Способы сварки толстого металла

Основные способы сварки толстого металла. Классификация сварных швов по способу наложения

Для сварки толстого металла в основном используются два метода – электрошлаковый и электродуговой. Оба этих метода позволяют получить качественный шов и не требуют дорогостоящих дополнительных материалов.

Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка (ЭШС) позволяет сваривать металлические детали толщиной до 60 см. Принцип ЭШС состоит в том, что в зазор между торцами двух свариваемых металлических деталей помещают шлаковую массу. Эта масса расплавляется электрической дугой, создаваемой между электродом и металлическими деталями. После расплавления шлака дуга гаснет, а через шлаковую массу протекает ток, который при правильно подобранных параметрах сварки равномерно нагревает сварочную ванну до высоких температур.

В шлаковую массу добавляется присадочный материал, который плавится вместе со шлаком и краями соединяемых деталей. Поскольку расплавленный металл тяжелее шлака, то он опускается вниз зазора и там застывает. Расплавленная масса же поднимается вверх. В результате этого процесса происходит сварка вертикального зазора.

Для того чтобы расплав не вытекал за пределы зазора, сбоку с двух сторон ставятся специальные пластины – ползуны. Они охлаждаются водой и постепенно перемещаются вверх.

Схема электрошлаковой сварки

Существует три метода осуществления ЭШС:

1. В расплав непрерывно подается присадочный электрод, который расположен в горизонтальной плоскости.
2. Используются пластинчатые электроды, которые заменяют собой ползуны. Благодаря перекрытию зазора, создается эффективный расплав, что позволяет соединить зазоры деталей без добавления присадки.
3. Объединение первых двух методов. При этом используются пластинчатый и плавящийся электроды.

Преимущества и недостатки ЭШС

Основные достоинства ЭШС:

• защита шва от воздействия атмосферы жидким шлаком;
• малая чувствительность процесса к изменению величины тока и даже его кратковременному прерыванию;
• сварка толстого металла за один проход;
• возможность сваривать необработанные торцы деталей;
• малый расход электроэнергии и дешевизна шлаков;
• высокий КПД.

• возможна сварка только вертикальных швов или швов под острым углом к вертикали;
• при прерывании процесса возникают дефекты, которые нельзя исправить;
• шов имеет крупнозернистую структуру, что ограничивает применение изделия при низких температурах (шов становится ломким);
• для организации ЭШС необходимо иметь довольно большое количество приспособлений.

Оборудование

Для выполнения операций ЭШС используются автоматы или полуавтоматы. Второй тип оборудования используется редко, так как вручную перемещать тяжелое оборудование по вертикали для человека довольно трудно.

Автоматы для ЭШС обычно включают:

• автоматически двигающийся сварочный аппарат с медными ползунами;
• источник питания;
• устройства подачи флюса и проволоки;
• систему управления.

В зависимости от конструкции автоматы для ЭШС могут быть подвесные или самоходные (рельсового или безрельсового типа).

Электродуговая сварка

Электродуговая сварка (ЭДГС) представляет собой вид неразъемного соединения деталей, получаемого путем плавления металла электрической дугой, возникающей при подаче на электрод и металл напряжения от источника тока. При воздействии на соединяемые детали такой дуги образуется сварочная ванна из расплавленного металла, после остывания и застывания которой формируется шов, соединяющий детали.

При сварке изделий большой толщины (более 20 мм) с помощью ЭДГС невозможно проварить всю толщину изделия. Поэтому в этом случае используется многослойное наложение швов. Перед тем как начать сварку толстого металла, требуется подготовить его торцы. Чаще всего кромки торцов стачиваются под некоторым углом. Между деталями оставляют зазор.

При выполнении первого корневого (соединительного) шва используется тонкий электрод толщиной в 1-3 мм. Его использование позволяет зафиксировать детали и избежать прожога.

Последующее заполнение сварочного шва осуществляется электродом большего диаметра. При этом слой должен прокладываться по неостывшему предыдущему слою. Толщина слоя для достаточного прогрева не должна быть больше 4-5 мм.

Классификация ЭДГС

ЭДГС бывает следующих типов:

• ручная;
• полуавтоматическая;
• автоматическая.

При ручной ЭДГС сварщик вручную перемещает электрод, в результате чего образуется сварной шов. При полуавтоматической сварке присадочная проволока подается автоматически, а электрод передвигается вручную. При автоматической сварке и проволока, и электрод передвигаются автоматически.

Оборудование

Наиболее распространенным является ручная ЭДГС. При выполнении такого рода сварки используются:

• сварочный аппарат;
• ручной инструмент сварщика;
• приспособления для облегчения сварки.

Сварочный аппарат является, в первую очередь, источником питания для электрической дуги.

В качестве источников питания при ЭДГС используются сварочные трансформаторы, выпрямители (инверторы) или генераторы.

Примерная стоимость инверторных источников тока на Яндекс.маркет

Сварочный трансформатор предназначен для понижения напряжения сети в более низкое напряжение горения дуги и обеспечения необходимого тока. Сварочные выпрямители состоят из понижающего трансформатора и полупроводникового выпрямителя. Они питают дугу постоянным током. Генераторы обеспечивают питание электродуги путем преобразования механической энергии в электрическую.

Кроме источника питания, в состав сварочного аппарата входят электрод, держатель для электрода и провода, подключающие источник питания к сварочной ванне. Электрод обычно представляет собой присадочный материал с обмазкой, предназначенной для защиты сварочной ванны от воздействия внешней атмосферы. Держатели для электрода бывает винтового или зажимного типа.

Примерная стоимость электрододержателей на Яндекс.маркет

В качестве приспособлений сварщик должен использовать защитную маску, которая фильтрует УФ- и ИК-излучения дуги, респиратор и специальную одежду. Кроме того, в качестве ручного инструмента сварщику положено иметь молоток, зубило, металлическую щетку.

Сварные швы

При сваривании толстостенных деталей могут возникнуть поры или трещины. Для их предотвращения при сварке применяют методы:

• «горка»;
• блочный;
• каскадный.

В первом случае вначале на участке стыка в 200-300 мм формируют слой №1. После очистки его от окалины на него наваривают слой №2, который в 2 раза длиннее первого. Далее отступают на 200-300 мм от начала слоя №2 и наваривают слой №3. Таким образом заполняют весь сварочный шов швами с двух сторон от слоя №1.

При сварке металла толщиной от 20 мм используется каскадный метод. По сути, этот метод является разновидностью метода «горка». В этом случае весь шов делится на отрезки в 20 см. Сначала проваривается самый нижний участок в 20 см. Затем поверх первого слоя кладется второй слой длиной 40 см. Поверх второго слоя кладется третий слой длиной 60 см. Таким образом укладывают слои до заполнения шва над участком №1. После этого от участка №1 варят короткие швы в обе стороны. Благодаря этому, зона сварки будет все время нагрета, и там не образуются трещины.

При блочном методе шов сначала варят по отдельным участкам (блокам), а промежутки между ними заваривают до окончания завершения сварки всего шва.

Особенности сварки труб с толстыми стенками

Трубы с толстыми стенками используются в различных областях народного хозяйства и промышленности. Например, в трубопроводе «Турецкий поток» используются трубы с толщиной стенок в 39 мм, а в трубопроводах высокого давления могут использоваться трубы с толщиной стенок до 52 мм.

Если толщина стенок труб превышает 20 мм, то сварка таких труб может осуществляться с использованием слоев с увеличенной толщиной. Такой метод позволяет увеличить прочность соединения на 10-15%. При этом сварка таких труб должна осуществляться одновременно 2 сварочными аппаратами – один из них наносит обычный слой, а второй – толстый слой.

Как показал опыт, уже имеются результаты по сварке стыков с увеличенной толщиной слоя, при которых стыки в 45 мм были сварены за 3 прохода при толщине одного слоя в 15 мм. При этом стык имел два типа скоса кромок, один из которых Y-образный, а другой – двухступенчатый.

Источник

Особенности сварки толстого металла

Для изделий из толстого металла применяют в основном электродуговую и электрошлаковую сварку. У них высокая производительность, имеют малую область нагрева, соответственно создают небольшие внутренние напряжения, не требуют дорогостоящих расходных материалов.

Электрошлаковая

В электрошлаковой сварке электротоком нагревается шлак, который расплавляет находящийся рядом металл и защищает шов от окисления и насыщения водородом. Технология позволяет производить только вертикальные швы снизу вверх. Отклонение от вертикали допускается в пределах 30 градусов.

С двух сторон свариваемых толстых листов из металла устанавливаются медные пластины-ползуны, которые охлаждаются водой. Между свариваемыми листами оставляется зазор. Обработка стыков не требуется.

Стыки и ползуны образуют сварочную ванну. При внесении в нее электрода шлак разогревается, металл начинает плавиться, сваривание происходит без создания дуги.

По мере образования шва ползуны передвигаются вверх. Все происходит за один проход. Сварить можно толстый металл до 60 см. Шов должен образоваться за один проход иначе возникают неустранимые дефекты. Технология позволяет пользоваться электродом различной формы.

Электродуговая

Сварка металла большой толщины (20 мм и более) из-за невозможности проварить за один проход всю толщу изделия имеет свою специфику. Кромки свариваемых поверхностей нужно подготовить.

Для этого кромки стачиваются под углом. При соединении деталей в сечении должна получиться буква V. Иногда, одну кромку стачивают под углом, а вторую ступеньками. Между свариваемыми деталями оставляют зазор, в верхней части должна получиться канавка шириной 10-15 мм и больше.

Ширина канавки зависит от толщины металла. При сварке металла разной толщины край более толстого стачивается до сечения тонкого.

При сварке встык и наличии пересекающихся швов возникают напряжения, приводящие к деформации и даже разрушению изделия. Особенно это сильно проявляется при низких температурах, когда металл теряет свои пластические свойства.

Жесткое закрепление деталей в оснастке также вызывает чрезмерные напряжения. К этому же приводят и длинные швы с большим сечением.

Сваривать толстый металлический лист требуется так, чтобы время между наложением последующих слоев было минимальным. Во избежание напряжений необходимо следующий шов прокладывать по горячему слою. Толщина слоев должна находиться в пределах 4-5 мм, это обеспечит достаточный прогрев.

При сваривании толстого металла из-за большой глубины сварочной ванны увеличивается вероятность образования пор. Чтобы этого не произошло, применяется каскадный способ сварки или метод «горка».

Во время сварки возникает поперечная усадка, которая может достигать 4 мм при толщине металла 40-50 мм. При сварке толстых листов необходимо делать прихватки длиной 2-3 см через каждые 30-50 см.

Для уменьшения напряжений, можно выполнять работу двумя сварщиками одномоментно. Прогрев толстого металла до 150-200 ⁰C также снижает внутренние напряжения, замедляет кристаллизацию, что приводит к более длительному времени выделения газов и соответственно уменьшению количества пор.

Виды швов и методы их наложения

Швы по положению и типу соединения делятся на несколько видов, от которых зависят настройки сварки.

По положению в пространстве делятся на:

Они могут соединяться внахлест, встык, кроме этого бывают тавровые и угловые соединения. Существует несколько методов наложения швов при сварке толстого металла.

Способы наложения

Метод сварки толстого металла каскадом заключается в следующем: весь участок разбивается на отрезки по 20 см. Сначала проваривается самый нижний участок, который называется корневым. Его длина примерно 20 см. Поверх корневого внахлест, не прерывая дуги, делают новый слой. Его общая длина будет 20 +20=40 см.

Лучше всего метод сварки понятен на схеме. Он применяется к толстым металлам, когда толщина листа более 20 мм. При таком способе сварки слои накладываются на неостывший металл, что позволяет уменьшить деформации и внутренние напряжения.

Сварка толстого металла горкой подобна каскаду, только работают два сварщика от середины к краям шва.

Они варят каскадом по длине и по ширине. Задача состоит в том, чтобы при накладывании следующего слоя место контакта было горячим.

Длина

Швы подразделяют на короткие длиной до 25 см, средние – до 1 м, и длинные – свыше 1 м. Короткие прокладывают за один проход.

При сваривании толстого металла приходится делать несколько слоев – по одному за каждый проход, так как каждый последующий слой становится все шире, то сварщик делает зигзагообразные или спиралевидные движения поперек шва. Таким образом, оплавляются кромки свариваемых деталей.

Такая технология обычно применяется при стыковом соединении толстого металла. Средние и длинные швы накладываются с использованием способов каскада и горки.

При сварке угловых и тавровых соединений применяют многослойный многопроходный двусторонний шов. Сначала формируется корневой шов. Затем поверх него прокладывается второй слой со смещением к одному из стыков, потом третий со смещением ко второму стыку с его оплавлением.

Четвертый идет поверх второго слоя, оплавляя кромку детали. Пятый проходит рядом с четвертым, а шестой слой поверх третьего, оплавляя кромку второй детали. Седьмой слой накладывают поверх четвертого, пятого и шестого слоев.

С обратной стороны шва на первый слой и кромки изделия наносится восьмой завершающий слой.

Параметров сварочного аппарата

Уменьшение сварочного тока уменьшает глубину сварочной ванны и наоборот. Ширина же ее практически не изменяется. Требуемая сила тока зависит от толщины металла и диаметра сварочного электрода. Повышение напряжения приводит к увеличению ширины шва, а глубина провара при этом уменьшается.

От скорости перемещения электрода при прочих равных условиях зависит глубина провара. Она увеличивается при скоростях до 40 м/час, а потом уменьшается. Ширина шва с увеличением скорости уменьшается постоянно.

Работа с толстым металлом требует большей подготовки для сварщика. Шов всегда получается многослойным. Прежде чем браться за такую сварку, необходимо освоить основные технологические приемы.

Источник