Заполнение шва по сечению и по длине. Выбор способа выполнения сварных швов

В зависимости от положения шва в пространстве, жесткости конструкций, длины и толщины свариваемых элементов, температуры воздуха, а также марки стали следует применять различные способы сварки швов (рас. 25).
Швы длиной до 250 мм обычно выполняют «напроход» (рис. 25, а), (длинные стрелки на рисунке определяют общее направление сварки);
швы средней длины - до 1000 мм выполняют способом от середины к краям (рис. 25, б) или обратноступенчатым способом.
Обратноступенчатый способ сварки (рис. 25, в) заключается в том, что стык разбивают на короткие участки (100-250 мм). На каждом участке сварку ведут в направлении, обратном общему направлению сварки и конец последующего участка совпадает с началом предыдущего.
Этот способ применяется при выполнении одно- и двухслойных швов длиной свыше 800 мм, а также при наложении слоев секционным и другими способами сварки многослойных швов. Способ уменьшает остаточные сварочные напряжения и деформации.
Длинные швы выполняют обратноступенчатым способом от середины к краям (рис. 25, г). Этот способ уменьшает сварочные напряжения и деформации. При сварке металла большой толщины шов выполняют за несколько проходов слоями или валиками.
Практика показала, что при сварке слоями внутренние напряжения и, следовательно, деформации снижаются в большей степени, чем при сварке валиками.
Сварка двойным слоем (рис. 25, д) предназначается в основном для наложения первых слоев шва в жестких конструкциях или на сталях с повышенной склонностью к трещинообразованию. Такой способ позволяет выполнять корневые слои шва с увеличенным поперечным сечением и обеспечивает снижение скорости охлаждения накладываемых участков шва. При сварке двойным слоем на первый шов длиной 150-200 мм немедленно (после очистки от шлака) накладывается второй слой. В такой же последовательности сваривают шов и на всех других участках.
С целью сокращения времени между наложением отдельных слоев при многослойной сварке разделку рекомендуется заполнять каскадным методом или горкой (рис. 25, е). Сварку осуществляют таким образом, чтобы каждый последующий шов частично накладывался на еще не остывший металл предыдущего слоя. Сварка горкой - разновидность каскадного способа. При большой длине шва сварку ведут от середины к краям одновременно 2 сварщика.
Сварку каскадом или горкой рекомендуется использовать для стали большой толщины и стали, обладающей повышенной склонностью к развитию трещин. Этот способ сварки снижает объемные сварочные напряжения в соединениях и уменьшает скорость охлаждения металла шва.
Сварку секциями (рис. 25, ж) следует применять при выполнении протяженных многослойных швов на стали толщиной более 20 мм и особенно стали, склонной к образованию трещин. Этот способ сварки уменьшает остаточные сварочные напряжения и деформации, а также снижает скорость охлаждения металла шва. При сварке секциями многослойный шов выполняют отдельными участками длиной 500-800 мм. Каждую секцию можно сваривать обратноступенчатым способом, двойным слоем или каскадом. Сварку секциями рекомендуется выполнять без длительных перерывов до окончания сварки всего шва.

Чтобы заполнить сечение шва, может понадобиться не один проход. И в зависимости от этого могут быть однослойные, многослойные, многослойно-многоходные швы. Схематично такие швы изображены на рис. 10.

Если число слоев равно числу проходов дугой, то шов называют многослойным. В случае если некоторые из слоев выполняются за несколько проходов, такой шов называют многопроходным. Многослойные швы чаще применяют в стыковых соединениях, многопроходные - в угловых и тавровых. По протяженности все швы условно можно разделить на три группы: короткие - до 300 мм, средние - 300-1000, длинные - свыше 1000 мм.

В зависимости от протяженности шва, свойств свариваемого материала, требований к точности и качеству сварных соединений сварка швов выполняется различными способами. На рис. 11 представлены такие схемы сварки. Самое простое - это выполнение коротких швов.

Осуществляется движение напроход - от начала до конца шва. Если шов более длинный (назовем его швом средней длины), то сварка идет от средины к концам (обратноступенчатым способом). Если варится шов большой длины, то выполняться он может как обратноступенчатым способом, так и вразброс. Одна особенность - если применяется обратноступенчатый способ, то весь шов разбивается на небольшие участки (по 200-150 мм). И сварка на каждом участке ведется в направлении, обратном общему направлению сварки.

Горка или каскад применяются при выполнений швов конструкций, несущих большую нагрузку и конструкций значительной толщины. При толщинах в 20 - 25 мм возникают объемные напряжения и появляется опасность возникновения трещин. При сварке горкой сама зона сварки должна постоянно находиться в горячем состоянии, что очень важно для предупреждения появления трещин.

Разновидностью сварки горкой является сварка каскадом.

При сварке, низкоуглеродистой стали каждый слой шва имеет толщину 3-5 мм в зависимости от сварочного тока. Например, при токе 100А дуга расплавляет металл на глубину около 1 мм, при этом металл нижного слоя подвергается термической обработке на глубину 1-2 мм с образованием мелкозернистой структуры.

При сварочном токе до 200А толщина наплавленного слоя возрастает до 4 мм, а термическая обработка нижнего слоя произойдет на глубине 2-3 мм.

Чтобы получить мелкозернистую структуру корневого шва, надо нанести подварочный валик, использовав для этого электрод диаметром 3 мм при силе тока в 100 А. Перед этим корневой шов должен быть хорошо зачищен. На верхний слой шва наносится отжигающий (декоративный) слой. Толщина такого слоя - 1-2 мм. Этот слой можно получить электродом диаметром 5- 6 мм при силе тока в 200-300 А.

Окончание шва. При окончании сварки - обрыве дуги в конце шва - следует правильно заваривать кратер. Кратер является зоной с наибольшим количеством вредных примесей, поэтому в нем наиболее вероятно образование трещин. По окончании сварки не следует обрывать дугу, резко отводя электрод от изделия. Необходимо Прекратить все перемещения электрода и медленно удлинять дугу до обрыва; расплавляющийся при этом электродный металл, заполнит кратер.

При сварке низкоуглеродистой стали кратер иногда выводят в сторону от шва - на основной металл. Если сваривают сталь, склонную к образованию закалочных структур, вывод кратера в сторону недопустим ввиду возможности образования трещин.

Наклон электрода при сварке зависит от положения сварки в пространстве, толщины и состава свариваемого металла, диаметра электрода, вида и толщины покрытия. Направление сварки может быть слева на право, справа на лево, от себя, на себя.

Независимо от направления сварки электрод должен быть наклонен к оси шва, так, что бы металл свариваемого изделия проплавлялся на наибольшую глубину и правильно бы формировался металл шва.

Для получения плотного и ровного шва для сварки в нижнем положении на горизонтальной плоскости угол наклона электрода должен быть 15-30° от вертикали в сторону ведения шва углом назад. Обычно дуга сохраняет направление оси электрода: указанным наклоном электрода сварщик добивается не только максимального проплавления металла и лучшего формирования шва, но и так же уменьшается скорость охлаждения металла сварочной ванны, что предотвращает образование горячих трещин в шве.

10.1.4. Колебательные движения электрода.

Для получения валика нужной ширины производят поперечные колебательные движения электрода. Если перемещать электрод только вдоль оси шва без поперечных колебательных движений, то ширина валика определяется лишь сварочным током и скоростью сварки и составляет от 0,8 до 1,5 диаметра электрода.

Такие узкие (ниточные) валики применяют при сварке тонких листов, при наложении первого (корневого) слоя многослойного шва, при сварке по способу опирания и в других случаях. Чаще всего, применяют швы шириной от 1,5 до 4 диаметров электрода, получаемые с помощью поперечных колебательных движений электродов.

Движение треугольником применяют при выполнении угловых швов с катетами шва более 6мм и стыковых со скосом кромок в любом пространственном положении. В этом случае достигается хороший провар корня и удовлетворительное формирование шва.

10.1.5. Способы заполнения шва по длине и сечению.

Швы по длине и сечению выполняют на проход и обратно ступенчатым способом. Сущность способа сварки на проход заключается в том, что шов выполняется до конца в одном направлении. Обратно- ступенчатый способ состоит в том, что длинный предполагаемый к исполнению шов делят на сравнительно короткие ступени.

По способу заполнения швов по сечению различают однопроходные, однослойные швы, многопроходные и многослойные. Если число слоев равно числу проходов дугой, то такой шов называют многослойным.

Многослойные швы чаще применяют в стыковых соединениях, многопроходные- в угловых и тавровых. Для более равномерного нагрева металла шва по всей его длине выполняют двойным слоем, секциями, каскадом и блоками, причем в основу всех этих способов положен принцип обратноступенчатой сварки.

10.1.6. Окончание шва.

В конце шва нельзя сразу обрывать дугу и оставлять на поверхности металла шва кратер.

Кратер может вызвать появлений трещины в шве в следствии содержания в нем примесей, прежде всего, серы и фосфора. При сварке низкоуглеродистой стали, кратер заполняют электродным металлом или выводят его в сторону на основной металл.

При сварке стали, склонной к образованию закалочных микроструктур, вывод кратер в сторону недопустим ввиду возможности образования трещин.

Лучшим способом окончания шва будет заполнения кратера металлом в следствии прекращения поступательного движения электродов в дугу и медленного удлинения дуги до ее обрыва.

Вопрос 1. Устройство и назначение сварочного трансформатора.
Для дуговой сварки используют как переменный, так и постоянный сварочный ток. В качестве источника переменного сварочного тока применяют сварочные трансформаторы, а постоянного - сварочные выпрямители и сварочные преобразователи.
Источник питания сварочной дуги – сварочный трансформатор - обозначается следующим образом:
ТДМ-317, где:
Т - трансформатор;
Д - для дуговой сварки;
М - механическое регулирование;
31 - номинальный ток 310 А;
7 - модель.
Сварочный трансформатор служит для понижения напряжения сети с 220 или 380 В до безопасного, но достаточного для легкого зажигания и устойчивого горения электрической дуги (не более 80 В), а также для регулировки силы сварочного тока.
Трансформатор (рис. 22) имеет стальной сердечник (магнитопровод) и две изолированные обмотки. Обмотка, подключенная к сети, называется первичной, а обмотка, подключенная к электрододержателю и свариваемому изделию, - вторичной. Для надежного зажигания дуги вторичное напряжение сварочных трансформаторов должно быть не менее 60-65 В; напряжение при ручной сварке обычно не превышает 20-30 В.
8 нижней части сердечника 1 находится первичная обмотка 3, состоящая из двух катушек, расположенных на двух стержнях. Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно. Вторичная обмотка 2, также состоящая из двух катушек, расположена на значительном расстоянии от первичной. Катушки как первичной, так и вторичной обмоток соединены параллельно. Вторичная обмотка - подвижная и может перемещаться по сердечнику при помощи винта 4, с которым она связана, и рукоятки 5, находящейся на крышке кожуха трансформатора.
Регулирование сварочного тока производится изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. При вращении рукоятки 5 по часовой стрелке вторичная обмотка приближается к первичной, магнитный поток рассеяния и индуктивное сопротивление уменьшаются, сварочный ток возрастает. При вращении рукоятки против часовой стрелки вторичная обмотка удаляется от первичной, магнитный поток рассеяния растет (индуктивное сопротивление увеличивается) и сварочный ток уменьшается. Пределы регулирования сварочного тока - 65-460 А. Последовательное соединение катушек первичной и вторичной обмоток позволяет получать малые сварочные токи с пределами регулирования 40-180 А. Диапазоны тока переключают выведенной на крышку рукояткой.

Рис. 22. Сварочный трансформатор:
а - внешний вид; б - схема регулирования сварочного тока

Свойства источника питания определяются его внешней характеристикой, представляющей кривую зависимости между током (I) в цепи и напряжением (U) на зажимах источника питания.
Источник питания может иметь внешнюю характеристику: возрастающую, жесткую, падающую.
Источник питания для ручной дуговой сварки имеет падающую вольт-амперную характеристику.
Напряжение холостого хода источника питания - напряжение на выходных клеммах при разомкнутой сварочной цепи.
Номинальный сварочный ток и напряжение – ток и напряжение, на которые рассчитан нормально работающий источник.

Вопрос 2. Способы заполнения шва по сечению.
По способу заполнения по сечению швы:
однопроходные, однослойные (рис. 23, а);
многопроходные многослойные (рис. 23, б);
многослойные (рис. 23, в).

Рис. 23. Сварные швы по заполнению сечения шва

Если число слоев равно числу проходов дугой, то такой шов называют многослойным .
Если некоторые из слоев выполняют за несколько проходов, то шов многопроходный .
Многослойные швы чаще применяют в стыковых соединениях, многопроходные - в угловых и тавровых.
Для более равномерного нагрева металла шва по всей его длине швы выполняют:
двойным слоем;
каскадом;
блоками;
горкой.
В основу всех этих способов положен принцип обратно-ступенчатой сварки.
Сущность способа двойного слоя заключается в том, что наложение второго слоя производится по неостывшему первому после удаления сварочного шлака: сварка на длине 200-400 мм ведется в противоположных направлениях. Этим предотвращается появление горячих трещин в шве при сварке металла толщиной 15-20 мм, обладающего значительной жесткостью.
При толщине стальных листов 20-25 мм и более для предотвращения трещин применяют сварку:
каскадом;
блоками;
поперечной горкой.
Заполнение многослойного шва для сварки горкой и каскадом производится по всей свариваемой толщине на определенной длине ступени. Длина ступени подбирается такой, чтобы металл в корне шва имел температуру не менее 200°С в процессе выполнения шва по всей толщине. В этом случае металл обладает высокой пластичностью, и трещин не образуется. Длина ступени при каскадной сварке равна 200-400 мм (рис. 24, а).
При сварке блоками многослойный шов сваривают отдельными ступенями, промежутки между ними заполняют по всей толщине слоями (рис. 24, б).
При соединении деталей из закаливающихся при сварке сталей рекомендуется применять сварку блоками. Из незакаливающихся (низкоуглеродистых) сталей - лучше выполнить сварку каскадом.

Рис. 24. Заполнение шва по сечению:
а - каскадом; б – блоками

Рис. 25. Сварка горкой

Таким образом, выполняют сварку (заполнение разделки) в обе стороны от центральной горки короткими швами. Каскадный метод является разновидностью метода горки.
При сварке методом горки (рис. 25) на участке 200-300 мм накладывают первый слой, после очистки его от шлака на него накладывают второй слой, по длине в 2 раза больший, чем первый. Затем, отступив от начала второго слоя на 200-300 мм, производят наплавку третьего слоя и т. д.

3. Задача. Объясните влияние серы и фосфора на качество сварного шва.
Сера и фосфор являются вредными примесями стали и чугуна. Их избыточное количество вызывает образование трещин в сварном шве. Сера вызывает трещины в горячем состоянии шва (явление красноломкости), фосфор - в холодном (явление хладноломкости).