Как правильно варить электросваркой без опыта. Некоторые правила сварки угловых швов Многослойная сварка какой способ выполнения
При сварке швов без скоса кромок валик накладывается с небольшим уширением с одной или с обеих сторон стыка. Во избежание непровара необходимо обеспечить расплавление металла обеих кромок по всей толщине.
Провар металла толщиной до 6 мм по всему сечению шва при сварке встык без скоса кромок зависит от правильного выбора тока и диаметра электрода. При соответствующих диаметрах электрода и величине тока обеспечивается полный провар и высокая производительность сварки без скоса кромок металла толщиной от 4 до 8 мм. Подбирать величину тока рекомендуется опытным путем (сваривая пробные планки).
Соединения встык с V-образной подготовкой кромок в зависимости от толщины металла сваривают однослойными или многослойными швами. При сварке в один слой дугу возбуждают в точке а (рис. 67, а) на грани скоса, затем электрод перемещают вниз, проваривают корень шва и выводят дугу на вторую кромку. На скосах кромок движение электрода замедляют для обеспечения достаточного провара, а в корне шва, во избежание сквозного прожога, ускоряют.
С обратной стороны соединения рекомендуется накладывать подварочный шов, предварительно очистив корень шва от наплывов металла и шлака. Иногда с обратной стороны шва ставят подкладку из стали толщиной 2—3 мм. В этом случае можно повысить сварочный ток на 20—30% по сравнению с нормальной величиной, не опасаясь сквозного проплавления. Стальная подкладка при наложении валика шва приваривается и ее оставляют, если конструкция и назначение изделия это позволяют.
В ответственных конструкциях корень шва проваривают с обратной стороны; металл корня шва перед заваркой предварительно вырубают зубилом или зачищают резаком для поверхностной резки с целью удаления возможных дефектов (непровара, трещин).
При сварке многослойных стыковых швов сначала тщательно проваривают корень шва электродом диаметром 4—5 мм, затем наплавляют последующие слои уширенными валиками электродами большего диаметра (рис. 67, б. в). Перед наложением последующих слоев поверхность предыдущих очищают от шлака и окалины. Необходимо расплавлять и проваривать кромки, хорошо заваривать кратеры, не допускать в шве шлаковых прослоек.
Если подварка корпя шва с обратной стороны невозможна, то для обеспечения полного провара НИИ мостов рекомендует первый шов (корень шва) сваривать в вертикальном положении, при угле раскрытия кромок 60°, притуплении 1,5 мм, зазоре 3—4 мм, электродом диаметром 4 мм с покрытием АНО-4, током 160 а. При этом следует избегать резких изменений величины зазора между кромками. Плавные изменения величины зазора в пределах 2— 4 мм значения не имеют. Сварку ведут в направлении снизу вверх. Применяют и другие рутиловые покрытия, дающие относительно жидкотекучие шлаки, например, покрытие ОЗС-З. Второй и последующие швы сваривают в нижнем положении ручной, полуавтоматической или автоматической сваркой. Можно продолжать сварку и в вертикальном положении, если это технологически рационально. Для обеспечения последующего провара в месте прекращения сварки (при смене электрода и по другим причинам) перед ожидаемым перерывом процесса сварки шов «разваривают», т. е. делают электродом местное расплавление кромок, образуя лунку в корне разделки шва. Возобновление сварки начинают со дна лунки. Вследствие малого объема ванны в этот момент металл быстро кристаллизуется и не вытекает из ванны; обеспечивается полный провар кромок и хорошее формирование валика с обратной стороны корня шва.
Швы с Х-образной подготовкой кромок сваривают так же, как и швы с V-образной подготовкой кромок. Необходимо во всех случаях принимать меры, способствующие уменьшению и выравниванию сварочных деформаций и напряжений.
Чтобы при наплавке вышележащих слоев достаточно прогревался и отжигался нижележащий слой, толщина каждого слоя не должна превышать 4—5 мм.
Значение сварочных швов в строительстве трудно переоценить. Так как этот тип соединений металлических деталей является неразъемным, с его помощью обеспечивается высокий уровень прочности несущих конструкций. Поэтому к их качеству предъявляются особые требования.
При производстве сварочных работ очень часто приходится делать сопряжение различных металлических элементов, имеющее вид угла. Без соединений такого типа не обходится ни одна объемная конструкция. По этой причине сварка угловых швов выделяется среди прочих приемов монтажных операций и достойна отдельного рассмотрения.
Назначение и область применения угловых швов
Сварные угловые швы применяются в таких соединениях из двух металлических деталей, как соединение, образующее угол различной величины с разделкой под сварку одной из кромок, соединение внахлест, а также тавровое соединение. Последнее представляет собой примыкание с привариванием торца одного из элементов к боковой плоскости другого элемента.
По характеру укладки сварки угловые швы могут быть сплошными и прерывистыми. Прерывистый шов представляет собой соединение в виде отдельных отрезков (шпонок). Такая техника подразумевает еще и точечную сварку угловых сопряжений. При этом отрезки (точки) такого шва могут располагаться с разных сторон свариваемого элемента друг против друга либо в шахматном порядке.
Швы различаются и по своей протяженности. Короткие не превышают по длине 250 мм, и делаются они на проход. От середины сопряжения двух металлических поверхностей и к краям свариваемой конструкции производятся средние швы, имеющие длину от 250 до 1000 мм. Длинные угловые швы превышают длину в 1000 мм.
По количеству слоев сварки угловые швы разделяются на однослойные и многослойные. Число слоев зависит от толщины элементов, которые подвергаются сварке. В частности, однослойная сварка используется в тех случаях, когда шовный катет (вертикальное или горизонтальное основание шва) составляет не более 8 мм в ширину.
Особенности сварки угловых швов
Перед тем как производить сварочные работы, следует правильно подготовить поверхности и стыки, которыми будет осуществляться соединение металлических элементов.
Практически без всякой специальной подготовки кромок можно сваривать нахлесточные соединения. В этом случае швы наносятся с обеих сторон в углах, которые образуются после накладки друг на друга двух металлических листов.
При «классическом» угловом сварном соединении – когда две состыкованные металлические детали образуют угол – требуется обрезка торца только одного составного элемента.
При подготовке поверхностей для сварки Т-образных тавровых соединений исходят из того, что одна из сторон свариваемого объекта образует горизонтальную плоскость, а другая, примыкающая к ней – вертикальную. В результате между двумя плоскостями получается прямой угол.
При тавровом соединении подготовка кромки вертикальной поверхности зависит от толщины свариваемых листов. В частности, если металлический лист не толще 12 мм, то он совсем не подвергается какой-либо специальной подготовке. Тем не менее при первичной обрезке такой заготовки для вертикальной стенки необходимо предусмотреть, чтобы возможный зазор, возникающий при совмещении кромки этой поверхности с горизонтальной плоскостью, не превышал 2 мм.
Если толщина металлической заготовки, которая пойдет на вертикальную плоскость, колеблется в пределах от 12 до 25 мм, на ее кромке следует выполнить V-образную подготовительную обрезку. В случае если вертикаль устраивается из металла толщиной 25-40 мм, необходимо сделать U-образные скосы кромок в одну сторону. Двусторонние кромочные скосы в виде латинской буквы V выполняются в тех случаях, когда вертикальный лист имеет толщину большую, чем 40 мм.
Надо отметить, что процесс сварки угла имеет свои особенности. Если плоскость шва находится в нижнем положении, то его рекомендуется сваривать методом «лодочка». Такой способ гарантирует наилучшее качество проплавки поверхностей металлических элементов, образующих угловое соединение. При этом риск допустить непровар или подрез кромок является минимальным.
Но добиться таких благоприятных условий соединения заготовок угловым швом можно далеко не всегда. Часто вместо приваривания деталей друг к другу «лодочкой» тавровые сварочные соединения осуществляются таким образом, что одна плоскость занимает строго горизонтальное положение, а другая, соответственно, вертикальное.
В таком вертикально-горизонтальном состоянии добиться качественного сваривания металлических элементов сложнее из-за возможности появления непроваров в вершине угла и в горизонтальной плоскости шва. На вертикальной поверхности могут также наблюдаться подрезы, вызванные стеканием расплавленного металла вниз.
Чтобы не допустить указанных дефектов, необходимо при проводке электрода вдоль линии сварки все время придавать ему легкие колебательные движения. Рекомендуется делать одинарный шов с катетом до 8 мм. Если же катет будет больше 8 мм, производится многослойный шов.
Для того чтобы устранить опасность непровара, возбуждение сварочной дуги начинается на расстоянии 3-4 мм от кромки катета на нижней, горизонтальной, полке. Затем дуга перемещается к шовной вершине. В этой точке, чтобы добиться достаточно хорошего и надежного провара, дугу на некоторое время задерживают. После этого дуга перемещается вверх, на вертикальную полку. Таким же образом операцию выполняют и в противоположном направлении.
Следует строго придерживаться указанной последовательности действий. В противном случае, если начать сварку с вертикальной поверхности, то расплавленный металл электрода под действием силы тяжести начнет наплывать вниз на еще холодный основной металл нижнего, горизонтального, листа. В результате расплавленная масса перекроет вершину угла, и тем самым образуется непровар – очень серьезный дефект, который может быть обнаружен только после слома шва.
Для качественной сварки кромки металлических листов должны быть хорошо прогреты. Этого можно добиться, в частности, правильно располагая электрод во время его движения вдоль шва. Одновременно с колебательными движениями следует сохранять 45-градусный наклон электрода к плоскости металлических листов. В то же время постоянная скорость движения сварочного устройства обеспечит достаточно равномерный шов, без явных выпуклостей и выступов поверх уровня металла.
Какие дефекты могут иметь сварочные швы?
Согласно принятым стандартам, дефекты у швов могут быть следующие:
- лунки, кратеры, свищи, причиной которых являются искрение и возникновение пустот в сварочной ванне;
- трещины в швах;
- появление непроваренных фрагментов шва;
- включения посторонних твердых частиц;
- отклонение формы шва от требуемой по установленным стандартам.
Необходимо иметь в виду, что чаще всего причиной появления указанных дефектов является нарушение установленных правил сварки, использование электродов плохого качества. Ухудшению параметров углового шва способствуют также мельчайшие частицы воздуха, каким-то образом попавшие в сварочную ванну, и внезапное появление блуждающих токов.
Как зачистить шов после сварки?
На заключительном этапе работы шов должен быть очищен от шлака и окалины. Зачистку осуществляют в три приема.
Сначала тщательно очищают место вокруг сварочного шва. Зубилом или молотком сбивают окалину или частички раскаленного металла, которые могли оказаться рядом со швом во время работы.
После того как поверхность шва будет обработана специальным антиоксидом, шов полируют. Делается это с помощью шлифовального приспособления или «болгарки» с подходящей для этого случая абразивной насадкой.
Последний, третий этап – лужение сварочного шва. С этой целью поверхность шва покрывают тонким слоем расплавленного олова.
Таким образом, четко придерживаясь всех принятых стандартов и технологических правил, можно с помощью любого сварочного аппарата при определенных профессиональных навыках добиваться выполнения надежных и качественных угловых швов.
Сварка многослойных швов
Угловые швы (13.6) формируются за счет вводимого в ванну металла электрода, заполняющего угол между свариваемыми деталями (внешняя часть шва), и расплавленного основного металла (внутренняя часть шва). Определяющими параметрами углового шва являются: катет внешней части К, глубина проплавления s, расчетная величина h, ширина е, толщина И, коэффициент формы шва е/И. При ручной дуговой сварке сечение шва образуется в основном за счет его внешней части, поэтому расчетная величина h-OJK. Если в чертежах указано требование полного провара таврового шва, это может быть достигнуто при толщине примыкающей части не более 8 мм или путем разделки примыкающей части и выполнения шва в несколько проходов. Угловые швы удобнее сваривать «в лодочку».
Сварка многослойных швов имеет свои особенности. После сварки каждого слоя необходимо тщательно очищать его от шлака, а затем сваривать следующий слой. Первый корневой слой заваривают электродами диаметром 3-4 мм, а последующие слои - электродами большего диаметра (5-6 мм). Последний слой служит выпуклостью и одновременно термообрабатывает предыдущие слои, что улучшает качество металла шва. Многослойный шов можно сваривать широкими слоями на все сечение разделки (13.7, а) или отдельными валиками, заполняющими каждый слой шва {рис, 13.7,6). Последний способ применяют чаще, так как он обеспечивает надежное проплавление всего сечения шва.
Важным элементом многослойного шва является подварочный шов, который выполняют после тщательной зачистки или даже удаления части корневого шва, где наиболее вероятно скопление дефектов. Это делают с помощью рубильного молотка крейцмейселем путем вышлифовки абразивным кругом или выплавкой воздушнодуговым резаком. Качественное выполнение подварочного шва во многом обеспечивает прочность всего сварочного соединения. Иногда подварочный шов выполняют до сварки основного сечения шва.
Необходимо особо тщательно сваривать швы, к которым предъявляется требование непроницаемости (плотности). Даже при толщине металла 3-4 мм их рекомендуется сваривать в 2 слоя с разделкой кромок или без разделки. Это гарантирует непроницаемость швов в конструкциях резервуаров, газопроводов и т. п.
По протяженности сварные швы условно считают короткими при длине до 250 мм, и сваривают их на проход (13.8, а), средними - длиной 250 1000 мм, которые сваривают от середины к краям (рас. 13.8,6), и длинными длиной более 1000 мм, их сваривают обратноступенчатым способом (13.8, в) от середины к краям или разбивая на участки (13.8, г). Обратноступенчатая сварка значительно уменьшает коробление деталей от сварки.
Металл толщиной 20 мм и более сваривают «горкой», «каскадом, «блоками», а при двухсторонней сварке шов разбивают на секции, которые сваривают блоками одновременно два сварщика с двух сторон с небольшим опережением одного сварщика (13.9) над другим. Такой способ обеспечивает естественный подогрев кромок и предохраняет от образования трещин в шве и зоне влияния.
Однослойный однопроходный шов выполняется за один проход. При сварке металла большой толщины шов выполняют слоями, каждый из которых накладывают за один проход (многослойный ) или за несколько проходов (многослойный многопроходный ).
Сварка за один проход предпочтительнее при ширине шва не более 14-16 мм, т.к. дает меньше остаточных деформаций. При толщине металла более 15 мм сварка каждого слоя "напроход" нежелательна. Первый слой успевает остыть, и в нем возникают трещины
МНОГОСЛОЙНЫЙ
чаще - для стыковых швов
I - VI - очередность нанесения слоев
МНОГОСЛОЙНЫЙ МНОГОПРОХОДНЫЙ ДВУСТОРОННИЙ
чаще - для угловых и тавровых
I - III - очередность нанесения слоев; 1 - 8 - очередность наложения швов
Для равномерного прогрева металла по всей длине швы накладывают:
- двойным слоем
- горком
- каскадом
- поперечной
- блоками
- горкой
При способе двойного слоя второй слой накладывают по неостывшему первому после удаления сварочного шлака в противоположном направлении на длине 200-400 мм
НАЛОЖЕНИЕ ШВОВ ПРИ ТОЛШИНЕ МЕТАЛЛА БОЛЕЕ 15 ММ
ПРИ КАСКАДНОМ МЕТОДЕ шов разбивают на участки по 200 мм. После сварки первого слоя первого участка, не останавливаясь, продолжают укладывать первый слой на соседнем участке.Тогда каждый последующий слой накладывается на не успевший остыть металл предыдущего слоя
СВАРКА «ГОРКОЙ» - разновидность каскадного метода. Ведется двумя сварщиками одновременно от середины к краям
Оба метода - это обратноступенчатая сварка не только по длине, но и по сечению шва, причем зона сварки всегда остается горячей
ПРИ СВАРКЕ БЛОКАМИ шов заполняют отдельными ступенями по всей высоте сечения шва. Применяют при соединении деталей из сталей, закаливающихся при сварке
Сварка стыковых швов
Особенности сварки стыкового шва и подготовки кромок под сварку определяются толщиной основного металла. При небольшой толщине металла - до 5-6 мм- кромки соединяемых листов не требуют особой подготовки и должны быть лишь обрезаны достаточно правильно, чтобы обеспечить взаимную параллельность и постоянство зазора между ними на всём протяжении сварного шва. Операция сварки при этом сходна с наплавкой валика, нужно лишь обращать особое внимание на. равномерность расплавления обеих кромок, для чего концу электрода сообщается поперечное колебательное движение. Сечение шва получается со значительным усилением, составляющим от 50 до 100% толщины основного металла. Основной трудностью сварки стыкового соединения является правильное формирование обратной стороны шва.
В этом случае при отступлениях от нормального режима сварки возникают следующие дефекты. При недостаточном подводе тепла вся толщина листов не проплавляется и получается непровар сечения (фиг. 63). При чрезмерном подводе тепла получается сквозное проплавление металла, и расплавленный металл вытекает из объёма шва, образуя с обратной стороны натёки, а иногда и сквозные отверстия - прожоги.
Идеальное сечение шва с полным проплавлением сечения листов и отсутствием натёков с обратной стороны получить при сварке довольно трудно. Сварщику не видна обратная сторона шва, поэтому достаточно незначительных отступлений в режиме сварки, чтобы вызвать появление непровара или натёков с обратной стороны. Опасаясь прожогов и натёков, сварщик обычно работает на режиме, вызывающем появление непровара сечения шва. Средняя величина непровара в значительной степени зависит от квалификации сварщика. У малоквалифицированного сварщика величина непровара может достигать 50 и более процентов от толщины листа. Многое зависит также от качества применяемых электродов.
Швы с непроваром сечения при статическом испытании часто показывают удовлетворительную прочность, поэтому как исключение подобные швы могут быть допущены в мало ответственных конструкциях, работающих при статической нагрузке. Влияние непровара в этом случае компенсируется усилением шва со стороны сварки. При более ответственных конструкциях, в особенности работающих при переменной или ударной нагрузке, швы с непроваром сечения недопустимы и неоднократно служили причиной аварий и разрушений сварных изделий. Непровар действует как надрез и ведёт к быстрому разрушению конструкции. Поэтому для швов ответственных сварных изделий необходимо принимать меры, гарантирующие отсутствие непровара сечения шва. Непровар может быть устранён подваркой обратной стороны или применением подкладок. Подварка состоит в наложении дополнительного валика уменьшенного сечения с обратной стороны шва (фиг. 64).
Подварка является надёжным методом устранения непровара. Недостатком подварки является значительное увеличение трудоёмкости работ на 30-40 и более процентов, кроме того, обратная сторона шва часто мало доступна или её приходится варить в неудобном, например потолочном, положении. Подварка широко при-меняется на практике. Обратная сторона шва может быть недоступной для сварки, тогда применение подварки отпадает, например при сварке стыков труб. Применение подкладок даёт возможность проварить всё сечение при работе с одной стороны и получить шов высокой прочности за один проход, не прибегая к подварке обратной стороны.
Подкладки под стыковые швы разделяются на съёмные, удаляемые по окончании сварки, и несъёмные или глухие, остающиеся приваренными к обратной стороне шва. Сварка с подкладками имеет ряд преимуществ: работа ведётся лишь с одной наиболее удобной и доступной стороны шва, производительность сварки значительно возрастает, так как сварщик, не опасаясь прожогов и натёков, работает на повышенных режимах и увеличенных скоростях сварки. Съёмные подкладки обычно изготовляются из красной меди. Вследствие высокой теплопроводности меди достаточно массивные подкладки не оплавляются при соприкосновении с жидким металлом и по окончании сварки легко могут быть удалены со шва. При интенсивной работе и массовом производстве однотипных изделий медные подкладки могут охлаждаться проточной водой, Соответствующими приспособлениями должно быть обеспечено плотное прилегание свариваемого металла к медным подкладкам на всём протяжении сварного шва. Остающиеся несъёмные или глухие подкладки обычно представляют собой стальную полоску толщиной 3-4 мм и шириной около 50 мм. По окончании сварки стальная подкладка оказывается приваренной наглухо к сварному шву и остаётся на нём. Стык трубы с вкладным стальным кольцом- подкладкой, широко применяющийся в практике сварки различных трубопроводов, показан на фиг. 65. Целесообразно, где это возможно, использовать в качестве подкладки элементы самой сварной конструкции.
Дополнительные трудности представляет стыковая сварка очень тонкого материала, толщиной менее 1,5 мм. В настоящее время разработаны специальные электроды для сварки малых толщин, например электроды МТ, обеспечивающие особо устойчивое горение дуги. Применение этих электродов и дополнительных приспособлений, позволяющих точно регулировать малые силы тока, позволяет успешно проводить сварку Металлической дугой стальных листов толщиной от 0,8 до 1,5 мм. Стыковая сварка стальных листов без предварительной разделки кромок может быть применена и для больших толщин при условие выполнения сварки с двух сторон (фиг. 66).
Таким приёмом можно сварить листы толщиной 8-12 мм. Недостатком подобного соединения является значительная вероятность получения непровара сечения и включений шлаков и окислов по оси шва причём этот дефект не может быть обнаружен внешним осмотром и вскрывается лишь рентгеновским просвечиванием и другими приёмами.
В большинстве случаев при толщине металла свыше 5 мм прибегают к предварительной разделке или скосу кромок; при этом различают швы односторонние и двусторонние. Нормальная разделка кромок под односторонний стыковой шов, так называемая V-образная разделка, показана на фиг. 67.
Собранный и подготовленный под сварку шов характеризуется тремя основными размерами: Углом разделки а (иногда даётся половинная его величина - скос кромки а/2), притуплением кромки или нескошенной частью а и зазором между кромками о. Увеличение угла разделки или раскрытия кромок облегчает сварку и доступ к нижним слоям металла, но увеличивает количество наплавленного металла и трудоёмкость выполнения шва. Притупление кромки облегчает сборку и уменьшает возможность прожога металла в вершине шва. Зазор облегчает доступ к нижним слоям металла и провар всего сечения.
На основании многолетней практики наших заводов общепринятыми являются следующие размеры элементов разделки кромок под односторонний шов. Угол разделки а =60-70° или угол скоса кромки а/2 = 30-35°. Притупление кромки равно 2-3 мм, а на толщинах свариваемого металла свыше 20 мм - до 4- 5 мм. Зазор принимается от 2 до 4 мм, возрастая с увеличением толщины металла. Указанный шов может быть применён для толщины металла от 5 до 40 мм и выше. При значительной толщине металла шов выполняется в несколько слоев. Толщина слоя обычно делается около 5-6 мм. Наиболее трудной является сварка первого слоя, в котором возможны те же дефекты, что и при сварке листов без скоса кромок, т. е. непровар сечения, натёки и прожоги.
Меры борьбы с указанными дефектами остаются прежние; под-варка обратной стороны и применение съёмных или остающихся подкладок. Перед подваркой обратной стороны в ответственных изделиях рекомендуется вырубить металл на глубину 2-3 мм, т. е. выбрать так называемую контрольную канавку, которая затем перекрывается подварочным или контрольным валиком (фиг. 68). С наружной стороны сечение шва завершается усилением, величина которого в зависимости от толщины металла устанавливается в пределах 3-5 мм. На больших толщинах при многослойной сварке каждый слой отжигается при наложении последующего слоя, что улучшает структуру и механические свойства металла. Не подвергаются отжигу лишь усиление и контрольный или подварочный валик, что следует иметь в виду при металлографическом исследовании и механических испытаниях многослойных сварных швов.
При значительных толщинах металла и достаточной доступности обратной строны шва с односторонним швом конкурирует двусторонний или Х-образный шов, схематически показанный на фиг. 69. Двусторонний шов требует меньше наплавленного металла и меньшей затраты труда сварщика при одной и той же толщине металла. Вторым преимуществом двустороннего шва является большая симметричность сечения, что уменьшает деформацию изделия.
Недостатком двустороннего шва является необходимость производить сварку с двух сторон, что часто вызывает затруднения, а иногда и совсем невозможно.
Между односторонним швом с подваркой обратной стороны и симметричным двусторонним швом существуют переходные формы.
Кроме указанных симметричных форм швов на практике довольно часто применяются несимметричные стыковые швы с неодинаковой подготовкой кромок (фиг. 70).
Швы с плоскими кромками обладают тем недостатком, что сварка вершины шва несколько затруднительна, а на наружной поверхности швы имеют слишком большую ширину. Во многих случаях значительно целесообразнее швы с криволинейными очертаниями кромок, так называемые чашеобразные односторонние и двусторонние швы (фиг. 71), которые повышают качество сварного соединения и удобство сварки. Недостатком этих швов является усложнённая подготовка кромок.
На фиг. 72 показаны формы бортовых и угловых сварных соединений, родственных стыковым соединениям.
Примерные режимы сварки стыковых швов приведены в табл. 8.
