АВТОМАТИЧНЕ ЗВАРЮВАННЯ ПІД ФЛЮСОМ

 

При зварюванні під флюсом (рис. 4) дуга горить між кінцем електродного дроту і металом, що зварюється. Ролики механізму подачі просувають електродний дріт в зону зварювання.

Рис.4. Схема зварювання під флюсом:

V_ПОД, V_CВ - швидкості подачі і зварювання; 1 - метал, що зварюється; 2 - дуга; 3 - електродний дріт; 4 – струмопід-вод; 5 - джерело струму; 6 - ролик, що подає; 7 – розплавле-ний шлак; 8 - флюс; 9 – шлакова корочка; 10 - метал шва;
11 - метал зварювальної ванни

Зварювальний струм від джерела підводиться через електроконтакти ковзання до електродного дроту і постійним контактом до виробу. Зварювальна дуга горить у газовому пузирі, що виникає між розплавленим флюсом і поверхнею розплавленого металу зварювальної ванни. Метал шва утвориться в результаті кристалізації спільно розплавлених дугою металів електрода і виробу (основного металу). Розплавлений флюс, кристалізуючись, створює на поверхні шва шлакову корочку. Використовуваний для зварювання флюс засипається перед дугою з бункера шаром товщиною 40 – 80 мм і шириною 40–100 мм (чим більше ширина шва, тим більше товщина і ширина шару флюсу). В результаті горіння дуги під шаром флюсу втрати металу на угар і розбризкування не перевищують 3%. Для зварювання використовується змінний і постійний струм прямої чи зворотної полярності. Відсутність на дроті покриття, як при ручному зварюванні, знімає обмеження і по максимальній температурі нагрівання вильоту електроду. Високі значення сили зварювального струму визначають підвищену глибину проплавлення основного металу. У результаті при зварюванні під флюсом без оброблення країв, що зварюються, можна зварити метал більшої товщини, чим при ручному дуговому зварюванні покритими електродами.

 

НАПІВАВТОМАТИЧНЕ ЗВАРЮВАННЯ

В СЕРЕДОВИЩІ ЗАХИСНИХ ГАЗІВ (НДЗ)

 

Напівавтоматичне зварювання в середовищі захисних газів (НДЗ) в останні роки набув широкого застосування в промисловості і при будівельно-монтажних роботах. Існує кілька різновидів дугового зварювання в захисних газах, схеми яких наведені на рис. 5.

Рис. 5. Схема дугового зварювання в атмосфері захисних газів:

1 – потік газу; 2 – сопло; 3 – електрод (дріт);

4 – зварювальна дуга; 5 –заготовка

 

Зварювання може виконуватися звичайним вольфрамовим електродом, що не плавиться, або електродом, що плавиться. У першому випадку зварний шов утворюється за рахунок розплавлювання країв виро-бу і, якщо необхідно, подаваної в зону дуги присадного дроту. Електрод, що плавиться, у процесі зварювання розплавляється і бере участь в утворенні металу шва. Для захисту застосовуються три групи газів: інертні (аргон, гелій); активні (вуглекислий газ, азот, водень та ін.); суміші газів інертних і активних. Вибір захисного газу визначається хімічним складом металу, що зварюється, вимогами, пропонованими до властивостей зварного з'єднання; економічністю процесу й інших факторів.

Суміш інертних газів з активними рекомендується застосовувати для підвищення стійкості дуги, збільшення глибини проплавлення і форми шва, металургійної обробки розплавленого металу, підвищення продуктивності зварювання.

При виборі способу необхідно спиратись на товщину листа і умови роботи (заводські або монтажні). Умовно можна прийняти, що раціональні товщини для ручного зварювання від 4 до 14 мм, напівавтоматичного в захисних газах від 2 до 14 мм, автоматичного під флюсом від 10 мм. Визначення умов роботи дозволить правильно вибрати спосіб. Так, автоматичне зварювання дає найвищу якість і продуктивність, але має низьку універсальність процесу, тому використовується, практично, в заводських умовах. Ручне зварювання найбільш універсальний спосіб, але низькі якість і продуктивність, практично, обмежують його використання в заводських умовах. Напівавтоматичне зварювання має проміжні позиції, тому може використовуватись в різних умовах.

4. При виконанні даного пункту необхідно вибрати зварювальні матеріали і дати їх характеристику. Для РДЗ це штучні покриті електроди, для НДЗ – зварювальний дріт і захисний газ, для АДЗ – зварювальний дріт і флюс.

Електроди для РДЗ вивчають в роботі [1, т.1, с.162] і підбирають, виходячи з межі міцності σ _в, яка подається в типі електроду. Межа міцності електрода, а, точніше, металу шва, який утворюється після переплавлення електрода, повинна відповідати межі міцності сталі.

Приклад. Якщо вуглецева або низьколегована сталь має σ _в до
600 МПа, то необхідно вибрати електрод загального призначення типу Е60 („60” – σ _в = 600 МПа), якщо сталь теплостійка або високолегована тип електрода підбирають за хімічним складом. Для сталі 12МХ – електрод Е09ХМ або Е09Х1М [1, т.1, табл.V.35; V.36.; V.37; V.38 ].

Для електродів крім типу необхідно вибрати ще марку, [1, т.1, табл.V.39]. Для одного типу електрода може додаватись декілька марок. Марка електрода підбирається з таких умов: роду струму і полярності, положення зварювання, коефіцієнта наплавлення.

Род струму спрощено можна призначити, виходячи з марки сталі. Для вуглецевої (низьковуглецевої) сталі можна вибирати змінний струм, для легованої сталі – постійний. Положення зварювання визначається технологією і може бути нижнім, вертикальним і стельовим.

Коефіцієнт наплавлення „α _н” – найважливіший нормуючий показник для всіх електричних способів зварювання плавленням. Він показує скільки грамів металічного матеріалу можна наплавити силою струму в 1А за час – 1 год. Розмірність α _н: [ ].

 

Приклад. Для типу електрода Е 09МХ можна вибрати марку
УОНИ –13/45 МХ з такою характеристикою [1, Т1, табл.V.44]:

– марка зварювального дроту – СВ-08А;

– род струму – постійний;

– положення зварювання – всі положення;

– коефіцієнт наплавлення [ ] – 10, 5;

– режим прожарювання:

а) температура, ⁰С – 300...350;

б) час, хв – 60:

– межа міцності (тимчасовий опір σ _в) МПа – 450;

– відносне видовження δ, % – 18;

– ударна в’язкість (КС), Дж/см² – 88.

 

У разі застосування інших способів зварювання, необхідні дані для вибору і характеристики можна знайти в таких роботах: дроту [1, V.6. с.155], газу [1, V.13, с.179], флюсу [1, V.12, с.175, 176].

Крім того, рекомендації по вибору оптимальних зварювальних матеріалів подаються в матеріалах по зварюванню низьковуглецевих і низьколегованих сталей [1, глава: ХV, табл.ХV.2., ХV.6, ХV.7], а також зі зварювання високолегованих сталей [1, глава: XVI., табл. ХV1.5, ХV1.6, ХV1.7, ХV1.9, ХV1.12, ХV1.15, ХV1.12, ХV1.22] і будівельних конструкцій [1, Глава: Х1Х, табл. Х1Х 2, Х1Х3].

Можна зазначити, що захисні гази поділяються на активні та інертні. Для зварювання легованих сталей можна порадити інертні гази, а вуглецевих – активні. Флюси поділяються за різними ознаками на плавлені і керамічні, склоподібні і пемзоподібні. Найбільш поширені плавлені, склоподібні флюси.

5. При визначенні режимів дугового зварювання необхідно обмежитись такими показниками:

а) – сила зварювального струму [А];

б) U _д – напруга на дузі [В];

в) – час зварювання [год];

г) V _зв – швидкість зварювання [ ].

Попередньо необхідно визначити діаметр електроду або дроту, від якого прямо залежать означені показники і, в першу чергу, сила зварю-вального струму.

Діаметр електрода для РДЗ підбирають виходячи з товщини заготов-ки:

Товщина заготовки, мм 1-2 3 4-5 6-12 13 і більше

Діаметр електрода, мм 1, 5-2 3 3-4 4-5 5-8

Діаметр дроту підбирають за рекомендаціями, виходячи з товщини.

Величину сили струму для РДЗ можна підрахувати за формулами:

, або ,

де d_е – діаметр електрода, мм;

– коефіцієнт, що залежить від діаметра електроду:

Діаметр електрода, мм 2 3 4 5 6

25-30 30-45 35-50 40-55 45-60

 

Напругу на дузі для РДЗ можна підрахувати за формулою:

U _д = α + β l _д,

де α = 10.. 12 [В] (для стальних електродів);

β = 2, 0... 2, 5 [В/мм], коефіцієнти, що характеризують падіння напруги на електродах і дузі, відповідно.

Довжина дуги [мм]:

l _д = 0, 5(d_е+ 2).

 

Діаметр дроту, орієнтовну силу струму і напругу для НДЗ в середовищі захисних газів можна визначити за рекомендаціями [1, глава Х1Х; табл. Х1Х.8, Х1Х, 9; глава ХV: табл. ХV.5; глава ХV1: табл. ХVІ.17., ХVІ.19, ХV1.20, ХV1.21]. Такі ж дані для АДЗ під флюсом можна визначити за такими рекомендаціями [1, глава Х1Х: табл. Х1Х.4, Х11Х.5, Х1Х.6; глава ХV: табл. ХV.4, ХV.9; глава ХV1: табл ХV1.8; ХV1.10; ХV1.11].

Якщо максимально точні дані режимів в поданих рекомендаціях визначити не вдалось, можна прийняти приблизні, усереднені показники.

 

Приклад. При АДЗ під флюсом стикових з’єднань С 25, С38 товщиною заготовок 26 мм: d_е = 4 мм; І _зв = 830...860А; U _д = 36...38 В
(табл. Х1Х.5).

 

Час і швидкість зварювання можна визначити за формулами для всіх способів зварювання:

,

де m _н – маса наплавленого металу [г], (визначається раніше в пункті 2);

α _н– коефіцієнт наплавлення [ ] (для РДЗ визначається в характеристиці вибраної марки електрода (пункт 4), для НДЗ і АДЗ α _н можна умовно прийняти як такий, що дорівнює 12...13 і 16...20 (відповідно);

– сила зварювального струму [А], визначається в даному пункті.

Швидкість зварювання [ ]:

V _зв = ,

де – сумарна довжина зварних швів [м], визначається в пункті 2;

t_зв – час зварювання [год] (вже визначений попередньо).

6. При виробі обладнання необхідно обмежитись:

– джерелом живлення (для кожного способу),

– для: РДЗ – електродотримачем, НДЗ – напівавтоматом, АДЗ – автоматом.

Джерело живлення [1, глава VI] вибирають, в першу чергу, за родом струму, номінальною силою струму.

Джерела живлення поділяються на змінного (трансформатори) і пос-тійного (генератори, перетворювачі, випрямлячі) струму.

Після вибору джерела живлення необхідно дати його характеристику [1, табл. VI.1, VI.2, VI.3, VI.5, VI.6, VI.7.

Приклад. Раніше було визначено рід струму – постійний і сила струму = 1100А. Найкращим вибором може бути випрямляч з номіналь-ною силою струму дещо більше ніж зазначена.

Вибираємо випрямляч марки ВДУ-1201 [1, табл. VI.7] з характе-ристикою:

1. Сила струму номінальна, А 1250

2. Напруга номінальна, В 24-66

3. Коефіцієнт корисної дії 0, 85

4. Габарит, мм 1350 800 1250

5. Маса, кг 850

Електродотримач вибирають виходячи з сили струму і діаметра електрода [1, VIІІ.1]. Технічні характеристики електродотримачів необхідно зазначити в роботі [1, табл.VIІІ.1.; VIІІ.2].

Напівавтомати і автомати вибирають, виходячи із сили струму і діаметра дроту. Марку напівавтомата і його технічну характеристику визначають [1, табл.VIІ.9, VIІ.12] і виписують типи автомата (трактора) і його технічну характеристику визначають [1, табл.VIІ.16, VIІ.17, VIІ.18] і виписують.

У разі необхідності треба подати коротку послідовність складання (зварювання) заданих виробів з наведенням схем і додаткового обладнан-ня.

7. Технічне нормування процесу в даній роботі включає в себе виз-начення витрат: матеріалів, часу, електроенергії.

Витрати матеріалів – це: витрати електродів (РДЗ), дроту і захисного газу (НДЗ), дроту і флюсу (АДЗ).

Масу електродів можна підрахувати за формулою:

 

М_е = ,

 

де m_н – маса наплавленого металу [кг] визначається в пункті 2;

– коефіцієнт втрат на угар і розбризкування;

– коефіцієнт втрат на обмазку;

– коефіцієнт втрат на огарки.

Величини даних коефіцієнтів можна прийняти для РДЗ:

= 1, 1...1, 15; = 1, 18...1, 35 (залежить від товщини покриття); = 1, 07...1, 1.

Масу дроту можна підрахувати за формулою для електродів, але в даному випадку = 1, =1. Коефіцієнт втрат на угар і розбризкування можна прийняти: для НДЗ – = 1, 07...1, 08; для АДЗ – = 1, 02...1, 03.

Витрати захисного газу при НДЗ [кг] можна визначити за формулою

 

М _г = G t _зв,

 

де G – витрати газу за одиницю часу;

t _зв – час зварювання [год], визначається в пункті 5.

 

G = 900 R² ,

де R – діаметр каналу (шланга) для газу, R = 6...10 мм;

– швидкість пересування газу по каналу, = 10...25 ;

– густина газу [ ].

Густина деяких захисних газів [ ]: Аргон (1, 78); Гелій (0, 18); Азот (1, 25); Кисень (1, 43); Водень (0, 09); Повітря (1, 29); Вуглекислий газ (СО₂) (1, 9).

Витрати флюсу при АДЗ [кг] можна визначити за формулою

 

М _ф = G _н ,

де G _н – насипна маса флюсу на 1 погоний метр зварного шва [ ],

– сумарна довжина зварних швів, [м]:

G _н = ,

де – сила струму [А];

– напруга на дузі [В];

– швидкість зварювання [ ];

– коефіцієнт, який залежить від марки флюсів, режимів зварювання, технологічних особливостей і т.д.

Значення можна підібрати за такими рекомендаціями: для од-нодугового зварювання без флюсоутримуючої оснастки дорівнює: для склоподібного флюсу 0, 0024; для пемзоподібного флюсу – 0, 0016. У разі застосування флюсоутримуючої оснастки дорівнює: для склоподібного флюсу – 0, 0013, для пемзоподібного – 0, 0008.

Витрати часу (повні) [год], можна визначити за формулою:

Т _п.зв = ,

– коефіцієнт втрат часу, може дорівнювати від 0, 4 до 0, 8.

Для РДЗ величина менша (0, 4-0, 5), для НДЗ (0, 5-0, 7) і АДЗ
(0, 7– 0, 8) більша і залежить від умов роботи (заводські чи монтажні).

Витрати електроенергії [кВт∙ год] можна підрахувати за формулою:

А = ,

де – відповідно: сила струму, напруга на дузі, час зварювання, повний час зварювання; – коефіцієнт втрат, або умовно коефіцієнт корисної дії джерела живлення, визначається по характеристиці джерела живлення (пункт 5);

– потужність, що витрачається джерелом живлення при роботі на холос-тому ходу, кВт. Величину можна прийняти залежно від роду струму і (к.к.д.).

Для змінного струму, коли = 0, 8...0, 9 (для трансформаторів),
= 0, 2...0, 4 кВт.

Для постійного струму, при = 0, 6...0, 8 (для випрямлячів),
= 2, 0...3, 0 кВт.

7. При відповіді по даному пункту можна користуватись різними джерелами [1, 2 Глава XXV.I; 5, с. 185; 6, с. 242]. Відповідь повинна бути стислою і, в першу чергу, стосуватися заданого типу зварного шва і вибраного способу зварювання.