементы вагона) должны подключаться к сварочному посту (независимо от позиции сварки) по двухпроводной схеме. Обратный токопровод подключается к свариваемому изделию как можно ближе к месту сварки с обеспечением надёжного контакта. Место (контакт) подключения должно быть тщательно зачищено до металлического блеска.

 

Инструмент сварщика.

Основным рабочим инструментом электросварщика является электрододержатель, служащий для удержания электрода, подвода к нему сварочного тока и манипулирования электродом в процессе сварки.

Согласно ГОСТ14651—78 к электрододержателям предъявляются основные требования:обеспечить смену электрода в течение не более 4 с.; закрепление электрода в электрододержателе должно быть не менее чем в двух положениях: перпендикулярном и под углом; рукоятки электрододержателей и детали должны быть изолированы электро- и теплоизоляционными материалами: вес не должен превышать 0,5 кг при сварочном токе до 300А и 0,75 кг при сварочном токе до 500А.  Изготавливаются электрододержатели пассатижного, винтового, рычажного и защелочного типов.

Наиболее распространены электрододержатели пассатижного типа.

 

Пружина, помещенная в защитном колпачке, прижимает подвижный рычаг, к которому прикреплены верхние губки. Нижние губки являются продолжением основной токоведущей части электрододержателя, соединенной со сварочным проводом с помощью конуса с резьбовой конусной втулкой. Раскрытие губок для смены электрода осуществляется нажатием на рычаг. Губки имеют канавки для закрепления электрода в двух положениях. Губки изготовлены из меди. В случае короткого замыкания электрод не приварится к губкам.

Сечение сварочного кабеля, присоединяющего источник питания к электрододержателю, подбирают в зависимости от наибольшей величины сварочного тока:

при токе до 240 А — 25 мм²; до 300 А — 35 мм², до 400 А — 50 мм², до 500 А — 70 мм².

В случае использования негибкого кабеля конец его, подсоединяемый к электрододержателю, длиной не менее 1,5—3 м должен быть обязательно гибким. Общая длина сварочного кабеля должна быть не более 30—40 м, так как при более длинном кабеле ухудшается процесс сварки из-за падения напряжения в сварочной цепи.

Для подсоединения сварочного кабеля к источнику питания используют специальный концевой соединитель заводского изготовления или приваренную к кабелю клемму. Сращивание коротких кусков кабеля осуществляют соединителями заводского изготовления.

Соединение отрезков сварочного кабеля скрутками его оголенных жил, а также подсоединение кабеля к сварочному аппарату без специального подсоединителя или наконечника категорически запрещается. Это может привести к поражению рабочих, случайно прикоснувшихся к скрутке, током, а также вызвать пожар в случае контакта нагревшейся скрутки с пожароопасными материалами. Кроме того, такой способ соединения кабеля вызывает его перегрев вследствие плохого контакта в местах соединения, что приводит к преждевременному износу кабеля.

В процессе работы сварщик пользуется инструментами для зачистки кромок от ржавчины и других загрязнений, а также для вырубки дефектов и зачистки швов от шлака. Для этого применяют металлическую проволочную щетку, зубило, молоток, комбинированное зубило с рукояткой, имеющее один заостренный конец, а другой конец в виде обычного зубила. Такая форма зубила удобна для очистки от шлака отдельных слоев многослойного шва. 

У сварщика должно быть личное клеймо для клеймения выполненных швов. Для измерения разделки кромок, зазора между стыками и сварных швов используют набор шаблонов. Шаблоны позволяют контролировать угол скоса кромок, размер притупления, качество сборки под сварку, размер депланации (превышение одной кромки над другой) стыковых швов и величину зазора в стыковых и тавровых соединениях. В готовых сварных швах могут быть проверены высота выпуклости стыкового и углового шва, ширина шва, величина катета углового шва. Применение шаблонов помогает улучшению качества подготовки, сборки и сварки сварных соединений.