22.03.2022 Тема виробничого навчання: "Зварювання кутових з!єднань без скосу і зі скосом кромок"

 https://www.youtube.com/watch?v=YXwHfunDHXQ

ЗВАРЮВАННЯ КУТОВИХ з!єднань без скосу і зі скосом кромок

Кутові шви застосовуються при зварюванні кутових і таврових з'єднань, а також з'єднань внапуск. Зварювання кутових швів вико­нують похилим електродом і «у човник».

При зварюванні кутових швів «у човник» (рис. 7.10 в) наплавле­ний метал буде накладатися в жолоб, утворений двома поличками. Це забезпечує нормальний провар кореня шва і правильне його фор­мування. Зварювання кутових швів «у човник» з товщиною листів до 14 мм можливе без скосу кромок (двобічне зварювання) або з ча­стковим розчищанням кромок і збільшеним розміром притуплення Зазор між кромками не повинен перевищувати 10% товщини листа.

Для уникнення непровару й підрізів кромок, зварювання «у човник» краще вести електро­дом, який дозволяє впирання покриття на кромки.

При зварюванні кутових швів похилим електродом (рис. 7.10 а. 6) можливий непровар кореня шва і кромки нижнього листа. Щоб уник­нути непровару дугу збуджу­ють на нижній поличці у




Рисунок 5.10. Зварювання кутових швів:

а – траєкторія руху кінця електроду; б – зміна кута нахилу електрода; в – зварювання «у човник»


точці А, відступивши від катета шва 3-4 мм. Потім дугу переміщу­ють до вершини шва, де її трохи затримують для кращого провару кореня шва і піднімають дого­ри, проварюючи вертикальну поличку. Цей же процес повторюють у зворотному напрямку. Починати зварювання на вертикальній по­личці не можна через те, що розплавлений метал з електрода буде напливати на ще холодний основний метал нижньої полички, в ре­зультаті чого утвориться непровар. На вертикальній поличці мож­ливе утворення підрізів. Прогрівання кромок досягається пра­вильним положенням електрода, який треба тримати під кутом 45° до поверхні листів і виконувати поперечні коливальні рухи трикут­ником без затримки або з затримкою в корені шва (рис. 5.11). Кут нахилу електрода змінюється в процесі зварювання залежно від то­го, на якій поличці в даний момент горить дуга.

Рисунок 5.11. Зварювання кутових швів із коливальними рухами електрода:

а – трикутником без затримки в корені шва; б – трикутником із затримкою в корені шва


Кутові шви в нижньому положенні з катетами до 10 мм зварю­ють в один шар електродами діаметром до 5 мм (інколи без коли­вальних рухів).




Рисунок 5.12. Зварювання кутових швів:

а – із скосом однієї кромки (однобічний); б – із скосом двох кромок (двобічнй)


Кутові шви без скосу кромок із катетами більше 10 мм викону­ють в один шар. але з поперечними коливальними рухами електро­да трикутником із затримкою електрода в корені шва.

При виготовленні відповідальних виробів застосовують кутові шви з одностороннім або двостороннім скосом кромок (рис. 5.12). Кромки розчищають під кутом 50 ±5°. При товщині стінок до 4 мм виконують одношаровий шов. при товщині металу більше 4 мм зва­рюють у декілька шарів і проходів, а для кращого провару кореня шва перший прохід виконують нитко­вим швом електродом діаметром 3-4 мм без коливальних рухів. При накладанні кутових швів похилим електродом і «у човник» зварювати краще кутом назад. У бага­тошарових кутових швах, зварених похилим електродом, можливі нерівні катети, що допускається при проектуванні зварних виробів.

Орієнтовні режими електрозварювання кутових швів указані в табл. 5.8 і 5.9.

Таблиця 5.8.


Таблиця 5.9.




3.3. СПОСОБИ ВИКОНАННЯ ШВІВ ЗА ПЕРЕРІЗОМ

При зварюванні стикових і кутових швів великого перерізу шов виконується декількома шарами.

За способом заповнення швів за перерізом розрізняють одноша­рові, багатошарові та багатопрохідні багатошарові шви. Багатоша­ровим називають шов, якщо число шарів рівне числу проходів. Багатопрохідним називають шов, якщо деякі шари виконуються за декілька проходів. У стикових з'єднаннях частіше використовують багатошарові шви, а в кутових з'єднаннях — багатопрохідні.




Рисунок 5.13. Способи заповнення багатошарових швів:

а – способом подвійного шару; б – секціями; в – каскадом; г – гіркою


При зварюванні товстих металів виконання кожного шару «на прохід» є небажаним через те, що це може призвести до значних деформацій та утворення тріщин у перших шарах. Причиною цього є повне охолодження першого шару і нерівномірне нагрі­вання металу. Щоб запобігти утворенню тріщин шов за­повнюють так, щоб кожний наступний шар накладався на ще неохолоджений поперед­ній шар. Для цього слід забез­печити невеликий інтервал часу між накладанням окре­мих швів. Це досягається за­стосуванням методів подвій­ного шару, секціями, каскад­ним методом, заповненням шва гіркою і застосуванням блочного методу (рис. 5.13).

Суть способу подвійного шару полягає в тому, що другий шар накладають на неохолоджений перший після видалення шлаку (рис. 5.13 а). Зварювання ведуть у протилежних напрямках. Це запобігає появі гарячих тріщин при товщині металу 15-20 мм.

Зварювання секціями (рис. 5.13 б) виконують по всій зварю­ваній товщині ділянками довжиною 200-400 мм. Довжину ділянки підбирають так, щоб метал у корені шва мав температуру не менше 200°С. Кожний наступний валик наплавляється в протилежному напрямку. При цьому метал має високу пластичність і не утворю­ються тріщини.

При каскадному методі (рис. 5.13 в) весь шов розбивається на короткі ділянки довжиною 200 мм. Зварюють так, щоб після закінчення зварювання першого шару першої ділянки можна було, не зупиняючись, продовжувати виконання першого шару на сусідній ділянці. Тоді кожний наступний шар накладається на неохолоджений попередній шар. Цей спосіб застосовують при товщині металу 20-25 мм і більше.

Зварювання гіркою (рис. 5.13 г) є різновидністю каскадного ме­тоду. Ведеться одним зварником проходами по всій товщині металу або двома зварниками одночасно від середини до країв. Зварюван­ня гіркою та каскадом є зворотноступінчастим зварюванням не тільки за довжиною, але й за перерізом шва.

Метод зварювання блоками полягає в тому, що шов за довжи­ною ділиться на ділянки завдовжки 1 м. Шов заповнюють окреми­ми ділянками по всій висоті перерізу шва. Кожна ділянка-блок ви­конується окремим зварником і починається від середнього блока. Після виконання першого проходу на першій ділянці, зварювання починають ще два зварники і т. д., поки всі ділянки за довжиною шва не будуть закріплені за зварниками. Таке одночасне виконання багатопрохідного шва за довжиною і перерізом забезпечує рівно­мірний розподіл температури, що зменшує внутрішні напруження та деформації. Блочний метод застосовують для зварювання тов­столистової сталі, яка при цьому гартується.


3.4. СПОСОБИ ЗВАРЮВАННЯ ШВІВ РІЗНОЇ ДОВЖИНИ

Залежно від довжини зварні шви умовно поділяються на три види: короткі — до 250 мм, середні — від 250 до 1000 мм і довгі — понад 1000 мм.

Короткі шви зварюють «на прохід» — від початку шва до його кінця (рис. 5.14 а).




Рисунок 5.14. Зварювання швів різної різної довжини:




Щоб уникнути жолоблення деталей, при зварюванні швів се­редньої довжини застосовують такі способи: від середини до країв (рис. 5.14 б) і зворотноступінчастий (рис. 5.14 в). При зворотноступінчастому способі зварювання шов розбивають на ділянки довжи­ною від 100 до 350мм, щоб кожна ділянка зварювалась однаковою кількістю електродів (двома, трьома і т. д.). Перехід з однієї ділянки на іншу поєднують із зміною електрода.

Кожна ділянка зварюється в напрямку, протилежному загально­му напрямку зварювання. Остання ділянка завжди зварюється «на вихід» (у протилежний бік). Зворотноступінчасте зварювання є ефективним методом зменшення внутрішніх напруг і деформацій при зварюванні.

Довгі шви зварюють від середини до країв зворотноступінчастим способом (рис. 5.14 г). Для зварювання довгих швів доцільно організувати роботу одночасно двох зварників.

У багатошарових швах при зварюванні зворотноступінчастим способом місця стиків швів суміжних шарів дещо зміщують один відносно іншого через те, що в місцях початку і закінчення шва най­вища вірогідність утворення дефектів. При зварюванні довгих швів одним зварником застосовують зворотноступінчастий спосіб уроз­кид (рис. 5.14 д), де шов розбивають на окремі ділянки і зварюють у різних напрямках.

При зварюванні металів різної товщини на більш товстому листі на ділянці довжиною 5S (S — товщина тоншого листа) роб­лять скіс з однієї або двох сторін до товщини більш тонкого листа, після чого підготовлюють кромки.


4. РОЗРАХУНКИ ТА ВИБІР РЕЖИМІВ РУЧНОГО ДУГОВОГО ЗВАРЮВАННЯ


Режими зварювання — це сукупність різних факторів зварю­вального процесу, які забезпечують стійке горіння дуги і одержання швів заданих розмірів, форми та якості. До таких факторів відно­сяться: діаметр електрода, сила зварювального струму, тип і марка електрода, напруга па дузі, рід і полярність зварювального струму, швидкість зварювання, розташування шва у просторі, попередній підігрів і наступна термічна обробка.

Діаметр електрода встановлюється залежно від товщини зварю­ваного металу (табл. 5.10), типу зварного з'єднання, розташування шва у просторі, розмірів деталі й складу зварюваного металу.

Таблиця 5 10.




Для зварювання вертикальних, горизонтальних і стельових швів, незалежно від товщини металу, застосовують електроди діаметром до 4 мм, оскільки при цьому легше запобігти скапуванню рідкого металу.

У випадку багатошарового зварювання для кращого провару кореня шва перший шов заварюють електродом діаметром 3-4 мм а наступні шви - електродами більшого діаметра. При цьому пло­ща поперечного перерізу першого шару (проходу) не повинна пере­вищувати 30-35 мм². Площу можна визначити за формулою:



де F₁ - площа поперечного перерізу першого шару (проходу) мм²;

d_e -діаметр електрода, мм.

Площа поперечного перерізу наступних шарів (проходів) може бути збільшена і визначається за формулою:



Де F_ш - площа поперечного перерізу наступних шарів, мм².

Знаючи площу поперечного перерізу розчищених кромок, мож­на визначити необхідну кількість шарів за формулою:



Де F_p - площа поперечного перерізу розчищених кромок, мм²;

п - кількість шарів (проходів).

Зварювальний струм установлюється залежно від вибраного Діаметра електрода. Для зварювання в нижньому положенні шва його приблизно можна визначити за формулою:



де I_зв - сила зварювального струму, А; К - коефіцієнт пропорційності який залежить від типу електрода і його діаметра, А/мм (табл. 5.11).



Таблиця 5.11.



Для підбору зварювального струму можна використати дещо спрощену формулу:

I_зв = (20 + 6d_е),

де І_зв — сила зварювального струму, А; d_е — діаметр електрода, мм.

Якщо товщина металу менша 1,5 d_e при зварюванні в нижньому положенні, то I_зв зменшують на 10-15% порівняно з розрахунко­вим. Якщо товщина металу більша 3 d_e, то І_зв збільшують на 10-15% порівняно з розрахунковим.

При зварюванні на вертикальній площині струм зменшують на 10-15%, а в стельовому положенні — на 15-20% порівняно з нор­мально вибраною силою струму для зварювання у нижньому поло­женні.

При виконанні зварювання якісними електродами силу струму необхідно встановлювати відповідно з даними, вказаними в паспор­тах або сертифікатах на ці електроди.

Встановлену силу зварювального струму перевіряють кон­трольним наплавленням пробних валиків, визначаючи при цьому глибину провару, ширину шва та стійкість горіння дуги. Глибина провару повинна становити 1-4 мм, а ширина шва має бути в ме­жах, яку визначають за формулою:



де е — ширина шва, мм.

Горіння дуги повинне бути стійким при незначному розбризку­ванні рідкого металу.

Відносно малий зварювальний струм призводить до нестійкого горіння дуги, непровару, низької продуктивності, а надмірно вели­кий струм — до сильного нагрівання електрода, збільшення швид­кості плавлення електрода і непровару, підвищеного розбризкуван­ня металу та погіршення формування шва.

Тип і марку електрода вибирають залежно від необхідної міцності шва, надання йому спеціальних властивостей, марки металу, товщини деталі, жорсткості виробу, температури на­вколишнього середовища, просторового розташування, умов експлуатації виробу. Електроди повинні .забезпечувати одно­рідність хімічного складу наплавленого металу з основним.

Напруга на дузі прямо залежить від довжини дуги і становить 16—10 В. Зварювати слід коротшою дугою з напругою 16-20 В. Нормальною вважається дуга довжиною (0,5-1,1) d_е. залежно від типу і марки електрода і положення зварювання у просторі.

Рід струму й полярність установлюють залежно від зварюва­ного металу і його товщини. При зварюванні звичайних вуглеце­вих сталей застосовують змінний струм, як дешевший порівняно з постійним. Застосовуючи постійний струм, установлюють пря­му або зворотну полярність. На прямій полярності зварюють товсті метали, тому що на основному металі виділяється більше тепла.

Зворотну полярність використовують для зварювання тонких металів, щоб уникнути пропалів і при зварюванні високолегованих сталей для зменшення їх перегрівання.

Швидкість зварювання встановлюється залежно від вибраного способу зварювання, властивостей основного металу, характеристи­ки електрода тощо.

Для уникнення перегрівання металу високолеговані сталі зва­рюють на більших швидкостях, ніж звичайні низьковуглецеві і низьколеговані.

Швидкість переміщення електрода встановлює зварник.

Розташування шва у просторі має велике значення при виборі основних режимів зварювання. Ручне дугове зварювання викорис­товують у всіх просторових положеннях шва. Найзручнішим с нижнє положення, яке забезпечує високу якість зварного шва.

Попередній підігрів і наступна термічна обробка призначені для зварювання середньо- і високовуглецевих сталей, схильних до ут­ворення гартованих структур, чавунів, кольорових металів та їх сплавів. Температура й способи підігріву та термічної обробки зале­жать від хімічного складу, товщини й розмірів виробу.


ВПЛИВ ПОКАЗНИКІВ РЕЖИМІВ ЗВАРЮВАННЯ НА РОЗМІРИ ТА ФОРМУ ШВА

Режими зварювання значно впливають на якість, розміри та форму шва. Зменшення діаметра електрода при постійному зварю­вальному струмі підвищує густину струму в електроді й глибину провару, що пояснюється збільшенням тиску дуги. При цьому та­кож зменшується ширина шва за рахунок зменшення катодної та анодної плям. Ширина шва при зварюванні на прямій полярності менша ніж на зворотній, а значить менша порівняно із зварюванням на змінному струмі.

Глибина провару прямо залежить від сили струму. При її збільшенні глибина провару також збільшується і навпаки. На прямій полярності глибина провару більша, ніж при зворотній по­лярності. При зварюванні змінним струмом провар на 15-20% мен­ший, ніж при зварюванні постійним струмом.

Під впливом тиску дуги, який збільшується з ростом струму, розплавлений метал витискується з-під дуги, що призводить до наскрізного проплавлення. Напрям тиску дуги можна змінювати нахилом електрода до виробу. При зварюванні кутом уперед змен­шується глибина провару і збільшується ширина шва, а при зварю­ванні кутом назад провар збільшується і зменшується ширина шва. Коли зварювання ведуть на підйом, то збільшується глибина провару й зменшується ширина шва, а при зварюванні на спуск — навпаки.

Напруга душ мало впливає на глибину провару, зате має пряму залежність із шириною шва — при підвищенні напруги ширина шва збільшується. Підвищення напруги дуги за рахунок збільшення її довжини призводить до зниження зварювального струму, а відповідно, й до зменшення глибини провару.

Глибина провару також залежить від амплітуди коливання кінця електрода — чим більша амплітуда, тим менший провар. Підвищення швидкості зварювання призводить до зменшення гли­бини провару та ширини шва.

Температура навколишнього середовища (від -60 до +80 °С) практично не впливає на глибину провару й ширину шва. Суттєві зміни в бік збільшення спостерігаються при попередньому підігріві до 500°С.


5. ОСОБЛИВОСТІ ЗВАРЮВАННЯ ШВІВ В РІЗНИХ ПРОСТОРОВИХ ПОЛОЖЕННЯХ


За розташуванням швів у просторі в момент їх виконання розрізняють: нижні, горизонтальні, вертикальні й стельові шви. Проміжні положення відносять до одного з них відповідно до схеми (рис. 5.15).




Рисунок 5.15. Схема просторового розташування швів:

I – нижнє; II – вертикальне та горизонтальне; III – стельове


Зварювання швів у верти­кальному, горизонтальному та стельовому положеннях на відміну від нижнього має ряд особливостей.

Нижні шви найзручніші для зварювання тому, що краплі елек­тродного металу під власною ма­сою легко переходять у зварну ванну. Крім того у цьому поло­женні зручно спостерігати за процесом зварювання.

Вертикальні шви зварюються знизу вверх і зверху вниз. При цьому основний і електродний метали скапують униз. Тому при вертикальному зварюванні зварювальний струм зменшують на 10-15% порівняно із зварюванням у нижньому положенні, а діаметр електрода не повинен перевищувати 4-5 мм. Щоб метал не витікав з ванни, слід підтримувати дуже коротку дугу, при якій відстань між краплями електродного і основного металу настільки мала, що між ними виникає взаємне притягування.

При зварюванні знизу вверх (рис. 5.16, а) дуга збуджується в най­нижчій точці шва і після утворення зварної ванни електрод, спочатку встановлений горизонатально (положення 1), відводиться догори (положення 2) на кут 45-50°. При цьому нижня частина зварної ванни починає крис­талізуватися і утворюється поличка, на якій утримуються краплі металу. Щоб запобігти




Рисунок 5.16. Зварювання вертикальних швів: а – знизу вверх; б – зверху вниз


витіканню металу з ванни не­обхідно здійснювати попе­речні коливальні рухи елект­родом із відводом його вверх і почергово в різні сторони. Це забезпечує швидку кристалі­зацію рідкого металу.

При зварюванні зверху вниз (рис. 5.16, б) у початковий момент електрод розташовується перпендикулярно до основного металу і дуга збуджується у верхній точці шва. Після утворення зварної ванни електрод нахиляють на 15-20° так, щоб дуга направлялась на основ­ний і наплавлений метал. У цьому випадку рідкий метал частково підтікає під дугу і товщина металу штучно збільшується, що дає можливість уникати пропалів. Тому зварювання зверху вниз вико­ристовують для зварювання тонких металів. Для зменшення скапу­вання металу застосовують електроди з целюлозним або пластма­совим покриттям органічного виду (ОЗС-9, АНО-9, ВСЦ-2, ВСЦ-3 та ін.). Продуктивність зварювання зверху вниз вища порівняно із зварюванням знизу вверх. Вертикальні шви зручно зварювати еле­ктродами з впиранням покриття на зварювані кромки.

Горизонтальні шви (на вертикальній площині) зварювати складніше вертикальних (рис. 5.17). На верхньому листі можливі підрізи. Тому зварювання ведуть короткою дугою і




Рисунок 5.17. Зварювання горизонтальних швів:

електродами діаметром до 4-5 мм. Силу зварювального струму зменшують на 10-15% порівняно з нижнім положенням. Щоб запобігти скапуван­ню рідкого металу скіс кромок виконують на одному верхньому листі (рис. 5.17 а) під кутом 50 ±5°. Дуга при цьому збуджується на нижній горизонтальній кромці (положення 1), а потім переноситься на похилий скіс (положення 2), піднімаючи догори краплю металу. Електродом виконують спіральні коливальні рухи. Горизонтальні шви внапуск зварювати легше стикових тому, що кромка нижнього листа сприяє утриманню розплавленого металу від скапування вниз (рис. 5.17 б). Коли зварюють горизонтальні шви з двома скоса­ми кромок (рис. 5.17 в), установлюють такий порядок накладання швів, при якому в процесі проварювання верхньої кромки вдасться уникнути стельового положення кратера з розплавленим металом. При зварюванні горизонтальних швів високу якість забезпечують електроди з целюлозним покриттям (виконують упиранням по­криття в кромки металу).

Стельові шви зварювати найскладніше. їх виконують зварники найвищої кваліфікації. Складність зварювання полягає в тому, що краплі металу намагаються скапувати вниз та утруднюється пере­несення крапель із електродного металу у зварну ванну. Складнос­тей можна уникнути, зменшуючи силу зварювального струму на 15-20% порівняно з нижнім положенням, використовуючи елект­роди діаметром до 4 мм. При цьому зменшиться об'єм зварної ван­ни. Основною умовою одержання якісного шва є підтримання дуже короткої дуги шляхом періодичних замикань електрода з металом ванни. Кут нахилу електрода до основного металу становить 70-80° (рис. 5.18). У момент короткого замикання крапля металу під впли­вом сили поверхневого натягу втягується у зварну ванну, а коли електрод віддаляється, дуга гасне і метал шва кристалізується. Од­ночасно виконують поперечні коливальні рухи. Метал шва товщи­ною понад 8 мм зварюють багатопрохідними швами. При цьому перший валик виконують електродом діаметром 3 мм, а наступні — діаметром не більше 4 мм. Для зварювання стельових швів викори­стовують електроди з впиранням у покриття.

При виконанні стельових швів за допомогою покритих електро­дів виділяються гази, які піднімаються вверх і можуть залишитися у шві. Тому електроди перед зварюванням необхідно добре просушити.

Понижені режими й незручність зварювання швів у різних про­сторових положеннях зменшують продуктивність зварювання. Тому, по можливості, вироби розташовують так, щоб зварювання проходило в нижньому положенні.




Рисунок 5.18. Зварювання стельових швів


Зварні шви відповідно до ГОСТу 11969-79 за положен­ням у просторі мають такі умовні позначення: Н — нижнє; П — стельове; Л — «у човник»; В — вертикальне; Г — горизон­тальне; Пв — напівзертикальне; Пг — напівгоризонтальне; Пп — напівстельове.

Згідно з кваліфікаційною системою Міжнародного інституту зварювання, прийняті такі умовні позначення швів у різних просто­рових положеннях:

РА — зварювання швів у нижньому положенні;

PG — вертикальне зверху вниз;

PF — вертикальне знизу вверх;

PC — горизонтальне;

РЕ — стельове;

PD — напівстельове;

РВ — напівгоризонтальне;

J-L045 — напіввертикальне зверху вниз;

H-L045 — напіввертикальне знизу вверх.