ТЕХНОЛОГИЯ
И ОБОРУДОВАНИЕ
СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
И ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ
2-е издание, исправленное
и дополненное
Под редакцией д-ра техн, наук,
проф. А.И. Акулова
Допущено УМ О вузов по политехническому
университетскому образованию в качестве
учебника для студентов высших учебных
заведений, обучающихся по направлению 651400
“Машиностроительные технологии и
оборудование” по специальности 120500
“Оборудование и технология сварочного
производства ”

Москва
«Машиностроение»
2003
УДК 621.791.7(075.8)
ББК 34.641
Т38
Рецензент: кафедра «Технологии сварки и диагностики»
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Авторы: А.И. Акулов, В.П. Алехин, С.И. Ермаков, Г.В. По-
левой, А.М. Рыбачук, Г.Г. Чернышов, Б.Ф. Якушин
Технология и оборудование сварки плавлением и термичс-
Т38 ской резки: Учебник для вузов.- 2-е изд. испр. и доп. / А.И. Аку-
лов, В.П. Алехин, С.И. Ермаков и др. / Пол ред. А.И. Акулова.- М.:
Машиностроение, 2003. - 560 с.: ил.
Рассмотрены основные способы сварки плавлением и термической
резки. Приведены сведения о сварочных материалах и оборудовании, тех-
нологии сварки и наплавки различных сталей, чугуна, цветных металлов и
сплавов. Даны некоюрые рекомендации по выбору параметров режимов
дуговой сварки.
2-е изд. (1-е изд. 1977 г.) дополнено и переработано в соответствии с
современным сосотоянисм технологии сварки плавлением и термической
резки, введена новая глава по сварке металлических композиционных и
пористых материалов.
Учебник предназначен для студентов вузов, обучающихся на специ-
альности 120500 ''Оборудование и технология сварочного производства".
Может быть полезен для студентов. обучающихся па друтх специально-
стях. связанных с общим, энергетическим, i ранспортым. химическим
машиностроением, производством металлоконструкций. а >акже конструк-
торов и технологов, связанных с проектированием и производством свар-
ных конструкций.
УДК 621.791.7(075.8)
1>ЬК 34.641
ISBN 5-217-03130-1
© Издательство "Машиностроение", 2003
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................................................... 7
Введение...................................................... 8
Глава 1. Типы сварных соединений и швов. Конструктивные
элементы сварных соединений.............................. 10
1.1. Классификация сварных соединений и швов............. 10
1.2. Конструктивные элементы сварных соединений....	16
Контрольные вопросы...................................... 21
Глава 2. Сварочные материалы................................. 22
2.1.	Назначение сварочных материалов..................... 22
2.2.	Покрытые электроды для дуговой сварки и	наплавки ...	24
23.	Сварочная сплошная и порошковая проволока, прутки,
порошки, неплавящиеся электроды...................... 56
2.4.	Флюсы сварочные..................................... 63
2.5.	Защитные газы....................................... 70
2.6.	Газы для газопламенной обработки.................... 72
Контрольные вопросы...................................... 80
Глава 3. Сущность и техника различных способов сварки плав-
лением и термической резки......................... 81
3.1.	Газопламенная обработка металлов................. 81
3.2.	Ручная луговая сварка металлическими электродами с
покрытием............................................ 93
3.3.	Дуговая сварка угольным электродом без защиты.	107
3.4.	Дуговая сварка под флюсом........................ 109
3.5.	Дуговая сварка в защитных газах.................... 121
3.6.	Дуговая сварка порошковыми проволоками............. 146
3.7.	Сварка и резка плазменной струей................. 145
3.8.	Сварка электронно-лучевая и лазерная............. 148
3.9.	Электрошлаковая сварка........................... 152
3.10.	Особые случаи применения сварочной дуги......... 159
Контрольные вопросы................................... 167
4
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 4. Оборудование для сварки плавлением и термической
резки.................................................... 168
4.1.	Технологические требования к оборудованию......	168
4	2. Аппаратура для дуговой сварки и наплавки...... 171
4.3.	Аппаратура для сварки неплавящимся электродом и
плазменной сварки.................................... 184
4.4.	Аппаратура для электрошлаковой сварки........... 190
4.5.	Установки для электронно-лучевой сварки......... 194
4.6.	Аппаратура для сварки световым лучом и	лучом лазера 199
4.7.	Оборудование для газопламенной обработки. Газовые
редукторы и газовые коммуникации..................... 210
4.8.	Оборудование для термической резки.............. 225
4.9.	Машины для кислородной резки.................... 232
Контрольные вопросы.................................. 239
Глава 5. Выбор параметров режима дуговой сварки.......... 240
5.1. Общие положения................................ 240
5.2. Расчетная оценка ожидаемых механических свойств
металла шва..................................... 243
Контрольные вопросы................................. 249
Глава 6. Технология сварки углеродистых и низкоуглеродистых
низколегированных конструкционных сталей................	250
6.1.	Состав и свойства сталей....................... 250
6.2.	Образование шва и околошовной зоны............. 256
6.3.	Основные сведения о свариваемости.............. 263
6.4.	Особенности технологии и техники сварки........ 271
Контрольные вопросы................................. 282
Глава 7. Технология сварки низко- и среднелегированных зака-
ливающихся сталей................................... 283
7.1.	Основные сведения о	свариваемости.............. 283
7.2.	Сварка низколегированных бейнитно-мартенситных
сталей............................................... 290
ОГЛАВЛЕНИЕ
5
7.3.	Сварка среднелегированных мартенситно-бейнитных
сталей.......................................... 296
7.4.	Сварка жаропрочных перлитных сталей............ 318
Контрольные вопросы................................. 324
Глава 8. Технология сварки высокохромистых мартенситных,
мартенситно-ферритных и ферритных сталей................ 325
8.1.	Состав и свойства сталей....................... 325
8.2.	Выбор способов сварки и сварочных материалов..	327
8.3.	Сварка мартенситных хромистых сталей........... 330
8.4.	Сварка мартенситно-ферритных сталей............ 335
8.5.	Сварка ферритных хромистых сталей.............. 339
Контрольные вопросы................................. 342
Глава 9. Технология сварки высоколегированных аустенитных
сталей и сплавов........................................ 343
9.1.	Состав и свойства сталей....................... 343
9.2.	Основные сведения о свариваемости.............. 353
9.3.	Особенности технологии и техники сварки........ 359
Контрольные вопросы................................. 379
Глава 10. Технология сварки разнородных сталей.......... 380
10.1.	Свариваемость разнородных сочетаний сталей.... 382
10.2.	Специфика формирования структуры металла шва и
околошовной зоны.................................... 385
10.3.	Особенности технологии сварки комбинированных
конструкций из сталей различных структурных клас-
сов ................................................ 393
10.4.	Особенности технологии сварки комбинированных
конструкций из разнородных сталей одного струк-
турного класса...................................... 400
10.5.	Сварка двухслойных (плакированных) сталей....	403
Контрольные вопросы................................. 408
6
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 11. Технология сварки чугуна....................... 409
11.1.	Состав и свойства............................. 409
11.2.	Основные сведения о свариваемости. Технологиче-
ские рекомендации по дуговой сварке................. 411
11.3.	Газовая сварка чугуна......................... 428
Контрольные вопросы................................. 433
Глава 12. Технология сварки цветных металлов и сплавов на их
основе.............................................. 435
12.1. Состав и с войства............................ 435
12.2. Особенности технологии и техники сварки....... 437
Контрольные вопросы................................. 484
Глава 13. Технология сварки разнородных металлов и сплавов и
металлов с неметаллами.............................. 485
13.1.	Анализ процесса сваривания разнородных металлов
по диаграммам состояния............................. 486
13.2.	Основные сведения о свариваемости............. 491
13.3.	Особенности технологии и техники сварки....... 499
Контрольные вопросы................................. 518
Глава 14. Техника и технология наплавки слоев с особыми
свойствами............................................... 519
14.1.	Формирование свойств наплавленного металла...	519
14.2.	Методы легирования............................ 528
14.3.	Особенности технологии и техники наплавки....	536
14.4.	Сущность и техника особых способов наплавки..	540
Контрольные вопросы................................. 546
Глава 15. Технология сварки металлических композиционных и
пористых материалов................................. 547
Контрольные вопросы................................. 551
Глава 16. Безопасность труда и защита среды обитания....	552
Список литературы........................................ 559
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебник написан по программе для студентов вузов, обучающихся
по специальности 120500 "Технология и оборудование сварочного про-
изводства".
При написании учебника авторы исходили из учебного плана по
данной специальности, согласно которому студенты уже изучили час-
тично или полностью ряд специальных дисциплин: теория сварочных
процессов, источники питания для сварки, расчет и проектирование
сварных конструкций и др.
Изучение упомянутых дисциплин предполагает достаточно глубокое
изучение студентами таких вопросов, как классификация способов свар-
ки, теоретические основы источников теплоты, используемых при сварке,
физико-металлургические и тепловые процессы при сварке, процессы
кристаллизации металла сварного шва и технологическая прочность
сварных соединений и т.п. Поэтому основное внимание в данном учеб-
нике уделено технологии сварки плавлением, а по сварочному оборудо-
ванию приведены только сведения, дополняющие курс источников пита-
ния. В разделах по технологии сварки авторы не стремились привести все
данные о сварочных материалах, режимах и т.п., учитывая, что эти дан-
ные имеются в справочной литературе, и уделили основное внимание
освещению основ выбора технологии.
Основой для данного учебника послужил учебник А.И. Акулова,
Г.А. Бсльчука, В.П. Демянцевича "Технология и оборудование сварки
плавлением": М.: "Машиностроение", 1977 с существенными дополне-
ниями и доработкой.
Профессор А.И. Акулов написал гл. 3, 5, 6, 9, 15, 16. Гл. 1 доработал
доцент А.М. Рыбачук; гл. 2 - доцент А.М. Рыбачук и доцент Г.В. Поле-
вой; гл. 4 и 11 - доцент Г.В. Полевой; гл. 7, 8 - профессор Г.Г. Черны-
шов; гл. 10 - профессор Б.Ф. Якушин; гл. 12 и 14 - доцент С.И. Ермаков;
гл. 13 - профессор В.П. Алехин.
ВВЕДЕНИЕ
При сварке плавлением под действием источника тепла кромки ме-
талла свариваемых элементов (основной металл) и если необходимо, до-
полнительный металл (сварочная проволока и др.) расплавляются в месте
соединения совместно образуя сварочную ванну. В ней происходят раз-
личные физико-химические взаимодействия. При охлаждении, по мере
удаления источника тепла металл сварочной ванны кристаллизуется, об-
разуя сварной шов, соединяющий свариваемые элементы. В отличие от
основного металла, структура которого характерна измельченным после
пластической деформации зерном (прокатка и т.д. за исключением свар-
но-литых конструкций) металл шва всегда имеет структуру литого ме-
талла с укрупненным зерном. Его химический состав и свойства могут
значительно отличаться от состава и свойств основного металла.
Рядом со швом в основном металле под действием тепла, распро-
страняющегося из зоны сварки, происходят структурные изменения (зона
термического влияния). Таким образом сварное соединение, т.е. металл
шва и зоны термическою влияния характеризуется разнообразием струк-
тур и значит и свойств. Последующая термическая обработка позволяет
уменьшить это различие.
При сварке плавлением в качестве источника тепла используют раз-
личные источники: высокотемпературное газовое пламя (газовая сварка),
электрическую дугу (электродуговая сварка), теплоту выделяемую в
шлаковой ванне проходящим через нее электрическим током (электро-
шлаковая сварка), теплоту струи ионизированных газов плазмы (плаз-
менная сварка), теплоту, выделяемую в металле в результате преобразо-
вания в нее кинетической энергии электронов (электронно-лучевая свар-
ка), теплоту когерентного светового луча лазера (лазерная сварка) и не-
которые другие.
Из способов сварки плавлением наиболее широко используется элек-
тродуговая сварка. Она имеет много разновидностей в зависимости от спо-
соба защиты зоны сварки от воздуха и металлургических взаимодействий в
ней и в металле сварочной ванны. Это сварка покрытыми электродами, под
флюсом, в защитных газах, порошковой проволокой. По степени механиза-
ции она может быть ручной, полуавтоматической и автоматической.
Сварка плавлением используется для соединения практически всех
используемых в технике металлов толщиной от долей миллиметра до
сотен сантиметров, а также некоторых неметаллов (стекла, керамики,
графита и др.). Широкие возможности сварки плавлением облегчают ре-
шение задач, стоящих перед инженерами-технологами. Однако разрабо-
танный технологический процесс должен не только обеспечить требуе-
ВВЕДЕНИЕ
9
мые свойства сварных соединений, но быть экономичным и экологически
приемлемым. При разработке технологического процесса изготовления
целесообразна разработка нескольких его вариантов с использованием
ЭВМ для выбора оптимального.
Россия внесла значительный вклад в создание и развитие сварки плав-
лением. В 1882 г. Н.Н. Бенардос предложил способ электродуговой сварки
угольным электродом. Дальнейшее развитие электродуговая сварка получи-
ла в работах Н.Г. Славянова (1888 г.), применившего в качестве электрода
металлический стержень, который одновременно являлся и присадочным
(дополнительным) металлом. Славянов Н.Г. разработал металлургические
основы электродуговой сварки, предложив использовать в качестве флюса
дробленое стекло для защиты расплавленного металла сварочной ванны от
взаимодействия с воздухом. Однако качество сварных соединений было низ-
ким. Значительно повысилось их качество, когда в 1907 г. шведский инже-
нер О. Кьельбсрг разработал электроды, в которых на металлический стер-
жень наносилось специальное покрытие. Оно содержало легирующие, рас-
кисляющие, газозащитные и шлакообразующие компоненты.
В России интенсивное применение сварки с одновременным прове-
дением широкого круга исследований по технологии, металлургии, проч-
ности сварных конструкций, разработке сварочного оборудования нача-
лось с середины 20-х годов в различных регионах страны. Во Владиво-
стоке (В.П. Вологдин, Н.Н. Рыкалин, Г.К. Татур, С.А. Данилов), в Москве
(ГА. Николаев, К.К. Хренов, К.В. Любавский) в Ленинграде (В.П. Ники-
тин, А.А. Алексеев, Н.О. Окерблом) и т.д. Особую роль в развитии и ста-
новлении сварки сыграл академик Е.О. Патон, создавший в 1929 г. лабо-
раторию, а впоследствии и Институт электросварки АН УССР, в котором
в конце 30-х годов был разработан новый способ автоматическая сварка
под флюсом. Там же в 1949 г. был создан принципиально новый вид
сварки плавлением - электрошлаковая сварка. Широкое применение в
промышленности находит разработанный в 50-х годах в ЦНИИТМАШе
К.В. Любавским и Н.М. Новожиловым способ сварки плавящимся метал-
лическим электродом в среде углекислого та. Его существенными пре-
имуществами является универсальность (автоматический и полуавтома-
тический), высокая производительность и качество, экономичность.
Электронно-лучевая сварка была разработана французскими учеными в
конце 50-х годов. Использование для сварки оптических квантовых гене-
раторов-лазеров началось в 60-х годах. Сварка занимает достойное место
к ряду других технологических процессов. Это обусловлено универсаль-
ностью, возможностью значительной экономии металла, возможностью
создания уникальных конструкций, которые при других технологических
процессах создать невозможно.
Глава 1
ТИПЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ШВОВ.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ШВОВ
Термины и определения основных понятий в области сварки уста-
навливает ГОСТ 2601-84 (в ред, 1992 г.). Термины, установленные стан-
дартом, обязательны для применения в документации всех видов, науч-
но-технической, учебной и справочной литературе.
Сварное соединение - неразъемное соединение, выполненное сваркой.
Сварное соединение (рис. 1.1) вклю-
чает три образующиеся в результате
сварки характерные зоны металла в изде-
лии: зону сварного шва /, зону сплавле-
ния 2, зону термического влияния 3, а
Рис. 1.1. Сварное соединение также часть основного металла 4, приле-
гающую к зоне термического влияния.
Сварной шов - участок сварного соединения, образовавшийся в ре-
зультате кристаллизации расплавленного металла.
Металл шва - сплав, образованный расплавленным основным и на-
плавленным металлами или только переплавленным основным металлом.
Основной металл - металл подвергающихся сварке соединяемых
частей.
Зона сплавления - зона, где находятся частично оплавленные зерна
металла на границе основного металла и металла шва. Эта зона на1рева
ниже температуры плавления. Нерасплавленные зерна в этой зоне разъе-
диняются жидкими прослойками, связанными с жидким металлом сва-
рочной ванны и в эти прослойки имеют возможность проникать элемен-
ты, введенные в ванну с дополнительным металлом или сварочными ма-
териалами. Поэтому химический состав этой зоны отличен от химическо-
го состава основного металла.
Зона термического влияния - участок основного металла, не под-
вергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в
результате нагрева при сварке, наплавке или резке.
КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ШВОВ	11
Тип сварного соединения определяет взаимное расположение свари-
ваемых элементов. Различают: стыковые, угловые, тавровые, нахле-
сточные и торцовые сварные соединения.
Стыковое соединение - сварное соединение двух элементов, при-
мыкающих друг к другу торцовыми поверхностями и расположенных в
одной плоскости или на одной поверхности (рис. 1.2). Поверхности эле-
ментов могут быть несколько смещены при соединении листов разной
толщины (см. рис. 1.2, б).
Угловое соединение - сварное соединение двух элементов, располо-
женных под углом и сваренных в месте примыкания их краев (рис. 1.3).
Тавровое соединение - сварное соединение, в котором торец одно-
го элемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности
другого элемента (рис. 1.4).
Рис. 1.2. Стыковые соединения
Рис. 1.4. Тавровые
соединения
Рис. 1.3. Угловые соединения
12
ТИПЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ШВОВ
Нахлесточное соединение - сварное соединение, в котором сварен-
ные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг
друга (рис. 1.5, а, б). Отсутствие опасности прожогов при сварке облегча-
ет применение высокопроизводительных режимов сварки. Применение
нахлесточных соединений облегчает сборку и сварку швов, выполняемых
при монтаже конструкций (монтажных швов).
Торцовое соединение - сварное соединение, в котором боковые по-
верхности сваренных элементов примыкают друг к другу (рис. 1.5, в).
Сварные швы подразделяют по разным признакам: по типу шва, по
протяженности, по способу выполнения, по пространственному положе-
нию и по форме разделки кромок.
По типу сварные швы делят на стыковые, угловые и прорезные.
Стыковой шов - сварной шов стыкового соединения. Угловой шов -
сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединений. Про-
резной шов (рис. 1.6) получается в результате полного проплавления
верхнего, а иногда и последующих листов, и частичного проплавления
нижнего листа (детали). Частным случаем прорезного шва является то-
чечный или пробочный шов (электрозаклепка - при дуговой сварке) (рис.
1.6, г). Прорезные швы при приварке толстого листа (рис. 1.6, д) могут
выполняться по заранее выполненным отверстиям в верхнем листе (при
точечном шве) или прорези (при непрерывном шве).
Различают следующие характеристики сварного шва: ширину, вы-
пуклость, вогнутость и корень шва.
Рис. 1.6. Прорезные швы
Рис. 1.5.
Нахлесточные (а, б)
и торцовое
соединения (в)
КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ШВОВ 13
Ширина шва е расстояние между видимыми линиями сплавления
сварного шва (см. рис. 1.2, а). Выпуклость шва g определяется расстоя-
нием между плоскостью, проходящей через видимые линии границы
сварного шва с основным металлом и поверхностью сварного шва, изме-
ренным в месте наибольшей выпуклости (см. рис. 1.2, а\ 1.4, а). Вогну-
тость шва т определяется расстоянием между плоскостью, проходящей
через видимые линии границы шва с основным металлом и поверхностью
шва, измеренным в месте наибольшей вогнутости (см. рис. 1.2, в\ 1.3, в).
Вогнутость корня стыкового шва является дефектом обратной стороны
одностороннего шва. Корень шва - часть сварного шва, наиболее уда-
ленная от его лицевой поверхности (см. рис. 1.2, б; 1.4, а). По существу
это обратная сторона шва, в которой различают ширину et и высоту gi
обратного валика (см. рис. 1.2, а).
Угловой шов имеет следующие размерные характеристики: катет,
толщину, расчетную высоту. Катег углового шва к определяется крат-
чайшим расстоянием от поверхности одной из свариваемых частей до
|раницы углового шва на поверхности второй свариваемой части (см.
рис. 1.3, в\ 1.4, а). Катет задается в качестве параметра режима, который
нужно выдерживать при сварке. Толщина углового шва а - наибольшее
расстояние от поверхности углового шва до точки максимального про-
плавления основного металла (см. рис. 1.4, а). Для оценки прочности свар-
ного соединения используют расчетную высоту углового шва - р
(см. рис. 1.4, а). Для угловых швов более благоприятна вогнутая форма по-
верхности шва с плавным переходом к основному металлу (см. рис. 1.3, в).
По протяженности
сварные швы подразделяют
на непрерывные и прерыви-
стые. Стыковые сварные
швы, как правило, выпол-
няют непрерывными. Угло-
вые швы могут быть непре-
рывными (рис. 1.7, а) и пре-
рывистыми (рис. 1.7, б), с
шахматным (рис. 1.7, г?) и
цепным (рис. 1.7, г) распо-
ложением отрезков шва.
Угловые швы могут быть
выполнены и точечными
Рис. 1.7. Угловые швы тавровых соединений

швами (рис. 1.7, б, Э).
14
ТИПЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ШВОВ
По способу выполнения различают сварку: одностороннюю и дву-
стороннюю, однослойную и многослойную. Одностороннюю сварку сты-
кового сварного соединения выполняют со сквозным проплавлением
кромок на подкладке или без подкладки (на весу). Двустороннюю сварку
выполняют с зачисткой (удалением) корня шва (механической обработ-
кой) перед сваркой обратной стороны сварного соединения или без зачи-
стки корня шва. При двусторонней сварке зачастую приходится канто-
вать изделие или вести сварку в трудном потолочном положении.
Рис. 1.8. Многослойный шов
Многослойный шов применяют
при сварке металла большой толщины, а
также для уменьшения зоны термическо-
го влияния. Под слоем сварного шва
(/- IV на рис. 1.8) понимают часть металла
сварного шва, которая состоит из одного
или нескольких валиков (1-5 на рис. 1.8),
располагающихся на одном
уровне поперечного сечения шва. Валик -
металл сварного шва, наплавленный за один проход. Под проходом при
сварке подразумевается однократное перемещение в одном направлении
источника тепла при сварке или наплавке.
Рис. 1.9. Положение шва
при сварке стыковых (а)
и тавровых (6)
соединений листов:
HI - нижнее;
Н2 - нижнее тавровых
соединений;
ВI - вертикальное
(сварка снизу вверх);
В2 - вертикальное
(сварка сверху вниз);
Г - горизонтальное;
111 - потолочное;
П2 - потолочное
тавровых соединений
КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ШВОВ	15
По пространственному положению с учетом требований междуна-
родных стандартов различают следующие сварные швы: горизонтальные
(на вертикальной плоскости), вертикальные, потолочные и швы, сварен-
ные в нижнем положении (рис. 1.9, 1.10). На рисунках даны русские и в
скобках международные обозначения. Схемы сварки стыков труб с гори-
зонтальной, вертикальной или наклоненной осью показаны на рис. 1.10.
Рис. 1.10. Положение шва при сварке стыковых (а) и
угловых (б) соединений труб:
Н1 - нижнее при горизонтальном расположении осей труб (трубы),
свариваемых (привариваемой) с поворотом; Н2 - нижнее при
вертикальном расположении оси трубы, привариваемой без поворота или
с поворотом, BI - переменное при горизонтальном расположении осей труб
(трубы), свариваемых (привариваемой) без поворота "на подъем”;
В2 - переменное при горизонтальном расположении осей труб (трубы),
свариваемых (привариваемой) без поворота "на спуск";
Г - горизонтальное при вертикальном расположении осей труб,
свариваемых без поворота или с поворотом; Н45 - переменное при
наклонном расположении осей труб (трубы), свариваемых
(привариваемой) без поворота; П2 - потолочное при вертикальном
расположении оси трубы, привариваемой без поворота или с поворотом
16
ТИПЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ШВОВ
1.2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Каждый способ сварки плавлением имеет свою проплавляющую
способность и предельную толщину свариваемого металла за один про-
ход без разделки кромок. Например, ручной дуговой сваркой покрытыми
электродами можно проплавить за один проход 5 ... 7 мм. При сварке
деталей большей толщины приходится делать разделку кромок для того,
чтобы можно было проплавить сначала корневой слой и затем, заполняя
остальное сечение разделки, сварить соединение по всей толщине.
Разделка кромок - придание кромкам, подлежащим сварке, необходи-
мой формы удалением части металла кромок. Но разделку кромок прихо-
дится делать еще и для обеспечения качественной обратной стороны шва
при односторонней сварке без подкладок на весу.
При сварке на мощных режимах возможны прожоги, а также пре-
вышение ширины обратной стороны шва и его выпуклости больше вели-
чин, допускаемых ГОСТом или нормативным документом. Поэтому,
например, несмотря на возможность проплавлять ручной дуговой свар-
кой электродами толщину 5 ... 7 мм в зависимости от марки электрода,
ГОСТ 5264-80 и ГОСТ 16037-80 рекомендуют делать разделку кромок,
начиная с толщины 3 мм. При сварке на малых режимах, обеспечивая ма-
лые размеры сварочной ванны, можно получить требуемые стандартами
малые размеры обратной стороны шва за счет удержания силами поверх-
ностного натяжения малого объема жидкого металла сварочной ванны.
Форму разделки кромок при прямолинейном наклонном срезе кро-
мок и их сборку под сварку характеризуют четыре основных конструк-
тивных параметра (рис. 1.11, а - д): зазор Л, притупление - с (неско-
шенная часть торца кромки), угол скоса кромки - 0 (острый угол между
плоскостью скоса кромки и плоскостью торца) и угол разделки кромок -
а (угол между скошенными кромками свариваемых частей), равный 0
или 20. Разделка кромок обеспечивает доступ электрода и дуги в глубь
соединения для полного проплавления кромок на всю их толщину. Так
как форма разделки кромок определяет количество необходимого допол-
нительного металла для заполнения разделки, стремятся делать мини-
мальную площадь разделки. Сварные соединения с Х-образной разделкой
кромок (рис. 1.11, д) для двусторонней сварки имеют преимущества пе-
ред соединениями с V-образной разделкой кромок для односторонней
сварки (рис. 1.11, г), так как при одной и той же толщине свариваемого
металла будет ниже в 1,6 ... 1,7 раза объем наплавленного металла и рас-
ход сварочных материалов (электродов, электродной проволоки и флю-
са). В первом случае будет значительно выше производительность свар-
ки, а также меньше деформации и напряжения в свариваемом изделии.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 17
Рис. 1.11. Конструктивные элементы разделки кромок и
сборки кромок под сварку
Каждый способ сварки имеет свою проплавляющую способность и
оптимальные форму и параметры разделки для конкретной толщины. На
рис. 1.11 представлены разделки кромок для сварки стыков труб толщи-
ной И ... 18 мм магистральных трубопроводов ручной дуговой сваркой
покрытыми электродами (е), дуговой сваркой плавящимся электродом в
среде защитных газов (ж), автоматической дуговой сваркой под флюсом
(з) и электронно-лучевой сваркой (и).
18
ТИПЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ШВОВ
При сварке деталей большой толщины эффективно применение ще-
левой разделки. На рис. 1.11, к представлена щелевая разделка при сварке
первого слоя на подкладке (остающейся, флюсовой, медной и др.), на
рис. 1.11, л дан вариант щелевой разделки при сварке первого слоя на
весу, а на рис. 1.11, м показан вариант таврового соединения с щелевой
разделкой. Расстояние между свариваемыми деталями минимально при
аргонодуговой сварке неплавящимся электродом с присадочной прово-
локой, больше при сварке плавящимся электродом в среде защитных га-
зов и максимально при дуговой сварке под флюсом.
Параметры разделки кромок являются важными характеристиками
сварного соединения, от которых зависит качество, экономичность,
прочность и работоспособность сварного изделия, и поэтому для каждого
способа сварки и для каждой группы изделий (объектов) определены
ГОСТами, отраслевыми стандартами и нормативными документами на
выполнение сварочных работ на данном объекте.
ГОСТ 5264-80 "Ручная дуговая сварка. Соединения сварные" уста-
навливает основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных
соединений из сталей, а также сплавов на железоникелевой и никелевой
основах, выполняемых ручной дуговой сваркой покрытыми электродами
толщиной от 1 до 175 мм во всех пространственных положениях. Стандарт
не распространяется на сварные соединения стальных трубопроводов.
ГОСТ 8713-79 "Сварка под флюсом. Соединения сварные" распро-
страняется на соединения из сталей, а также сплавов на железоникелевой
и никелевой основах, выполняемых сваркой под флюсом, и устанавливает
основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений.
Стандарт распространяется на автоматическую и механизированную свар-
ку под флюсом на весу, на флюсовой, флюсомедной и остающейся под-
кладках, на медном ползуне и на подварочном шве стыковых, нахлесточ-
ных, угловых и тавровых соединений толщиной от 1,5 до 160 мм.
Стандарт предусматривает одностороннюю сварку стыковых швов
без разделки кромок на подкладке листов толщиной до 20 мм, а при дву-
сторонней сварке листов толщиной до 32 мм. При сварке больших тол-
щин без разделки кромок из-за значительного количества наплавленного
металла внешняя часть шва оказывается чрезмерно большой и неблаго-
приятной формы. При сварке с разделкой кромок притупление кромок
делают большей величины (см. рис. 1.11, з), чем при ручной дуговой
сварке (см. рис. 1.11, е), вследствие большей проплавляющей способно-
сти при сварке под флюсом. Прямолинейный скос кромок применяют для
листов толщиной до 60 мм, а при большей толщине - криволинейный
или ступенчатый, обеспечивающий меньшую площадь разделки, мень-
ший объем наплавленного металла и меньшие сварочные деформации.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 19
ГОСТ 15164-78 "Электрошлаковая сварка. Соединения сварные"
устанавливает основные типы, конструктивные элементы и размеры
сварных соединений из сталей (кроме коррозионно-стойких) при сварке
проволочным электродом, плавящимся мундштуком и электродом, сече-
ние которого соответствует по форме поперечному сечению сварочного
пространства (рис. 1.12, г) для толщины 30 ... 800 мм при длине прямо-
линейных и кольцевых швов до 10000 мм. При электрошлаковой сварке
используют наиболее простые формы подготовки кромок (рис. 1.12).
Сварные соединения переменного сечения и переменной кривизны
(рис. 1.12, г) допускается сваривать с выравниванием до прямоугольника.
Стандарт рекомендует расчетный зазор />р условный зазор между
двумя собранными под сварку деталями без учета сближения или расхо-
ждения свариваемых деталей при усадке сварного шва, на основании ко-
торого рассчитываю! размеры свариваемых деталей. Кроме этого стан-
дарт устанавливает толщину и ширину остающейся подкладки, ширину
шва и размеры рабочей поверхности устройств, формирующих шов.
ГОСТ 14771-76 "Дуговая сварка в защитном газе. Соединения
сварные" устанавливает основные типы, конструктивные элементы и
размеры сварных соединений из стали, а также сплавов на железоникеле-
вой и никелевой основах, выполняемых дуговой сваркой плавящимся
электродом в углекислом газе и его смесях с кислородом, в инертных
газах и их смесях с углекислым газом и кислородом, а также неплавя-
щимся электродом в инертных газах с присадочным и без присадочного
металла.
Рис. 1.12. Форма кромок и швы при электрошлаковой сварке:
а - стыковое соединение; б - угловое соединение; в - тавровое соединение;
г - соединение переменного сечения и переменной кривизны по длине I
20
ТИПЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ШВОВ
ГОСТ 14806-80 "Швы сварных соединений. Дуговая сварка алюми-
ния и алюминиевых сплавов" устанавливает основные типы, форму и
размеры подготовки кромок и выполненных сварных швов при ручной и
механизированной сварке в защитных газах конструкций из алюминия и
его сплавов.
ГОСТ 16098-80 "Соединения сварные из двухслойной коррозион-
но-стойкой стали" устанавливает основные типы, форму и размеры под-
готовки кромок и выполненных сварных швов, выполняемых ручной ду-
говой сваркой, автоматической сваркой под флюсом на весу и на флюсо-
вой подушке, дуговой сваркой в защитных газах и электрошлаковой
сваркой.
Форма свариваемых элементов и их взаимное расположение влияют
на условия сварки, проплавление и форму получаемого шва. Из-за этого
возникают разные условия для проплавления и теплоотвода в свариваемые
кромки, которые иногда гребуют особой подготовки кромок и зазоров для
обеспечения качественного шва. Поэтому разработаны ГОСТы для сварки
труб и элементов, расположенных под острыми и тупыми углами.
ГОСТ 16038-80 "Швы сварных соединений трубопроводов из меди
и медно-никелевого сплава” определяет форму и размеры разделки кро-
мок и сварного шва при механизированной сварке.
ГОСТ 11533-75 "Автоматическая и полуавтоматическая дуговая
сварка под флюсом. Соединения сварные под острыми и тупыми углами"
устанавливает основные типы, конструктивные элементы и размеры раз-
делки кромок и шва соединений конструкций из углеродистых и низко-
легированных сталей с расположением свариваемых деталей пол остры-
ми и тупыми углами.
ГОСТ 27580-88 "Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов
в инертных газах. Соединения сварные под острыми и тупыми углами"
распространяется на сварку деталей толщиной от 0,8 до 60 мм (включи-
тельно) ручной, полуавтоматической и автоматической дуговой сваркой
неплавящимся электродом в инертных газах с присадочным металлом,
полуавтоматической и автоматической дуговой сваркой плавящимся
электродом, а также автоматической сваркой неплавящимися электрода-
ми трехфазной дугой с присадочным металлом.
ГОСТы не регламентируют технологию сборки и сварки конкрет-
ных изделий. Последовательность операций, сборочное и сварочное обо-
рудование, количество и размеры прихваток, количество и последова-
тельность наложения слоев, режимы сварки каждого слоя для различных
способов сварки определяют отраслевые стандарты на сварку изделий
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
21
конкретного типа: ведомственные строительные нормы (ВСНы), строи-
тельные нормы и правила (СНиПы), руководящие документы (РД), от-
раслевые стандарты (ОСТы) и другие нормативные документы.
Эти документы определяют также технологию очистки кромок и
прилегающей к ним поверхности основного металла, вырезку деталей и
способы подготовки кромок (механической обработкой на пресс*
ножницах, кромкострогальных или фрезерных станках; газокислородной
или плазменной резкой), точность подготовки кромок. В них указывается
также необходимость и виды обработки кромок после резки (химическим
травлением, шлифовальными кругами, металлическими щетками или
другими инструментами и способами). Только обязательное выполнение
всех указанных в нормативных документах операций и режимов опреде-
ляет требуемое качество сварных соединений.
Контрольные вопросы
1.	Какие зоны включает сварное соединение? Дать определение ка-
ждой зоны.
2.	Что определяет тип сварного соединения? Дать характеристику
каждого сварного соединения.
3.	Какими параметрами характеризуется сварной шов? Назвать раз-
новидности сварных швов.
4.	По каким признакам подразделяются сварные швы?
5.	Какими параметрами характеризуется форма разделки кромок?
6.	Какими нормативными документами регламентируются парамет-
ры разделки кромок?
7.	Какие нормативные документы регламентируют технологию
сборки и сварки конкретных изделий?
Глава 2
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2.1.	НАЗНАЧЕНИЕ СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Качественный сварной шов при сварке плавлением невозможно по-
лучить только расплавляя кромки свариваемого металла источником на-
грева. При любом способе сварки плавлением необходимо применение
сварочных материалов. К сварочным материалам относят: сварочную элек-
тродную проволоку, электроды плавящиеся покрытые, электроды не пла-
вящиеся, присадочные прутки, флюсы, защитные газы (инертные, актив-
ные, горючие, газовые смеси), порошковые присадочные материалы и др.
Применение сварочных материалов обеспечивает:
-	требуемые геометрические размеры шва;
защиту расплавленного металла (газовую, шлаковую или газошла-
ковую) в процессе расплавления, переноса элекгродного металла в дуге,
пребывания в сварочной ванне, кристаллизации и нагретого твердого
металла от вредного воздействия атмосферного воздуха (насыщения его
газами атмосферы) в течение всего процесса сварки;
-	получение металла шва нужного химического состава и свойств
путем его легирования и раскисления;
-	очистку (рафинирование) металла шва от вредных примесей и га-
зов (серы, фосфора, водорода, азота и др.);
-	удаление включений окислов и шлаков;
-	модифицирование, измельчение первичной структуры металла шва.
Следовательно, с помощью сварочных материалов реализуется про-
цесс сварки и осуществляется сложная физико-химическая обработка
расплавленных электродного и основного металлов, производимая в га-
зовой и шлаковой фазах и завершающаяся в сварочной ванне, что приво-
дит к образованию шва нужного химического состава с требуемыми
свойствами. Такую обработку обычно называют металлургической.
Присадочный (дополнительный) металл обычно требуется для полу-
чения шва с необходимыми геометрическими размерами, так как в боль-
шинстве случаев расплавление только кромок основного металла не
обеспечивает получение выпуклости шва и заполнение зазора и разделки
кромок (если она есть). Если дополнительный металл в процессе сварки
расплавляется в виде сварочной (электродной) проволоки, стержней и
т.д., включенных в сварочную цепь, он обычно называется электродным,
а если он не включен в сварочную цепь, - присадочным.
НАЗНАЧЕНИЕ СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
23
Закристаллизовавшийся металл шва состоит из смешанных в жид-
ком состоянии (в сварочной ванне) расплавленных основного и приса-
дочного металлов. Поэтому доли их участия определяют по исходной
конфигурации кромок до расплавления и конечным геометрическим раз-
мерам шва.
Площадь поперечного сечения шва
где Fnp и F„ - соответственно площади поперечного сечения расплавлен-
ных основного и дополнительного металлов, см2; FH обычно называют
площадью поперечного сечения наплавленного металла.
Доля участия основного металла в формировании шва определяется
отношением (рис. 2.1, а)
Соответственно доля участия наплавленного металла в образовании
шва
При этом уо 4- у„ = 1, а ун = 1 - у0 . Величины Fnp и F„, ун и уо не-
посредственно зависят от метода и режима сварки, формы подготовки
кромок и определяются экспериментально или расчетом по эмпириче-
ским формулам либо графикам.
Содержание рассматриваемого элемента в металле шва определяет-
ся на основании правила смешения по формуле
к] ш =УО[%] ом +(l-Yo)[>V], ±ЛХ,
*2
Рис. 2.1. Определение доли участия металла в формировании шва
24
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
где [Х]ш. [А^о.м» 1'П э “ концентрация рассматриваемого элемента
соответственно в металле однослойного шва, основном и электродном
металлах; АЛТ - обобщенное изменение данного элемента в составе ос-
новного и электродного металлов вследствие металлургических взаимо-
действий или неизбежного взаимодействия расплавленного металла с
окружающей средой - газами и шлаками.
При многослойной сварке, когда последующий валик (рис. 2.1, б)
накладывают в разделке на основной металл (FOM) и предыдущий валик
(Fn.j), их долю в образовании металла л-го валика также следует учиты-
вать. В этом случае площадь поперечного сечения шва
Ли = Л>м + Л,-1 +>«•
Соответственно доли участия каждого компонента в формировании
шва
/ом	» У и-1 — Л-| /Л1, ’ Ун ~ /Ли •
Если свариваются разнородные металлы, значительно различаю-
щиеся по химическому составу, участие их в формировании шва учиты-
вается следующим образом:
Ь’ _ г .г
го.м го м! ' го м2 >
Ли ~ Л>.м1 Лэ.м2 °** Ffi-l + 'н •
Соответственно доля их участия в формировании шва
Упм1 — Лм1 /Ли ’ У о м2 ~ Л> м2 / ш •
Содержание рассматриваемого элемента в металле л-го шва
(] п ui _Уом[^1ом + У л -1	] п - I + (I - У О М “Ул-1 ) f % 1 । —	•
2.2.	ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ
СВАРКИ И НАПЛАВКИ
Покрытый электрод - плавящийся электрод для дуговой сварки,
имеющий на поверхности покрытие, адгезионно связанное с металлом
электрода.
Электрод для ручной дуговой сварки (рис. 2.2) представляет собой
стержень длиной до 450 мм, изготовленный из сварочной проволоки, на
ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
25
поверхность которого нанесен слой покрытия 2. Один из концов электро-
да / на длине 20 ... 30 мм освобожден от покрытия для зажатия его в
электролодержателе с целью обеспечения электрического контакта. То-
рец 3 другого конца очищен от покрытия для возможности возбуждения
дуги посредством касания изделия в начале процесса сварки.
ГОСТ 9466-75 в зависимости от отношения полного диаметра элек-
трода D к диаметру стержня d покрытые элекзроды разделяет на сле-
дующие виды: с тонким покрытием (Did < 1,2) присвоен индекс М;
со средним покрытием (1,2 < Did < 1,45) - С; с толстым покрытием
(1,45 < Did < 1,8) - Д; с особо толстым покрытием (Did > 1,8) Г.
Покрытие электрода - смесь веществ, нанесенная на электрод для
усиления ионизации, зашиты от вредного воздействия среды и металлур-
гической обработки металла сварочной ванны.
Для изготовления покрытий применяют различные материалы (ком-
поненты):
1.	Газообразующие компоненты - органические вещества: крахмал,
пищевая мука, декстрин либо неорганические вещества, обычно карбона-
ты (мрамор СаСО3, магнезит MgCO3 и др.).
2.	Легирующие элементы и элементы-раскислители: кремний, мар-
ганец, титан и др., используемые в виде сплавов этих элементов с желе-
зом, так называемых ферросплавов. Алюминий в покрытие вводят в виде
порошка-пудры.
3.	Ионизирующие или стабилизирующие компоненты, содержащие
элементы с низким потенциалом ионизации, а также различные соедине-
ния, в состав которых входят калий, натрий, кальций, мел, полевой шпат,
гранит и др.
4.	Шлакообразующие компоненты, составляющие основу покрытия, -
обычно это руды (марганцовая, титановая), минералы (ильменитовый и
рутиловый концентраты, полевой шпат, кремнезем, гранит, мрамор, пла-
виковый шпат и др.).
26
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
5.	Связующие - водные растворы силикатов натрия и калия, назы-
ваемые натриевым или калиевым жидким стеклом, а также натриево-
калиевым жидким стеклом.
6.	Формовочные добавки - вещества, придающие обмазочной массе
лучшие пластические свойства, - бентонит, каолин, декстрин, слюда и др.
Для повышения производительности сварки, увеличения количества
дополнительного металла, вводимого в шов, в покрытии электродов мо-
жет содержаться железный порошок до 60 % массы покрытия. Многие
материалы, входящие в состав покрытия, одновременно выполняют не-
сколько функций, обеспечивая и газовую защиту в виде газа СО2, и шла-
ковую защиту в виде СаО и т.д.
Газовая защита образуется в результате диссоциации органических
веществ при температурах выше 200 °C:
СЛ(Н2О)Я_, ->(л-1)СО + (п-1)Н2 +С,
диссоциации карбонатов при температуре -900 °C (при парциальном
давлении в газовой фазе Рсо2 МПа)
СаСО3 ->СаО + СО2;
MgCO3 ->MgO + CO2,
а также последующей диссоциации СО?
СО2 ->СО + |/2О2.
Процесс диссоциации происходит недалеко от торца электрода. Рас-
четы показывают, что при температуре 1000 °C и давлении 0,1 МПа дис-
социация карбонатов и органических составляющих покрытия, приходя-
щихся на 1 г расплавленного электродного металла, занимающего объем
0,13 см3 при плотности 7,85 г/см3, приводит к выделению более 140 см3
защитного газа (СО2 и Н2). Количество выделяющихся газов зависит от
состава покрытия. Такое количество газа обеспечивает достаточно на-
дежное оттеснение воздуха от зоны сварки и попадание очень небольшо-
го количества азота в металл шва (не свыше 0,02 ... 0,03 %).
Состав шлакообразующих может быть различным: это оксиды СаО,
MgO, МпО, FeO, А12О3, SiO2, TiO2, Na2O, галогены CaF2 и др. Имеющие-
ся в покрытии ферросплавы связывают кислород, который отдают при
нагревании шлакообразующие оксиды, входящие в покрытие.
ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
27
По видам покрытий электроды подразделяют на следующие: с кис-
лым покрытием индекс А; с основным покрытием - индекс Б; с целлю-
лозным покрытием - индекс Ц; с рутиловым покрытием - индекс Р;
с покрытием смешанною вида - соответствующее двойное условное обо-
значение; с прочими видами покрытий - индекс П. Если покрытие со-
держит более 20 % железного порошка к обозначению вида покрытия
добавляют букву Ж.
При плавлении кислых покрытий (А) большая часть введенных в
них ферросплавов окисляется рудами; легирование металла кремнием и
марганцем идет по схеме кремнемарганцевосстановительного процесса;
оно не позволяет легировать металл элементами с большим сродством к
кислороду. Образующиеся шлаки, обычно кислые, не содержат СаО и не
очищают металл от фосфора. В наплавленном металле много растворен-
ного кислорода и неметаллических включений. В результате швы обла-
дают пониженной стойкостью к образованию горячих трещин и низкой
ударной вязкостью металла шва. В связи с высоким содержанием в по-
крытии ферромарганца и оксидов железа они более токсичны, так как
аэрозоли в зоне сварки и зоне дыхания сварщика содержат большое ко-
личество вредных соединений марганца. Эти электроды применяют ДЛЯ
сварки неответственных металлоконструкций.
Основу рутиловых покрытий (Р) составляют шлакообразуюший
компонент - рутиловый концентрат TiO2 (до 45 %), а также алюмосили-
каты (слюда, полевой шпат и др.) и карбонаты (мрамор, магнезит); фер-
ромарганца в покрытии обычно меньше 10 ... 15 %. Газовая защита обес-
печивается введением органических соединений (до 5 %), а также разло-
жением карбонатов. Покрытия этого вида обеспечивают высокое качест-
во металла шва, малотоксичны и обладают хорошими сварочно-техноло-
гическими свойствами.
Покрытия основного типа (Б) в качестве основы содержат карбона-
ты (мрамор, мел, магнезит) и плавиковый шпат; газовая защита обеспе-
чивается разложением карбонатов. Металл раскисляется марганцем,
кремнием, титаном, вводимыми в покрытие в виде ферросплавов, или
алюминием, вводимым в виде порошка.
Эти покрытия слабо окислительные, поэтому позволяют легировать
металл шва элементами с большим сродством к кислороду. Наличие
большого количества соединений кальция, хорошо связывающих серу и
фосфор и выводящих их в шлак, обеспечивает высокую чистоту наплав-
ленного металла, его повышенные пластические свойства, а легирование
марганцем и кремнием обеспечивает высокую прочность. Швы, выпол-
ненные такими электродами, обладают высокой стойкостью против обра-
28
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
зования горячих трещин и наиболее высокой (по сравнению с любыми
другими покрытиями) ударной вязкостью.
При использовании этих электродов металл шва склонен к образо-
ванию пор при загрязнении кромок маслом и ржавчиной, а также при
увеличении толщины покрытия и длины дуги.
На базе покрытий основного типа (Б) обычно составляют компози-
ции покрытий электродов для сварки ответственных конструкций из низ-
колегированных и углеродистых сталей, среднелегированных сталей и
всех электродов для сварки высоколегированных сталей.
Кроме вида покрытия на свойства и назначение электродов влияют
толщина и состав покрытия.
На основе электродов с особо толстым покрытием (Г) разработаны
электроды для специальных целей.
В покрытие электродов для сварки глубоким проплавлением вводят
повышенное количество органического вещества - целлюлозы (до 30 %),
рутила, карбонатов и железа. Покрытие наносят слоем повышенной тол-
щины. При этом коэффициент массы покрытия (отношение массы по-
части электрода, выраженное в про-
В результате этого при сварке
на торце электрода образуется глу-
бокая втулка (рис. 2.3) из нераспла-
вившегося покрытия, что способст-
вует направленному мощному пото-
ку газов, выделяющихся в большом
количестве при разложении органи-
ческих веществ, а это обеспечивает
оттеснение жидкого металла из-под
дуги и более глубокое проплавление
основного металла.
Введение в покрытие железного порошка до 20 % улучшает техно-
логические свойства электродов (стабильность дуги, равномерность рас-
плавления покрытия и др.). При содержании порошка до 60 % повышает-
ся производительность сварки, так как в шов вводится дополнительный
металл. Коэффициент массы покрытий таких электродов составляет
120... 180%.
Для сварки лежачим и наклонным электродом применяют удлинен-
ные электроды (до 2 м) диаметром до 8 мм. Покрытие этих электродов
обычно также имеет повышенную толщину.
крытия к массе стержня на этой же
центах) составляет 80 ... 100 %.
Рис. 2.3. Образование провара
специальными электродами для
сварки с глубоким проплавлением
ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
29
Одному и тому же типу электрода (см. табл. 2.2) могут соответство-
вать электроды с покрытиями различного вида и различным составом
стержня. Покрытия одного вида могут иметь различный состав.
Конкретный состав покрытия и стержня в данном электроде опреде-
ляет так называемая марка электрода. Обозначения марок часто содержат
начальные буквы названия организации, в которой были разработаны
электроды, и порядковый номер.
При изготовлении электродов для сварки алюминия и его сплавов
ввиду его большого сродства к кислороду применять покрытия из
оксидов нельзя, так как металл будет разрушать эти оксиды и интенсивно
окисляться. В этих случаях покрытия практически полностью состоят из
безкислородных соединений, хлоридов и фторидов (KCI, NaCl, KF и
т.п.), которые наносятся на стержни многократным окунанием в водные
растворы указанных компонентов.
Покрытие электродов оказывает существенное влияние на весь про-
цесс сварки. Поэтому общие требования к ним при сварке различных
металлов: обеспечение стабильного горения дуги; получение металла
шва с необходимым химическим составом и свойствами; спокойное, рав-
номерное плавление электродного стержня и покрытия; хорошее форми-
рование шва и отсутствие в нем пор, шлаковых включений и др.; легкая
отделимость шлака после остывания с поверхности шва; хорошие техно-
логические свойства обмазочной массы, не затрудняющие процесса изго-
товления электродов; удовлетворительные санитарно-гигиенические ус-
ловия труда при изготовлении электродов и при сварке. Состав покрытия
определяет и такие важные технологические характеристики электродов,
как: род и полярность сварочного тока, возможность сварки в различных
пространственных положениях или определенным способом (сварка опи-
ранием, наклонным электродом и т.д.).
Состав покрытия электродов и свойства образующихся шлаков оп-
ределяют и силу рекомендуемого для сварки тока. Для получения качест-
венных сварных швов покрытие электрода должно прочно удерживаться
на металлическом стержне и быть сплошным до конца использования
электрода (огарка), чтобы обеспечить необходимую защиту зоны сварки.
Допустимое значение сварочного тока для определенной марки
электрода назначают так, чтобы нагрев металлического стержня к концу
расплавления электрода был не более 500 °C, а с покрытиями, содержа-
щими органические вещества, не более 250 °C для предупреждения от-
слаивания покрытия от стержня.
Свойства шлаков. Покрытие при расплавлении образует шлак.
30
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
К физическим свойствам шлака относятся: теплофизические харак-
теристики - температура плавления, температурный интервал затверде-
вания, теплоемкость, энтальпия и т.п.; вязкость; способность растворять
оксиды, сульфиды и т.п.; определенная плотность; определенная газо-
проницаемость; достаточное различие в коэффициентах линейного и
объемного расширения по сравнению с металлом, что необходимо для
легкого отделения шлака от поверхности шва.
К химическим свойствам относится способность шлака раскислять
металл шва; связывать оксиды в легкоплавкие соединения; легировать
металл шва.
Наилучшие качества при сварке имеют шлаки, если температура их
плавления составляет 1100 ... 1200 °C. Температурный интервал затвер-
девания должен быть небольшим или, как говорят, шлак должен быть
"коротким". Шлаки, у которых переход от жидкого к твердому состоя-
нию растянут на значительный температурный интервал (так называемые
"длинные" шлаки), при прочих равных условиях хуже обеспечивают
формирование шва в различных пространственных положениях.
Вязкость шлака имеет важное значение. Чем менее вязок шлак, тем
больше его подвижность, а следовательно, физическая и химическая ак-
тивность, тем быстрее в нем протекают химические реакции и физиче-
ские процессы растворения оксидов, сульфидов и т.п. Однако для надеж-
ного закрытия металла шва шлак не должен быть чрезмерно жидким, это
особенно важно при сварке на вертикальной плоскости и в потолочном
положении. Для таких шлаков важно, чтобы переход из жидкого в твер-
дое состояние совершался как можно быстрее.
Кислые шлаки обычно бывают очень вязкими, и длинными, при
этом чем выше кислотность шлаков, тем больше их вязкость. Основные
шлаки - короткие. Шлаки должны обладать небольшим удельным весом,
чтобы легко всплывать на поверхность сварочной ванны. Слой шлака,
покрывающий шов, в жидком виде и в процессе затвердевания должен
легко пропускать газы, выделяющиеся из металла шва.
Затвердевшие шлаки должны иметь небольшое сцепление с метал-
лом, коэффициенты линейного расширения шлака и металла должны
быть различными для более легкого удаления шлака со шва.
Изготовление покрытых электродов. Электрод, состоящий из ме-
таллического стержня и толстого покрытия, расплавляясь, должен обес-
печивать постоянство вводимых в реакционную зону компонентов по
объему, их химическому составу и реакционной способности.
Это достигается применением проволоки, имеющей стабильный хи-
мический состав и диаметр с отклонениями, регламентированными стан-
ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
31
дартом. Покрытие, состоящее из смеси различных порошкообразных
компонентов, скрепленных между собой и со стержнем жидким стеклом,
также должно быть однородным в массе, что достигается при достаточно
мелком размоле составляющих компонентов и хорошем перемешивании
обмазочной массы.
Поэтому процесс изготовления электродов предусматривает ряд
строго последовательных операций по подготовке проволоки, компонен-
тов покрытия, сухой смеси компонентов (шихты) и обмазочной массы,
нанесению ее на стержень с последующей сушкой и прокалкой электро-
дов с целью придания необходимой прочности покрытию (табл. 2.1).
2.1. Последовательность технологических операций
при изготовлении покрытых электродов
Технологические операции	Контроль операции
А. Приготовление порошков из руд и концентратов Склад руд	—	Отбор проб для химического > анализа и эталонирования
1 Сушка	материалов Контроль влажности после
4- Размол 1	сушки
Сепарирование крупных частиц и	Контроль гранулометриче-
пыли	ского состава готовых по-
1	рошков
Засыпка готовых порошков в бункера	
Б. Приготовление порошков из	
минералов	Отбор проб для химического
Склад минералов	анализа и эталонирования
Предварительное дробление кусков размером более 350 мм г Промывка	— 1	-> Визуальный осмотр
32
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжение табл. 2. J
Технологические операции	Контроль операции
1 Крупное дробление до величины кусков размером 25 мм 1 Среднее дробление до величины кусков размером 5 ... 10 мм 1 Размол и сепарирование		 г Готовый продукт тонкого помола В. Приготовление сухой шихты Компоненты тонкого помола 1 Составление шихты по рецептуре 4- Перемешивание сухой шихты 4 Засыпка готовой шихты в бункера и выдача для производства обмазочной массы Г. Приготовление обмазочной мас- сы и брикетов Перемешанная сухая шихта + жидкое стекло с пассивирующей добавкой 4 Приготовление обмазочной массы 4 Приготовление брикетов Д. Нанесение покрытия Подача готовых стержней и подача обмазочной массы	-> Проведение контроля грану- ляции помола х Контроль точности взвешива- НИЯ Контроль перемешивания по м однородности цвета; химиче- с кому анализу; контролю влажности
ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
33
Технологические операции
Продолжение табл. 2. /
Контроль операции
Нанесение покрытия в специальных
прессах (опрессовка)
J.
Зачистка торцов и контактных
концов электродов
Е. Сушка и прокалка
Укладка электродов (после их выхо-
да из зачистной машины) на рамки
для сушки и прокалки
г
Подача в сушильно-прокалочную
конвейерную печь непрерывного
действия
Контроль по эксцентрично-
сти и внешнему виду
Контроль влажности покры-
тия
Ж. Сортировка, сертификатные
испытания, упаковка
Рассмотрим основные операции изготовления электродов.
Сварочную проволоку в бухтах на специальных станках подвергают
правке и рубке на стержни определенной длины.
При изготовлении стержней из проволоки отбирают пробы для про-
верки соответствия ее техническим условиям, а также проверяют длину
стержней, стрелу прогиба, волнистость и т.д. После правки и рубки
стержни очищают, а затем закладывают в контейнеры для подачи их к
электродообмазочным прессам. Компоненты покрытия после сушки при
определенных для каждого компонента температурах (например, СаСО,
при 650 °C начинает диссоциировать) проходят контроль влажности и
поступают на грубое и среднее дробление, а затем тонко измельчаются в
шаровых и других конструкций мельницах.
Конечный размер частиц разных компонентов различен, так как он
влияет на характер участия компонента в металлургических взаимодейст-
виях при сварке и на технологический процесс производства электродов.
Измельченные ферросплавы подвергают пассивированию, которое
заключается в том, что при выдержке их во влажной атмосфере или за-
2 - 7162
34
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
мачивании водой (подкисленной марганцевокислым калием КМпО4 или
хромпиком К2Сг2О7) на поверхности ферросплавов создается окисная
пленка, предотвращающая возможное преждевременное реагирование
ферросплавов с жидким стеклом при изготовлении обмазочной массы.
Из подготовленных материалов приготовляют сухую шихту путем
взвешивания компонентов согласно рецептуре покрытия и тщательно пе-
ремешивают ее, контролируя равномерность перемешивания и влажность.
Жидкое стекло, используемое как связующее в электродном произ-
водстве, получают из так называемой силикатной глыбы, т.е. силиката
натрия (Na2O n-SiO2) или калия, не содержащего воды. Для приготовле-
ния жидкого стекла силикатную глыбу разваривают в автоклаве с пода-
чей воды или пара.
Из подготовленных материалов приготовляют обмазочную массу
путем смешения сухой смеси с жидким стеклом до определенной конси-
стенции.
Покрытие на электроды наносят опрессовкой на специальных прес-
сах. Электродные стержни специальным механизмом проталкиваются
через фильер обмазочной головки, в которую при давлении 70 ... 90 МПа
выжимается обмазочная масса. Электрод выталкивается из обмазочной
головки полностью покрытый обмазочной массой и попадает на транспор-
тер зачистной машины, на которой есть устройство для зачистки торца
электрода и снятия с другого его конца покрытия на длине 20 ... 30 мм.
С конвейера электроды укладывают на специальные рамки и подвергают
сушке на воздухе в течение 18 ... 24 ч или в сушилке при температуре до
100 °C в течение 3 ч, после чего подают на прокалку, режим которой за-
висит от состава покрытия (наличия органических соединений, ферро-
сплавов и т.д.).
В результате сушки и прокалки содержание влаги в покрытии сни-
жается с 3	3,5 % до 0,1 ... 0,3 % и покрытие приобретает довольно
высокую прочность.
После прокалки электроды подвергают контролю, упаковке во вла-
гостойкую парафинированную битумную бумагу или пластмассовую
пленку в пачки по 3 ... 8 кг, либо в герметически закрывающуюся метал-
лическую тару.
На пачку наклеивают паспорт электрода, на котором указано наиме-
нование или товарный знак предприятия-изготовителя, условное обозна-
чение электродов, номер партии и дата изготовления, область примене-
ния электродов, особые условия выполнения сварки или наплавки, до-
пустимое содержание влаги, режим повторного прокаливания, рекомен-
дуемый режим сварки, масса электродов в коробке или пачке.
ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ 35
Технологические характеристики плавления электродов опре-
деляются экспериментально и позволяют судить о производительности и
экономичности процесса сварки электродами той или иной марки.
Коэффициент расплавления (г/А  ч)
Ct Р —	/ ^СВ I ’
где Gp - масса расплавленного металла электрода (г) за время t горения
дуги (ч); /„-сварочный ток, А.
Для электродов, содержащих в покрытии дополнительный металл
(например, железный порошок), масса расплавленного металла
С = С I С'
^р ^стэл ’’’ ^лоп.м ’
где СС1ЭЛ - масса расплавленной части металлического стержня
электрода; Сяопм масса расплавленного дополнительного металла, со-
держащегося в покрытии электрода.
Коэффициент наплавки (г/А  ч)
Ct „ —	/^св ’
где G'H - масса наплавленного металла (г) при силе сварочного тока /„ (А)
за время t (ч), полученного за счет металлического стержня электрода и
дополнительного металла, если он содержался в покрытии электрода.
Коэффициент потерь (%)
Gp -GH
Ч»=-2----100
G₽
характеризует потери металла электрода на испарение, разбрызгивание и
окисление.
Для электродов, содержащих в покрытии дополнительный металл,
(^ег.эл + ^доп м )“ |ЛЛ
(GcrM -°доп м)
Коэффициент массы покрытия, %
= (Gn/GM)lOO,
где G„ масса покрытия на электроде; С7М - масса металла стержня на
длине покрытой части электрода.
36
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Значения рассмотренных коэффициентов зависят от марок электродов
(состава металлического стержня и покрытия), рода и полярности тока и
др. Дзя наиболее распространенных электродов, предназначенных для
сварки низкоуглеродистых сталей, не содержащих в покрытии дополни-
тельный металл, ар = 7 ... 13 г/А ч; аи - 6 ... 12,5 г/А-ч; у = 5 ... 15 %.
Рассмотренные характеристики электродов используют для норми-
рования сварочных работ и расхода электродов. Например, если извест-
ны FH (см. рис. 2.1) и длина шва /ш, то масса наплавленного металла шва
। ле р плотность металла (для большинства сталей р = 7,8 г/см').
По паспорту выбранной марки электродов для соответствующего
диаметра электрода и пространственного положения сварки определяют
/сн и коэффициенты ар, ан, ц/ и Кп. Основное время сварки определяют по
формуле
/ан ^св 
Массу элекгродов, необходимую для сварки данного шва, опреде-
ляю! по формуле
о,.. = Кр ,
где Кр - коэффициент расхода электродов на I кг наплавленного металла
шва. Значение его приводят в паспорте конкретной марки электродов
(обычноКр= 1,4 ... 1,9).
Классификация и условные обозначения электродов. Электроды,
предназначенные для ручной дуговой сварки, в стандартах классифици-
руются по следующим признакам: металлу, для сварки которого они
предназначены; толщине и типу покрытия; механическим свойствам ме-
талла шва и др.
Согласно ГОСТ 9466-75 электроды для сварки и наплавки сталей в
зависимости от назначения разделены на классы: для сварки углероди-
стых и низколегированных конструкционных сталей с о, < 600 МПа
У (условное обозначение); для сварки легированных конструкционных
сталей с о. > 600 МПа Л; для сварки теплоустойчивых сталей - Т; для
сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами - В; для на-
плавки поверхностных слоев с особыми свойствами - Н. Этот ГОСТ рег-
ламентирует размеры электродов, толщину и типы покрытий, условные
обозначения, общие технические требования, правила приемки и методы
испытания.
ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
37
В зависимости от требований к качеству электродов точности изго-
товления, состоянию поверхности покрытия, сплошности полученного дан-
ными электродами металла шва и содержанию серы и фосфора наплавлен-
ном металле - электроды подразделяют па группы 1,2 и 3 (табл. 2.2).
2.2.	Электроды покрытые металлические
для ручной дуговой сварки конструкционных сталей
(в соответствии с ГОСТ 9467-75 в ред. 1988 г.)
Типы электродов	Механические свойсша при нормальной rcMiiepaiype					Предельное содержание в наплавленном металле. %					
	металла шва или наплавленного металла			сварною соединения выполненного т.текгролами диаметром менее 3 мм		серы			фосфора		
						группа электродов по ГОСТ 9466-75					
	о.. МПа	%	КС. Дж/ см*	о». МПа	у юл IUI и- 6а, °						
	не мспее					1	2	3	1	2	3
Э38 Э42 Э46 Э50 Э42А Э46А Э50А Э55 Э60 Э70 >85 )100 Л 25 )| 50	380 420 460 500 420 460 500 550 600 700 850 1000 1250 1500	14 18 18 16 22 22 20 20 18 14 12 10 8 6	30 80 80 70 150 140 130 120 100 60 50 50 40 40	380 420 460 500 420 460 500 550 600	60 150 150 120 180 180 150 150 120	0.045	0.040	0.035	0.050	0.045	0,040
						0,035	0.030	0.025	0,040	0,035	0.030 0,035
38
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
По допустимым пространственным положениям сварки или наплавки
электроды подразделяют на четыре вида: для всех положений - индекс 1;
для всех положений, кроме вертикального сверху вниз, - индекс 2; для
нижнею, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального
сииз> вверх - индекс 3; для нижнего и нижнего в лодочку индекс 4.
Вертикальное
еннту вверх
Угловое или
тавровое
Потолочное
Нижнее
Горизонтальное
на вертикальной
плоскости
Рис. 2.4. Условное обозначение положения сварки
сверху вниз
Пригодность дан-
ной марки электродов
для сварки в различ-
ных пространственных
положениях указыва-
ется набором стрелок.
На рис. 2.4 показано
условное обозначение
положения сварки.
По роду и полярности применяемого при сварке или наплавке тока,
а также номинальному напряжению холостого хода, используемого ис-
точника питания сварочной дуги переменного тока частотой 50 Гц элек-
троды подразделяются на виды, указанные в табл. 2.3.
2.3. Обозначения видов электродов в зависимости
от рода и полярности сварочного тока
Рекомендуемая полярность постоянного тока	Напряжение холостого хода источника переменного гока, В		Обозначение электродов	Рекомендуемая полярность постоянного тока	Напряжение холостого хода источника переменного тока, В		Обозначение электродов
	номи- наль- ное	пределы откло- нений			номи- нальное	пределы откло- нений	
				Любая			4
Обратная	—	-	0	Прямая	70	±10	5
				Обратная			6
Любая			1	Любая			7
Прямая	50	±5	2	Прямая	90	±5	8
Обратная			3	Обратная			9
ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
39
4	5	6
-------------------11-12
E-CZ
Рис. 2.5. Структура
условного обозначения электродов
согласно ГОСТ 9466-75
8	9	10
Условное обозначение элек-
тродов должно содержать сле-
дующие данные, расположение
которых указано на рис. 2.5.
В обозначении: / - тип; 2 -
марка; 3 - диаметр, мм; 4 - на-
значение электродов; 5 - обозна-
чение толщины покрытия; 6-
группа электродов; 7 - группа индексов, указывающих характеристики
наплавленного металла и металла шва по ГОСТ 9467-75, ГОСТ 10051-75
или ГОСТ 10052-75; 8 - обозначение вида покрытия; 9 - обозначение
допустимых пространственных положений сварки или наплавки; 10 -
обозначение рода применяемого при сварке или наплавке тока, полярно-
сти постоянного тока и номинальною напряжения холостого хода источ-
ника питания сварочной дуги переменного тока частотой 50 Гц; 11 - обо-
значение стандарта ГОСТ 9466-75; 12 - обозначение стандарта на типы
электродов.
Такое полное условное обозначение должно быть указано на этикет-
ках или в маркировке коробок, пачек и ящиков с электродами.
Во всех видах документации дается сокращенное условное обозна-
чение электродов, которое должно состоять из марки, диаметра, группы
электродов и обозначения стандарта (ГОСТ 9466 75).
Обозначение электродов для сварки углеродистых и низколегиро-
ванных сталей. Например, для электродов типа Э46А (по ГОСТ 9467-75),
марки УОНИ-13/45, диаметром 3 мм, для сварки углеродистых и низко-
легированных сталей У, с толстым покрытием Д, 2-й группы с установ-
ленной по ГОСТ 9467-75 группой индексов, указывающих характери-
стики наплавленного металла и металла шва, с основным покрытием Б,
для сварки во всех пространственных положениях 1 на постоянном токе
обратной полярности 0 полное обозначение будет иметь следующий вид:
Э46А - УОНИ -13/45 - 3,0 - УД2
Е432(5)-БЮ
- ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75,
а сокращенное обозначение в технических документах.
электроды УОНИ-13/45-3,0-2 - ГОСТ 9466-75.
В ГОСТ 9467-75 "Электроды покрытые металлические для ручной ду-
говой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей" регламентирова-
но 14 типов электродов для сварки конструкционных сталей (см. табл. 2.9).
40
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Для сварки конструкционных сталей тип электрода содержит букву Э,
вслед за которой цифрами указано значение временного сопротивления при
разрыве (в кгс/мм2), например: Э38, Э42, Э50 ... Э150. У некоторых типов
электродов после цифр поставлена буква А, что характеризует более высо-
кие характеристики пластичности наплавленного металла (см. табл. 2 8).
Электроды этих типов регламентированы только по характеристикам меха-
нических свойств и содержанию серы и фосфора в наплавленном металле.
Согласно требованиям ГОСТ 9467 75 в условном обозначении электро-
дов для сварки углеродистых и низколегированных сталей с временным со-
противлением разрыву менее 60 кгс/мм2 (600 МПа) в знаменателе (во второй
строке - см. рис. 2.5) группа индексов, указывающих характеристики наплав*
ленною металла, должна быть записана следующим образом: первые два ин-
декса указывают минимальное значение величины ств (кгс/мм2), а третий ин-
декс одновременно условно характеризует минимальные значения показате-
лей 6$ и температуры Тк, при которой определяется ударная вязкость.
Таким образом, третья цифра будет означать: 0 - 85 < 20 % и Тх
не регламентированы; 1 - 8$ = 20 % и Гх = +20 °C; 2 - 85 = 22 % и Гх = 0°;
3 - 35 = 24 % и Тх = -20 °C; 4 - 65 = 24 % и Гх - 30 °C; 5 - 65 = 24 % и
Гх = -40 °C; 6-85-24 % и Гх - -50 °C; 7 - 8$ = 24 % и Тх = -60 °C. Если
показатели 85 и 7'х различны, то третий индекс соответствует минималь-
ному значению показателя 85, а для Тх вводится дополнительно, в скоб-
ках, четвертый индекс, характеризующий показатель 7\. Так, например,
для электродов УОНИ-13/45 этот показатель был 432 (5), что соответст-
вует ав = 43 кгс/мм2 (430 МПа); 85 = 22 % и Тх = -40 °C.
В условном обозначении электродов для сварки сталей с ов >
> 60 кгс/мм’ (600 МПа) группа индексов, обозначающих характеристики
наплавленного металла и металла шва, указывает среднее содержание ос-
новных химических элементов в наплавленном металле и минимальную
температуру, при которой ударная вязкость металла составляет не менее
35 Дж/см2. Эта запись включает: а) первый индекс из двузначного числа,
соответствующего среднему содержанию углерода в сотых долях процента;
б) последующие индексы, каждый из которых состоит из буквенного обо-
значения соответствующего химического элемента и стоящего за ним числа,
показывающего среднее содержание элемента в наплавленном металле
(с погрешностью до 1 %); в) последний индекс, характеризующий мини-
мальную температуру, при которой ударная вязкость не менее 35 Дж/см2.
Обозначение электродов для сварки теплоустойчивых сталей.
В соответствии с ГОСТ 9467-75 предусмотрено 9 типов электродов для
сварки теплоустойчивых сталей (табл. 2.4).
2.4. Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и
теплоустойчивых сталей (по ГОСТ 9467-75 в ред. 1988 г.)
Тип электрода	Химический состав наплавленного металла. %										Механические свойства металла шва или наплав- ленного металла при нормальной температуре		
	углерод	кремний	марганец	хром	никель	молибден	ванадий	ниобий		сера	Фосфор	временное сопро- тивление разрыву о., МПа	относительное удлинение 6$, %	ударная вязкость лС. Дж/см*
									не более		не менее		
Э-09М	0,06... 0,12	0,15 0,35	0,4. 0,9	—	—	0,35... 0,65	—	-	0,030	0,030	450	18	100
Э-09МХ	0,06... 0,12	0,15 0,35	0,4 0,9	0,35 .. 0,65	—	0,35 0,65	—	—	0,025	0,035	460	18	90
Э-09Х1М	0,06... 0,12	0,15... 0,40	0,5 ... 0,9	0,80... 1,20	—	0,40... 0,70	—	—	0,025	0,035	480	18	90
Э-05Х2М	0,03... 0,08	0,15... 0,45	0,5... 1,0	1,70... 2,20	—	0,40... 0,70	—	—	0,020	0,030	480	18	90
Э-09Х2М1	0,06... 0,12	0,15... 0,45	0,5... 1.0	1,90... 2,50	—	0,80... 1,10	—	—	0,025	0,035	500	16	80
ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
Продолжение табл. 2.4
Тип электрода	Химический состав наплавленного металла, %										Механические свойства металла шва или наплав- ленного металла при нормальной температуре		
	углерод	кремний	марганец	хром	никель	молибден	ванадий	ниобий	сера	фосфор	временное сопро- тивление разрыву о,, МПа	относительное удлинение 8$, %	ударная вязкость КС.Дж/смг
									не более		нс менее		
Э-09Х1МФ	0,06... 0,12	0,15... 0,40	0,5 ... 0,9	0,80... 1,25	—	0,40.. 0,70	0,10... 0,30	—	0,025	0,030	500	16	80
Э-10Х1М1НФБ	0,07... 0,12	0,15... 0,40	0,6... 0,9	1,00... 1,40	0,6... 0,9	0,70.. 1,00	0,15 ... 0,35	0,07... 0,20	0,025	0,030	500	15	70
Э-10ХЗМ1БФ	0,07... 0,12	0,15... 0,45	0,5 ... 0,9	2,40... 3,00	—	0,70.. 1,00	0,25... 0,50	0,35 ... 0,60	0,025	0,030	550	14	60
Э-10Х5МФ	0,07.. 0,13	0,15... 0,45	0,5... 0,9	4,00... 5,50		0,35... 0,65	0,10 0,35	—	0,025	0,035	550	14	60
Примечания:
1. Приведенные в таблице значения механических свойств установлены для металла шва и наплавленного
металла после термической обработки по режимам, регламентированным стандартами или техническими условия-
ми на электроды конкретных марок.
2. Показатели механических свойств сварных соединений, выполненных электродами диаметром менее 3 мм.
должны соответствовать требованиям стандартов или технических условий на электроды конкретных марок.
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
43
Типы электродов для сварки теплоустойчивых сталей в своем обо-
значении содержат характеристики химического состава наплавленного
металла, например: Э-09М; Э-09МХ; Э-09Х1М; Э-05Х2М; Э-09Х2М1;
Э-09Х1МФ; Э-10Х1М1НФБ и т.д. Стандарт регламентирует эти электро-
ды как по химическому составу наплавленного металла, так и по его ме-
ханическим свойствам (ав; 85; KCV).
Принцип обозначения химического состава наплавленного металла
следующий: углерод дан в сотых долях процента, среднее содержание ос-
новных химических элементов указано с точностью до 1 % после буквен-
ных символов. Химические элементы обозначаются следующими буквами:
А - азот; Б - ниобий; В - вольфрам; Г - марганец; К - кобальт; М - молиб-
ден; Н - никель; Р - бор; С - кремний; Т - титан; Ф - ванадий; X - хром.
У электродов для сварки теплоустойчивых сталей вслед за индексом,
характеризующим ударную вязкость вводится дополнительный индекс,
который указывает максимальную рабочую температуру, при которой рег-
ламентированы показатели длительной прочности наплавленного металла
и металла шва (0 - ниже 450 °C; 1 - 450 ... 465 °C; 2 - 470 ... 485 °C;
3 -490 ... 505 °C; 4 - 510 ... 525 °C; 5 - 530 ... 545 °C; 6 550 ... 565 °C;
7 - 570 ... 585 °C; 8 - 590 ... 600 °C; 9 - свыше 600 °C).
Так, например, электроды для сварки теплоустойчивых сталей типа
Э-09Х1МФ по ГОСТ 9467 75 имеют маркировку
Э-09X1 МФ-ЦЛ-20-4,0-ТДЗ
Е-27-Б10
- ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75,
г.е. марка электрода ЦЛ-20, диаметр 4 мм, сварка теплоустойчивых ста-
лей Т, толстое покрытие Д, 3-я группа, Тх = 0 °C (индекс 2) и температура
эксплуатации 570 ... 585 °C (индекс 7), основное покрытие Б, сварка во
всех пространственных положениях (индекс 1) на постоянном токе об-
ратной полярности (индекс 0).
Обозначение электродов для сварки высоколегированных
сталей с особыми свойствами. Электроды для сварки высоколегиро-
ванных сталей с особыми свойствами должны удовлетворять требовани-
ям ГОСТ 10052-75. Большое разнообразие служебного назначения этих
сталей определяет и большой типаж электродов для их сварки. Стандар-
том предусмотрено 49 типов электродов для сварки хромистых и хромо-
никелевых сталей, коррозионно-стойких, жаропрочных и жаростойких
высоколегированных сталей мартенситно-ферритного, ферритного, ау-
степитно-ферритного и аустенитного классов.
44
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2.5. Электроды покрытые металлические для ручной дуговой
свойствами (в соответствии
Типы электродов	Химический состав наплавленного						
	С	Si	Мп	Сг	Ni	Мо	Nb
')-12Х 13	0,08 ... 0,16	0,30 ... 1,00	0,50 ... 1,50	11,00 ... 14,00	До 0,60	—	—
Э-10Х17Т	До 0,14	До 1,00	До 1,20	15,00 ... 18,00	До 0,60	—	—
Э-12ХПНВМФ	0,09 ... 0,15	0,30 0,70	0,50 ... 1.Ю	10,00 ... 12,00	0,60 ... 0,90	0,60 . 0,90	-
Э-07Х20Н9	До 0,09	0,30 ... 1,20	1,00 2,00	18,00 21,50	7,50 .. 10,00	—	—
Э-08Х20Н9Г2Б	0,05 ... 0,12	До 1,30	1,00 ... 2,50	18,00... 22,0	8,00 ... 10,50	—	0,70 ... 130, но не менее 8С
Э-08Х19Н9Ф2С2	До 0,10	1,00 ... 2,00	1,00 ... 2,00	17,50 ... 20,50	7,50 ... 10,00		—
Э-07Х19Н11МЗГ2Ф	До 0,09	До 0,60	1,50 ... 3,00	17,00 ... 20,00	9,50... 12,00	2,00 ... 3,50	—
Э-10Х25Н13Г2Б	До 0,12	0,40 . 1,20	1,20 ... 2,50	21,50 .. 26,50	11,50 ... 14,00	—	0,70 ... 1,30, но не менее 8С
Э-09Х15Н25М6Г2Ф	0,06 0,12	До 0,70	1,50 ... 3,00	13,50 17,00	23,00 27,00	4,50 ... 7,00	—
Э-27Х15Н35ВЗГ2Б2Т	0,22 .. 0,32	До 0,70	1,50 ... 2,50	13,50 16,00	33,00 ... 36,50	—	1,70 ... 2,50
Э-08Х25Н60М10Г2	До 0,16	До 0,35	1,50 ... 2,50	23,00 .. 26,00	Основа	8,50 ... 11,00	—
Э-10Х20Н70Г2М2Б2В	До 0,14	До 1,00	1,20 ... 2,50	18,00 22,00	Основа	1,20 ... 2,70	1,50 . 3,00
ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
45
сварки некоторых марок высоколегированных сталей с особыми
с ГОСТ 10052-75 в ред. 1988 г.)
мегалла, %				Механические свойства металла шва и наплавленного металла		
V	прочие элементы	S	Р	временное сопротивле- ние разрыву ов. МПа	относительное удлинение 5б, %	ударная вязкость КС, Дж/см2
		нс более		не менее		
—	—	0,030	0,035	600	16	50
—	Ti = 0,05 ... 0,20	0,030	0,040	650	—	—
0,20 ... 0,40	W = 0,80 ... 1,30	0,030	0,035	750	14	50
-	—	0,020	0,030	550	30	100
—	—	0,020	0,030	550	22	80
1,5 2,30	—	0,030	0,035	600	25	80
0,35 . 0,75	-	0,020	0,030	550	25	80
—	—	0,020	0,030	600	25	70
0,90 1,60	—	0,020	0,020	650	30	100
—	W = 2,40 ... 3,50 Ti = 0,05 ... 0,25	0,018	0,030	650	20	50
—	Ti до 0,05	0,015	0,020	650	24	120
--	W = 0,10...0,30	0,015	0,020	650	25	—
46
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В основу классификации электродов по типу положены химический
cociub наплавленного металла и механические свойства. Для некоторых
типов электродов нормируется также содержание в структуре металла
шва ферритной фазы, его стойкость против межкристаллитной коррозии
н максимальная температура, при которой регламентированы показатели
дл тельной прочности металла шва.
Обозначения типов электродов состоят из индекса Э (электроды для
дуговой сварки) и следующих за ним цифр и букв. Две цифры, следую-
щие за индексом, указывают среднее содержание углерода в наплавлен-
ном металле в сотых долях процента. Цифры, следующие за буквенными
обозначениями химических элементов, показывают среднее значение
элемента в процентах (табл. 2.5).
Если содержание элемента в наплавленном металле менее 1,5%,
цифры не проставляют. При среднем содержании в наплавленном метал-
ле кремния до 0,8 % и марганца до 1,6 % буквы С и Г не ставят (см., на-
пример, тип Э-12Х11НВМФ в табл. 2.5).
Показатели механических свойств приведены в состоянии после
сварки либо после термообработки.
С учетом требований ГОСТ 9466-75 полное обозначение электродов
этого типа, например Э-1ОХ25Н13Г2Б с покрытием марки ЦЛ-9, имеет
следующий вид:
Э-10Х25Н13Г2Б-ЦЛ-9-5,0-ВД1
Е-2075-Б30
- ГОСТ 9466-75, ГОСТ 10052-75.
Это обозначение имеет следующие данные: электроды типа
Э-1ОХ25Н13Г2Б по ГОСТ 10052-75, марки ЦЛ-9, диаметром 5 мм для
сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами В, с толстым
покрытием Д, 1-й группы, с установленной по ГОСТ 10052-75 группой
индексов, характеризующих наплавленный металл 2075 (2 - стойкость
металла против межкристаллитной коррозии при испытании по методу
AM; 0 - требований по максимальной рабочей температуре наплавленно-
го металла и металла шва нет; 7 - максимальная рабочая температура
сварных соединений 910 ... 1000 °C, до которой допускается применение
электродов при сварке жаростойких сталей, 5 - содержание ферритной
фазы в наплавленном металле 2 ... 10 %).
Если структура наплавленного металла не двухфазная (А + Ф), чи-
словой индекс, характеризующий наплавленный металл, будет содержать
только три цифры. Далее Б означает основное покрытие, цифра 3 - при-
годность для сварки в нижнем горизонтальном на вертикальной плоско-
сти и в вертикальном снизу вверх положении, 0 - для сварки на постоян-
ном токе обратной полярности.
ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
47
Сокращенное обозначение в технической документации:
электроды ЦЛ-9-5,0-1 - ГОСТ 9466-75.
Обозначение электродов для наплавки. ГОСТ 10051-75 ’’Электро-
ды металлические для дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми
свойствами" регламентирует 43 типа электродов для наплавочных работ.
В этом стандарте регламентирован химический состав наплавленного ме-
талла и его твердость. Обозначения этих электродов приведены в табл. 2.6.
Например, электрод Э-65Х11НЗ означает: электрод наплавочный, со
средним содержанием 0,65 % С, 11 % Сг, 3 % Ni, дающий наплавленный
металл с твердостью не ниже 25 ... 33 единиц по шкале С Роквелла (HRC).
Показатели твердости наплавленного металла в зависимости от типа
электрода даны либо в исходном после наплавки состоянии, либо после
термообработки.
Для характеристики твердости наплавленного металла предусмот-
рено два цифровых индекса: первая цифра характеризует твердость (0 -
не менее 19HRC; 1 - 19 ... 27 HRC; 2 28 ... 33 HRC; 3 - 34 ... 38 HRC;
4-39 ... 44HRC; 5 45 ... 50HRC; 6-51 ... 56 HRC; 7 - 57 ... 60 HRC;
8-61 ... 63 HRC; 9 - свыше 63 HRC); вторая цифра показывает условия
получения регламентируемой твердости (1 - в состоянии после наплавки,
2 после термообработки). С учетом сказанного и согласно ГОСТ 9466-75,
например, электрод марки ОЗН-ЗООУ типа Э-10ГЗ будет иметь полное
обозначение в следующем виде:
Э -1ОГЗ - ОЗН - 300У - 4,0 - НД1
Е-300/2-1-Б40
- ГОСТ 9466-75, ГОСТ 10051-75.
Сокращенное обозначение в технических документах будет:
электроды ОЗН-ЗООУ-4,0-1 ГОСТ 9466 75.
Приведенные обозначения содержат следующие сведения: тип элек-
трода Э-ЮГЗ по ГОСТ 10051-75, марки ОЗН-ЗООУ, диаметром 4 мм, для
наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами (Н), с толстым
покрытием Д, 1-й группы с установленной по ГОСТ 10051-75 группой
индексов, указывающих характеристики наплавленного металла 300/2-1,
что означает среднюю твердость 300 НВ (индекс 2) в исходном состоя-
нии после наплавки (индекс 1), с основным покрытием (Б), для наплавки
в нижнем положении (4) на постоянном токе обратной полярности (0).
Кроме этого существуют международные и национальные стандар-
ты. Ниже приводятся классификации электродов по международному
ISO (рис. 2.6 ... 2.8), европейскому EN (рис. 2.9), американскому AWS
(рис. 2.10) и немецкому DIN (рис. 2.11) стандартам.
2.6. Некоторые типы электродов для дуговой наплавки поверхностных слоев
с особыми свойствами (в соответствии с ГОСТ 10051-75 в ред. 1988 г.)
Тилы электродов	Химический состав наплавленного металла, %							Твердость без термической обработки после наплавки, HR.C
	С	Si	Мп	Сг	Ni	Мо	прочие элементы	
Э-10Г2	0,08... 0,12	До 0,15	2,0... 3,3	-	-	—	-	20... 28
Э-15Г5	0,12... 0,18	До 0,15	4,1 ... 5,2	—	—	—	-	40 ...44
Э-80Х4С	0,70... 0,90	1,0... 1,5	0,5... 1,0	3,5 ... 4,2	-	—	—	56 ...62
Э-65Х11НЗ	0,50 ...0,80	До 0,3	До 0,7	10,0... 12,0	2,5 ... 3,5	—	—	25 ...33
Э-100Х12М	0,85.. 1,15	До 0,5	До 0,5	11,0... 13,0	—	0,4... 0,6	—	—
Э-320Х23С2ГТР	2,90 ...3,50	2,0... 2,5	1,0... 1,5	22,0... 24,0	—	—	Ti - 0,5... 1,5 В-0,5 ... 1,5	55 ...62
Э-350Х26Г2Р2СТ	3,10..3,90	0,6... 1,2	1,5... 2,5	23,0 ...29,0	-	-	Ti = 0,2 ..0,4 В= 1,8 . . 2,5	58 . 63
Э-225Х10Г10С	2,00 .. 2,50	0,5... 1,5	8,0... 12,0	8,0... 12,0	—	-	-	40 ... 50
Э-09Х31Н8АМ2	0,06 ...0,12	До 0,5	До 0,5	30,0 ...33,0	7,0... 9,0	1,8 ...2,4	N2 = O,3 .0,4	-
Э-200Х29Н6Г2	1,60 ...2,40	0,3 ... 0,6	1,5 ...3,0	26,0... 32,0	5,0... 8,0	-	-	40 ...50
Э-37Х9С2	0,25 ... 0,5	1,4 ...2,8	0,4... 1,0	8 ... 11	-	—	-	52 .58
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
49
Обозначение электрода	Механические свойства наплавленного металла			Мкничвтъяи геик|мтура обсспскп» KCV’28M«/cm2
	Предел прочности	Минимальное относительное удлинение		
	МПа	индекс	%	•с
Е 430	430 • 510	0	Не регламентируется	
Е 431		1	20	♦20
Е 432		2	22	0
Е433	430 • 510	3	24	’20
Е 434		4	24	30
Е435		5	24	-40
Е 510	5Ю-6Ю	0	Не регламентируется	
Е511		1	1В	♦20
Е 512		2	18	0
Е513	5Ю - 610	3	20	•20
Е514		4	20	30
Е 515		5	20	40
Производительность (переход металла е шов)	
индекс	
ПО	Ю5 • 115
120	115 • 125
130	125 135
140	135 145
150	145 155
160	155 • 165
1Л>	165 • 175
180	175-185
190	185 195
200	195 • 205
Е 432 RR160 4 6
Индекс	Положение швов при сварю
1	Все положения
2	Все. кроме вертикального сверху вниз
3	Нижнее, горизонтальное и вертикальное
4	Нижнее (стыювые и валиковые швы)
5	То же что и *3’ и вертикальное сверху вниз
. Индекс	Полярность постоянного тока	Uxx источника гопаю». В
0	Обратная (♦)	
1	Любая (♦/•)	50
2	Прямая (-)	50
3	Обратная (♦)	50
4	Любая (♦/•)	70
5	Прямая (•)	70
6	Обратная (♦)	70
7	Любая (♦Л)	90
8	Прямая ()	90
9	Обратная (♦)	90
Рис. 2.6. Классификация электродов для сварки
углеродистых и низколегированных конструкционных сталей
в соответствии с ISO 2560
50
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Символ	Содержание элементов, %					
	С*	Si	Мп	Ct	Мо	Прочие элементы
	Не более					
Мо	0.12	0.8	1.5		0.4 • 0.7	
О5СгМо	0.12	0.8	1.5	0.3 0.8	0.4 • 0.7	-
OSCrMoV	0,12	0.8	1.5	0.3 0.6	0.8 1.2	V 0.25 0.60
ICrMo	0.12	0.8	1.5	0.8-1.5	0.4 • 0.7	•
IC/MoV	0.12	0.8	1.5	0.9-1.3	0.4 • 0.7	V 0.10-0,35
гомо	0.12	0.8	1.5	2.0 - 2.6	0.9 • 1.3	
5СгМо	0.12	0.9	1.5	4.0 • 6.0	0.4  0.7	-
5CrMoV	0,12	0.9	1.5	4,0 - 6.0	0.4 - 0.7	V 0.10-0.35
9СгМо	0.12	0.9	1.5	8.0 • Ю.О	0.9 • 1.2	-
t2CfMoV	0.15-0,22	0.8	1.5	11.0 -13,0	0.8 -1.2	V 0.2-0.4 W О.4-0.6
* При содержании углерода в наплавленном металле не более
0.05% х символу добавляется индекс I
Вид покрытия
А - кислый
АЯ • рутило-кислый
В основной
С - целлюлозный
О  окислительный
R  рутиловый (средняя
толщина)
RR -рутиловый
(большая толщина)
S * прочие виды
E5I		DrMoV В 2 0 	JT		Индекс 0	Полярность постоянного тока Обратная (♦)	Uxx источит пиппти, В
Индекс	Положение швее при сварке		1	Любая (♦/-)	50
1	Все положения		2	Прямая (-)	50
			3	Обратная (♦)	50
2	Все. кроме вертикального сверху вниз				
			4	Любая (»/-)	70
3	Нижнее, горизонтальное и вертикальное		5	Прямая ()	70
			6	Обратная (♦)	70
4	Нижнее (стыковые и валиковые швы|		7	Любая (♦/•)	90
			8	Прямая (•)	90
5	То же что и *3* и вертикальное сверху вниз				
			9	Обратная («)	90
Рис. 2.7. Классификация электродов
для сварки легированных теплоустойчивых сталей
в соответствии с ISO 3580
ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
51
Символ <ом	Содержание элементов %								Вид no Крыт НА							
	С "в более	О	Ni	МО	Прочив элементы				A  КИСЛЫЙ АЯ - рутило-кислый В ооюеной С - целлюлозный О окислительный Я рутиловый (средня* толщина) ЯЯ -рутиловый (большая толщина) S - прочив виды							
13	0.12	11-14														
13 1	0 07	12-15	0 8 1.5													
13 4	0.07	12-15	3-5	До 1.0												
17	о.ю	15-18														
17 0 1	0.25	15-18		*.0-1.5										1 _		
19.9	0,08	18-21	8 Н											Индекс		। ю ложе ние швов при сварке
19.91	0.04	18-21	6 И											।		Все положения
19 9 Nb	0.08	18-21	8-11		Nb(8xC-1,2)											
														2		Все. кроме вертикального сверку вниз
19 9 LNb	0.04	18-21	811		Nb(8xC-1.2)											
1682	0 10	М,5 16.5	7.5-9,5	1,0-2,0												
>6 25 6	0.12	14-17	23 25	5-7	•									3		Нижнее, горизонтальное и вертикальное
17 8 2	о.ю	16.5-18.5	8.0-9.5	1.5-2.5	-	E19.9NbB2 0										
18.8Mn	0.20	17-20	7-Ю		Мп 5-8									4		Нижнее (стыковые и валиновые швы)
18.15 31	0.04	16,5-19.5	13-16	2.5*3.$												
19 12 2	0.06	17-20	ИМ	2.O-2.5	•											
														5		То же что и "3" и вертикальное сверху вниз
в. 12 21	0.04	17-20	11-М	2.O-2.5	•						——							
S 12.2NU	0.08	17-20	11-14	2.0-2.5	Nb(8><C-1.2)											
19 12 3	0.08	17-20	Ю 14	2.5-3,5												
							Индене			Полярность лостояииого тока					и» нсгочиша питании В	
«.12 31	0.04	17-20	Ю-М	2.5-3.5												
19.12 3Nb	0.08	17 20	ЮМ	2.5 3.5	Nb(6xCl.2|		0			Обратная (♦)					•	
19.13 4	0.08	17-21	11-15	3 5-5.5	-		i			Любая (♦/•)					50	
Ч.в 41	0.04	1,-21	11-15	15-5.5			2			Прямая (•)					50	
19.13.4Nb	0.00	17-21	И-15	3,5-5.5	Nb(8xC-l.2)		3			Обратная (♦)					SO	
20.9. Nb	0.13	18-21	8-Ю	0,35-0.65	Nb(8>C 1.21		4			Любая (♦/•)					70	
20.9.3	О.Ю	18.5-21	8 Ю	2-4			5			Прямая()					70	
22 12	О.Ю	20-23	10-13				6			Обратная (♦)					70	
23 12	0.15	22-26	11 15				7			Любая (•»•/•)					90	
23.121	0.04	22-26	11-15		-											
							8			Прямая (•)					90	
23 12 Nb	0 12	22-25	11-15													
							9			Обратная (♦)					90	
23 12W	0.20	22-25	И-15													
																
23 12 2	0.12	22-25	И-15	2-3												
25 20	0.20	24-28	18-22		-											
25 2OL	0.04	24-28	18-22													
25 20Nb	0.12	24-28	18-22		Nb(8xC-1.2)											
25202	0.12	25-28	20-22	2-3												
25 25 2Nb	О.Ю	24-27	24-26	2-3	Nb(8xC-l.2)											
254	0.15	24-27	4-6		-											
299	0.15	28-32	8 12		-											
16 36	0.25	14-19	33 38													
17 125*	0 >5	17-19	11-13		St 3.8-4.В											
24 MS)	0 12	22-25	13-15		St 1,5-2.2											
Рис. 2.8. Классификация электродов для сварки
высоколегированных сталей в соответствии с ISO 3581
52
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Код прочностных и пласптческга свойств наппаелеимзго металле													Обозначение химического состава наплавленного металла								
Код	Минимальный предел текучести ’1. МП»		Предел прочности, МПа			Минимальное относительное удлинение *, %							Обозначение легирующих элементов					Химический состав чп”			
																		Мп		Мо	Ni
													Без обозначения Мо МпМо 1NI 2NI 3Ni MnINi					2,0 1.4 >1.4 до 2.0 1.4 1.4 1.4 >1.4 ДО 2.0		0.3-0.6 0.3-0.6	0,6-1.2 1.8-2.6 >2.6 до 3.8 0.6-1.2
35	355		440 • 570			22															
38	380		470 • 600			20															
42	420		5С	Ю -640 10-680		20															
46	400		К			20															
50	500		560  720			W							INIMO					1.4		0.3 0.6	0.6 • 1.2
1) Соответствует нижним значениям предела													z					Любой другой состав			
тек^гесты, при неясно выр» текучести применяется зна 0.2 удлинения				жеююь чениеа м 5 д на*		пределе зотввтствующое							i)	Если не оговорено, то Мо<0,2 ИкО.З О<0.2 V<0.05 Nt) <0.05 Си<0.3 2)	Отдельные значения о таблице являются максимальными 3)	Результаты должны быть округлены в соответствии с установленными значениями по ISO 31-0, раздел 8. правило А								
2) Измеряется длина равна						аетрвм образца															
Г—		 																						
UUO3KV4*h вязкости напл Обозначение		те для ударной лапанного металла Мииимхлькм темпе ратура обссисчсмиа уприоА ветхости 47 Дж/сы’.Х																			
									L i - --								Коды лроиэводительности и рода тока				
																	Код	Пооизводитвлъность (переход металла о шов). %			Род тока
Z		Не регламентируется				LOUD ЭГЧ1 DZZniU															
																	т	5 105			•«. 
-	А	♦20															2	5 105			
	0	0															3	> 105 S125			-. •
2		-20															4	> 105 5125			
3 4 5 6		-30 40 50 60															S 6	> 125 t 150			
																	7	> 1W			“.1
																	8	> 160			•
																		Чтобы показать тузигохаюсть применения переменного тока проводятся испытания при напряжении холостого хода максим 65 А				
Со«ращеммое обозначение типа покрытия					Код положения швов при сварке																
А • кислых покрытия С целлюлозные покрытия R рутиловые покрытия ЯЯ - толстые рутиловые покрытия RC • рутило целлюпоэмые покрытия RA • руткло кислые покрытия RB  рутило-основные покрытия В основные покрытия					1  все положения 2 - все хроме вертикального свержу вниз 3 Стыковой шов в нижнем положении, угловой шов в нижнем и горизонтальном положении 4 - СТЫКОВОЙ и угловой швы а нижнем положении 5 - вертикальный шов свержу вниз и положение по мзду 3																
																Обозначение содержания водорода в наплавленном металле					
																Обозначение			Масимальное содержание водорода о мл/Ю0 г нэплавле>ыом металле		
																HS НЮ Н15			5 Ю 15		
Рис. 2.9. Классификация покрытых электродов
в соответствии с EN 499
ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
53
Обозначение индексов	Предел прочности. МПа	Предел текутес’и. МПа	Относительное удлинение, %
	Не менее		
t 60	435	350	22
е то	S06	421	22
Е80	562	471	19
Е 90	632	541	17
Е ЮО	703	611	16
Е "0	773	682	15
I
Индекс	Положение швов при сварю
1	Все
2	Нижнее и вертикальное
4	Особенно хорошо 'сверху вниз*
Тил	Требования к ударной вязкости KCV, Дж/см3
Е 7UI6-1	27 пои 46*С
Е 7018-1	27 при -46*С
Е7024-1	27 лри-18'С
Содержание водорода в наплавленном металле	
Н,	< 4 мл/ЮО *
Н,	S 8 мл/Ю0 г
н<	< №мл/Ю0г
R - лочэатель влагостойкости покрытия
(испытываемый электрод имеет
влажность не более 0.3% после 9 часов о
помещении с температурой 26.7'С и
влажностью 80%)
Обозначение индексов Первый индекс  положение сварки	Вид покрытия, род тока, полярность, производительность и  л
Ю	Целлюлозное Постоянный («) Шлак тонкий, хрупкий Обеспечивает глубокое проплав ленив
11	Подобны *Ю', Переменный, постоянный (•)
12	Рутиловое Переменный, постоянный (J
13	Подобны '12* Переменный, постоямтый (| Обеспечивает возможность сварки при низком напряжении холостого хода источника питания дуги
14	Подобны *13*. но покрытие содержит железный порошок (повышенная производительность) Переменный и постоянный
15	Основное Постоянный (♦)
16	Подобны "15* Переменный, постоянный (♦)
18	Подобны '16*. покрытие содержит железный порошок (повышенная производительное) ь)
20	Кислое, содержит большое количество окислов железа. Переменный, постоянный Шлак хрупкий, пористый, легко отделяется
24	Рутиловое, содержит железного порошка больше, чем а электродах '14- Перемемный. постоянный
27	Кислое Переменный, постоянный () Сварка выполняется методом опирания
28	Основное Производительность выше чем электродов *18* Переменный, постоянный (• 1
Рис. 2.10. Классификация электродов для сварки
углеродистых и низколегированных конструкционных сталей
в соответствии с AWS A5.I
54
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Группа сплавов	
т	Сплав с CiO.4% или сплав с CSO.4% и EO.Mn.Mo.Nis5%
2	Сплав с С>0.4% или сплав с 00.4% и ICr.Mn.Mo.Nis5%
3	Легированный для работы при высотой температурах
4	Легированный для наплавки режущего инструмента
5	Легированный Сг&5% с низким содержанием углерода др 0.2%
6	Легированный Сг25% с повышенным содержанием углерода (0.2%5С52%)
7	Марганцевый аустенит Мп-И-18%. 00.5%. Ni>3%
8	Cc-Ni-Mn - аустенитные сплавы
9	Cr-Ni стали (стойкие к ржавчине, кислотам и повышенным температурам)
Ю	Высомоуглеродистый высомохромистый сплав без карбидообразующих
20	Сплав на основе Со. легированный Ст и w с нли без добавок Ni иМо
21	Сплавы на основе карбидов
22	Сплавы на основе Nt с добавками Ст или Сг-В
23	Сплавы на осюве Nt с добавками Мо и Ст (или без Ст)
30	Сплавы на основе Си. с добавками Sn
31	Сплавы на основе Со. с добавками AJ
32	Сплавы на основе Си. с добавками Ni
	Способ сварки	
G	Газовая сварка	
Е	Ручная дуговая сварка	
MF	Сварка порошковой проволокой	
TIG	Сварка неплавящнмся электродом в инертном газе	
MIG	Сварка плавящимся электродом в защитном газе	
UP	Сварка под флюсом	
		
		1 1
Твердеет» напмелешого
	металла (НВ)	
	ISO	125  175
	200	176 • 225
	250	226 * 275
	300	276 • 325
	350	326 - 375
	400	376 • 425
	40	37 -42
	45	42'47
	50	47-52
	55	52-57
	60	57-62
	65	62-67
	10	Болев 67
Е 2 UM 55 GP
Метод •иготоелеютя
Gw
Прокатка
Свойства иаплаалемюго металла
G
GO
GZ
GS
GF
им
Лит*е
К
Волочение
Спекание
Порошковая
проволока
Покрытые
злектроды
N
Корр о JHOmo-с томим
Стойсмй к абразивному
износу
Способный упрочняться
при экстиуатацмт
Не мапестиый
Стойкий к ударным
нагрузкам
Стойкий против ржавчин
Высокие режущие
свойства
Высокотемпературная
прочности, в том числе
для режущего
«метру мента
Жаростойкое
Рис. 2.11. Классификация электродов для сварки
углеродистых и низколегированных конструкционных сталей
в соответствии с D1N 8555
ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
55
Электроды для сварки цветных металлов, чугуна и для резки,
Ввиду малого объема применения электродов для ручной сварки меди и ее
сплавов, алюминия и алюминиевых сплавов ГОСТов на них нет и изготов-
ляют их в соответствии со специальными техническими условиями (ТУ).
Металлические стержни электродов для сварки меди и ее сплавов
изготовляют из сварочной проволоки и прутков согласно ГОСТ 16130-90
или литых стержней другого состава. В состав покрытия могут входить
такие же компоненты, как и в покрытия электродов для сварки сталей
(шлакообразующие, раскислители и т.д.). Сухую шихту также замеши-
вают на жидком стекле.
Металлические стержни электродов для сварки алюминия и его спла-
вов изготовляют из сварочной проволоки (ГОСТ 7871 75 в ред. 1989 г.).
Основу покрытия составляют гаплоидные соли щелочных и щелочнозе-
мельных металлов и криолит. Сухую шихту замешивают на воде или
водном растворе поваренной соли, так как при использовании жидкого
стекла ввиду его химического взаимодействия с компонентами шихты
замес быстро твердеет. Кроме того, кремний, восстанавливаясь из жидко-
го стекла в металл шва, ухудшает его свойства.
Металлические стержни электродов для сварки чугуна могут быть
стальными, из медно-никелевых сплавов, комбинированными (медно-
стальными, железоникелевыми). В этих случаях для покрытия электро-
дов используют те же компоненты, что и для стальных электродов.
В покрытие электродов со стальным стержнем вводят углерод, кремний и
другие графитизаторы, титан, ванадий и т.н. как карбидообразующис.
Применяют и электроды, металлические стержни которых изготовляют
из чугуна, отлитого в кокиль или песчаную форму. Сухие компоненты
покрытия замешивают на жидком стекле.
Для дуговой резки, строжки, прошивки отверстий, удаления дефект-
ных участков сварных соединений и отливок, разделки свариваемых
кромок и корня шва при изготовлении, монтаже и ремонте деталей и кон-
струкций из сталей всех марок, чугуна, меди, алюминия и их сплавов
применяют специальные электроды (например, ОЗР-1 и ОЗР-2), обеспе-
чивающие получение чистого реза (без грата и натеков на поверхности
реза) со скоростью до 12 м/ч.
Подготовка электродов к сварке. Покрытия электродов имеют со-
единения кальция, органические компоненты и другие гигроскопические
добавки, которые усваивают влагу из воздуха.
При сварке отсыревшими электродами ухудшаются стабильность
горения дуги, шов насыщается диффузионным водородом, что приводит
к пористости и образованию трещин. На содержание влаги в покрытии
56
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
влияют влажность и температура окружающей среды, время пребывания
электродов на воздухе. Поэтому хранить электроды нужно в герметичной
упаковке. Перед сваркой электроды рекомендуется прокаливать. Темпе-
ратура и время прокалки зависят от состава покрытия. Для каждой марки
электродов эти данные указывают в паспорте. Приблизительные реко-
мендации следующие: электроды с основным покрытием прокаливают
при температуре 250 ... 400 °C в течение часа, электроды с рутиловым
покрытием - при температуре 120 ... 200 °C в течение часа, а электроды с
целлюлозным покрытием - при температуре 60 ... 100 °C в течение часа.
Прокаливание электродов должно осуществляться в специальных элек-
тропечах, что исключает непосредственное воздействие пламени и высо-
котемпературного излучения.
2.3.	СВАРОЧНАЯ СПЛОШНАЯ И ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА,
ПРУТКИ, ПОРОШКИ, НЕПЛАВЯЩИЕСЯ ЭЛЕКТРОДЫ
Сварочная проволока используется в качестве электродной прово-
локи и присадочной проволоки. Электродная проволока - сварочная про-
волока, используемая в качестве плавящегося электрода. Присадочная
проволока - сварочная проволока, используемая как присадочный металл
и не являющаяся электродом.
Сварочную проволоку получают горячей прокаткой и волочением.
Если металл шва должен иметь высокую твердость, то присадочный ме-
талл плохо деформируется в горячем и холодном состояниях. В этом
случае сварочную проволоку изготовляют литьем в виде присадочных
прутков длиной до 1000 мм. Сварочную проволоку изготовляют СПЛОШ-
НОЙ или порошковой. Для электрошлаковой сварки наряду с проволоч-
ными электродами применяют пластинчатые электроды, изготовленные
из ленты или листов.
Сварочная сплошная проволока. Наиболее широкое применение в
качестве электродного, присадочного и наплавочного материала находит
сварочная сплошная проволока - стальная или из цветных металлов и
сплавов. На основании многолетнего опыта разработаны государствен-
ные стандарты:
1.	ГОСТ 2246-70 (в ред. 1987 г.). Проволока стальная сварочная.
2.	ГОСТ 10543-98. Проволока стальная наплавочная.
3.	ГОСТ 7871-75 (в ред. 1989 г.). Проволока сварочная из алюминия
и алюминиевых сплавов.
4.	ГОСТ 16130-90. Проволока и прутки из меди и сплавов на медной
основе сварочные.
СВАРОЧНАЯ СПЛОШНАЯ ПРОВОЛОКА
57
Кроме этого сварочные проволоки выпускают и поставляют по раз-
личным ведомственным техническим условиям.
ГОСТ 2246-70 регламентирует химический состав 77 марок свароч-
ной проволоки, используемых в качестве электродной, присадочной, на-
плавочной и для изготовления покрытых электродов для ручной дуговой
сварки (табл. 2.7). Стандарт регламентирует только химический состав и
размеры сварочной проволоки, так как механические свойства металла
шва зависят от многих других факторов (доли участия основного метал-
ла, марки флюса, режима сварки и т.д.). Стандартом предусмотрены диа-
метры проволок (мм): 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0;
6,0; 8,0; 10,0; 12,0. Стандарт распространяется на холоднотянутую сва-
рочную проволоку из низкоуглеродистой, легированной и высоколегиро-
ванной сталей.
По требованию потребителя проволока может изготовляться из ста-
ли, выплавленной элсктрошлаковым (Ш) или вакуумнодуговым (ВД)
переплавом, или в вакуумноиндукционных печах (ВИ). При этом огова-
риваются дополнительные требования к металлу проволоки по содержа-
нию вредных примесей и газов. По виду поверхности проволока выпол-
няется омедненная (О) или неомедненная (без дополнительного обозна-
чения).
Пример условного обозначения проволоки для сварки (наплавки)
диаметром 1,2 мм, марки Св-08Г2С с омедненной поверхностью:
Проволока 1,2 Св-08Г2С-О ГОСТ 2246-70.
Пример условного обозначения проволоки, предназначенной для из-
готовления электродов из стали, выплавленной в вакуумноиндукционной
печи, с омедненной поверхностью:
Проволока 2,5 Св-08ХГСМФА -ВИ 9-0 ГОСТ 2246-70.
Средний процент содержания углерода указан цифрой без буквен-
ного обозначения в сотых долях процента сразу за символом "Св". При
содержании элементов менее 2 % цифра не ставится. Более точное со-
держание элементов дано в стандарте. Повышенные гребования к чисто-
те проволоки по вредным примесям (снижение содержания серы и фос-
фора на 0,01 % каждой ) отмечается в марке проволоки (только углероди-
стой и легированной) буквой А и АА, например Св-08А. Для высоколе-
гированных проволок не допускается содержание серы и фосфора свыше
0,035 %. Проволока выпускается в кассетах, катушках и бухтах в герме-
тической упаковке.
2.7. Химический состав некоторых марок сварочной проволоки (по ГОСТ 2246-70, в ред. 1987 г.), %
Марка проволоки	С. нс более	Мп	Si. нс более	Сг. нс более	Ni, не более	Мо	Ti, V	S не б	P олее
Св-08	0,1	0,35... 0,60	0,03	0,15	0,3	-	—	0,040	0,040
Св-08А	0,1	0,35 ... 0,60	0,03	0,10	0,25	—	—	0,030	0,030
СВ-08АА	0,1	0,35... 0,60	0,03	0,10	0,25	—	—	0,020	0,020
Св-08ГА	0,1	0,80 . 1,10	0,03	0,10	0,25	-	—	0,025	0,030
Св-10Г2	0,12	1,50 1,90	0,03	0,20	0,3	—	—	0,030	0,030
Сп-08ГС	0,10	1,40 1,70	0,60... 0,85	0,20	0,25	-	—	0,025	0,030
Св-08Г2С	0,05 ... 0,11	1,80 . 2.10	0,70... 0,95	0,20	0,25	-	—	0,025	0,030
Св-08ГСМТ	0,06.. 0,11	1,00... 1,30	0,40... 0,70	0,30	0,30	0,20. 0,40	Ti = 0,05 ... 0,12	0,025	0,030
Св-06Х19Н9Т	0,08	1,0 2,0	0,4... 1,0	18,0... 20,0	8,0. 10,0	-	Ti-0,5... 1,0	0,015	0,030
СВ-08Х19Н9Ф2С2	0,10	1,0 .. 2,0	1,3.. 1,8	18,0... 20,0	8,0... 10,0	—	V=l,8...2,4	0,025	0,030
Св-04Х19Н11МЗ	0,06	1,0 ...2,0	0,6	18,0 20,0	10,0.. 12,0	2,0... 3,0	—	0,018	0,025
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
СВАРОЧНАЯ СПЛОШНАЯ ПРОВОЛОКА
59
Для механизированной электро дуговой наплавки выпускают также
горячекатаную и холоднокатаную проволоку из углеродистой, легиро-
ванной и высоколегированной стали по ГОСТ 10543-98. Проволоки
классифицируются по химическому составу.
Пример условного обозначения проволоки наплавочной аналогично
сварочной:
Проволока 3 Нп - 30ХГСА ГОСТ 10543-98.
В ГОСТе приведено примерное назначение наплавляемых изделий.
Выпускаемая сварочная проволока из алюминия и алюминиевых
сплавов регламентируется ГОСТом 7871-75 по химическому составу.
ГОСТ предусматривает выпуск 14-ти марок тянутой и прессованной про-
волоки из алюминия (А1 более 99,5 %), алюминиево-марганцевого сплава
(СвАМц), алюминиево-магниевых сплавов (СвАМгЗ, СвАМг4 и др.),
алюминиево-кремнистых сплавов (СвАК5 и др.) диаметром 0,8 ... 2,5 мм.
Пример условного обозначения проволоки:
Проволока 2 СвАМц ГОСТ 7871-75.
ГОСТ 16130 90 "Проволока и прутки из меди и сплавов на медной
основе сварочные" регламентирует химический состав, диаметры прово-
лок (0,8 ... 8,0 мм) и прутков (6 и 8 мм). Этот стандарт содержит также
рекомендации по применению проволок и прутков.
Сварочная порошковая проволока - сварочная проволока, со-
стоящая из металлической оболочки, заполненной порошкообразными
веществами (рис. 2.12). В состав смеси входят минералы, руды, ферро-
сплавы и металлические порошки, предназначенные для газошлако-
вой защиты расплавленного металла, раскисления, легирования и ста-
билизации дугового разряда. По конструкции порошковые проволоки
могут быть классифицированы на бесшовные (рис. 2.12, а) и шовные
(рис. 2.12, б б), с одним и двумя загибами (рис. 2.12, в, г), а также двух-
слойные (рис. 2.12, б).
Рис. 2.12. Конструкции порошковой проволоки
60
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Шовную порошковую проволоку изготовляют из ленты (рис. 2.13).
Легко деформируемая лента из рулона / подается в специальное очист-
ное устройство 2, откуда поступает в ролики 3, предварительно дефор-
мирующие из ленты желоб (сечение а-а). Дозатор 4 наполняет желоб
шихтой, после чего лента попадает в ролики 5, в которых формируется
собственно сечение проволоки (сечения 6-6 и в-в). Проходя через филье-
ры 6, проволока деформируется до нужного диаметра (сечение в-в), про-
ходит через волочильный барабан 7 и наматывается на кассету 8.
Бесшовные проволоки изготовляют из пластичной трубы, заполнен-
ной наполнителем, волочением. Ее можно получать малого диаметра
(до 1 мм) и омеднять. Такая проволока негигроскопична. Отношение
массы порошкового наполнителя проволоки к массе оболочки находится
в пределах 15 ... 40 %. Чем больше это отношение, тем легче обеспечить
качественную защиту расплавленного металла и легирование металла
шва. По способу защиты порошковые проволоки делятся на самозащит-
ные и используемые с дополнительной защитой зоны сварки газом или
флюсом. Наиболее часто в качестве защитной среды употребляют угле-
кислый газ и смесь аргона с углекислым газом. По составу сердечника
порошковые проволоки делятся, так же как и электроды по виду покры-
тия, на рутил-органические, рутиловые, рутил-основные и основные. По-
рошковая проволока - универсальный сварочный материал, пригодный
для сварки сталей практически любого легирования и для наплавки слоев
с особыми свойствами. Порошковую проволоку выпускают диаметром
1 ... 3,2 мм. Для сварки во всех пространственных положениях исполь-
зуют в основном проволоки малых диаметров (чаще диаметром 1,2 мм).
Уменьшение диаметра проволоки требует ее дополнительной протяжки
через фильер, что значительно удорожает ее производство.
Рис. 2.13. Последовательность технологических операций
при изготовлении порошковой проволоки
СВАРОЧНАЯ СПЛОШНАЯ ПРОВОЛОКА
61
Прутки для наплавки. Для наплавки деталей работающих в услови-
ях абразивного изнашивания с ударными нагрузками, а также при повы-
шенных температурах в условиях коррозии и эрозии, выпускаются прутки,
которые используются при дуговых способах сварки неплавящимся элек-
тродом и газовой сварке. ГОСТ 21449-75 (в ред. 1991 г.) предусматривает
выпуск литых прутков диаметром 4, 5, 6 и 8 мм длиной 300 ... 500 мм пяти
марок: 3 на основе железа - Пр-С27 (тип ПрН-У45Х28Н2СВМ), Пр-С1
(тип Г1рН-УЗОХ28Н4СЗ), Пр-С2 (тип ПрН-У20Х17Н2) и 2 на основе кобаль-
та- ПрВЗК (тип ПрН-У 10ХК63В5), Пр-ВЗК-Р (тип ПрН-У20ХК57В10).
Выпускают прутки и из других металлов и сплавов длиной до
1000 мм для использования их в качестве дополнительного присадочного
металла при ручных дуговых способах сварки неплавящимися электро-
дами и газовой сварке.
Порошки для наплавки и напыления. В соответствии с
ГОСТ 21448-75 (в ред. 1991 г.) выпускают порошки из сплавов: крупный (К)
с размером частиц 1,25 ... 0,8 мм, средний (С) - 0,8 ... 0,4 мм, мелкий (М) -
0,4 ... 0,16 мм и очень мелкий (ОМ) - менее 0,16 мм. ГОСТом преду-
смотрено 8 марок порошков: ПГ-С27 (тип ПН-У40Х28Н2С2ВМ), ПГ-С1
(тип ПН-У30Х28Н4С4), ПГ-УС25 (тип ПН-У5ОХ38Н), ПГ-ФБХ6-2
(тип ПН-У45Х35ГСР), ПГ-АН1 (Тип ПН-У25Х30СР), ПГ-СР2 (тип
ПН-ХН80С2Р2), ПГ-СРЗ (тип ПН-ХН80СЗРЗ), ПГ-СР4 (тип ПН-ХН80С4Р4)
для наплавки и напыления износостойкого слоя на детали машин и обо-
рудования, работающие в условиях воздействия абразивного изнашива-
ния, коррозии, эрозии при повышенных температурах или в агрессивных
средах. Порошки поставляют в металлических банках массой до 50 кг.
Неплавяшиеся электроды. В зависимости от материала, из которо-
го они изготовлены, электроды могут быть угольными, графитовыми,
вольфрамовыми, циркониевыми, гафниевыми. Все эти материалы отно-
сятся к группе тугоплавких. Неплавяшиеся электроды служат только для
поддержания горения дуги и поэтому должны обладать высокой стойко-
стью при воздействии высоких температур (расход их должен быть ми-
нимальным).
Гоафитовые и угольные электроды различаются строением углеро-
да. В графитовых электродах углерод имеет кристаллическое строение, в
угольных - аморфное. Для угольного электрода электрическое сопротив-
ление кубика с ребром в 1 см составляет 0,0032 Ом, для графитового
0,0008 Ом. Температура начала окисления на воздухе угольного электро-
да 500 °C, графитового 640 °C. Следовательно, по этим показателям
предпочтительнее применение графитовых электродов.
62
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Высокая температура кипения углерода (4227 °C) обеспечивает его
малый расход за счет испарения, но при взаимодействии с воздухом про-
исходит его окисление и угар с возможным науглероживанием сварочной
ванны. Уменьшить разо1рев электрода можно за счет увеличения его се-
чения. По этой причине угольные и графитовые электроды обычно при-
меняют больших диаметров (6 ... 20 мм и выше), что затрудняет дейст-
вия сварщика.
Уменьшить диаметр электродов, исключить опасность науглерожи-
вания металла шва можно при применении электродов из тугоплавких
металлов. Наиболее широкое применение для сварки имеют вольфрамо-
вые электроды диаметрами I ... 6 мм, с высокой механической прочно-
стью и сравнительно небольшим электрическим сопротивлением. Темпе-
ратура плавления вольфрама 3377 °C, температура кипения 4700 °C.
Вольфрамовые стержни изготовляют из порошка (чистотой 99,7 %), ко-
торый прессуют, спекают и проковывают, в результате чего отдельные
его частицы свариваются. Заготовки подвергают волочению для получе-
ния стержней необходимых диаметров.
Вольфрамовые электроды изготовляют из чистого вольфрама и с
присадками окислов лантана или иттрия, а также металлического танта-
ла. Легирование вольфрама оксидами иттрия или лантана в небольшом
количестве резко увеличивает эмиссионную способность вольфрама-
катода, в результате чего возрастает стойкость электродов (способность
длительное время сохранять заостренную форму) при максимальных то-
ках, повышается стабильность горения дуги. Однако все электроды на
основе вольфрама требуют при сварке защиты их инертными газами от
окисления кислородом воздуха.
ГОСТ 23949-80 ’’Электроды вольфрамовые сварочные неплавящис-
ся" распространяется на электроды из чистого вольфрама марки ЭВЧ,
вольфрама с присадкой оксида лантана марки ЭВИ-1, ЭВИ-2 и ЭВИ-3 и
вольфрама с присадкой двуокиси тория марки ЭВТ-15. Эти электроды
предназначены для дуговой сварки неплавящнмся электродом в среде
инертных газов, а также для плазменных процессов сварки, резки, на-
плавки и напыления. В ГОСТе приводится химический состав электро-
дов, требования к поверхности и методы испытаний. Электроды димет-
ром 0,5 мм выпускают в мотках, а электроды диаметром 1 ... 10 мм вы-
пускают прутками длиной 75, 150, 200 и 300 мм.
Пример условного обозначения электрода длиной 150 мм:
Электрод вольфрамовый ЭВЛ-2-150 - ГОСТ 23949-80.
Циркониевые и гафниевые электроды используют в плазмотронах
при термической резке металлов.
ФЛЮСЫ СВАРОЧНЫЕ
63
2.4.	ФЛЮСЫ СВАРОЧНЫЕ
Сварочными флюсами называют специально приготовленные неме-
таллические гранулированные порошки с размером отдельных зерен
0.25 ... 4 мм (в зависимости от марки флюса). Флюсы, расплавляясь, соз-
дают газовый и шлаковый купол над зоной сварочной дуги, а после хи-
мико-металлургического воздействия в дуговом пространстве и свароч-
ной ванне образуют на поверхности шва шлаковую корку, в которую вы-
водятся окислы. сера, фосфор, газы.
В зависимости от свариваемых металлов и требований, предъявляе-
мых при этом к металлургическим процессам, флюсы могут иметь самые
различные композиции. Флюсы принято разделять в зависимости от спо-
соба их изготовления, назначения и химического состава. По способу изго-
товления флюсы разделяют на неплавленые (керамические) и плавленые.
Керамические флюсы. Технология их изготовления сходна с тех-
нологией изготовления покрытий электродов. Сухие компоненты шихты
замешивают на жидком стекле, полученную массу измельчают путем
продавливания ее через сетку на специальном устройстве типа мясоруб-
ки, сушат, прокаливают при тех же режимах, что и электродные покры-
тия, и просеивают для получения частиц зерен определенного размера.
Частицы сухой смеси компонентов могут скрепляться спеканием при
повышенных температурах без расплавления. Полученные комки грану-
лируют до необходимого размера (так называемые спеченные флюсы).
Неплавленые флюсы могут быть приготовлены и в виде простой ме-
ханической смеси (флюсы - смеси). Из группы пеплавленых флюсов
наибольшее распространение получили керамические флюсы, состав ко-
торых близок к составу покрытий электродов основного типа. Легирова-
ние металла такими флюсами достигается введением в них необходимых
ферросплавов. Флюсы при изготовлении не подвергаются операции рас-
плавления, поэтому количество и сочетание ферросплавов и других леги-
рующих элементов может быть различным, что позволяет легко получать
любой требуемый состав металла шва.
Эта особенность керамических флюсов является главным их пре-
имуществом. Однако при использовании таких флюсов химический со-
став металла шва сильно зависит от режима сварки. Изменение величины
сварочного тока, и особенно напряжения душ, изменяет соотношение
масс расплавленных флюса и металла, а следовательно, и состав металла
шва, который может быть неоднородным даже по длине шва.
Керамические флюсы обладают и другим серьезным недостатком -
легко разрушаются вследствие малой механической прочности его час-
тиц, что делает их разными по размерам.
64
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Основная область их использования сварка высоколегированных
специальных сталей и наплавочные работы.
Плавленые флюсы представляют собой сплавы оксидов и солей
металлов. Процесс изготовления их включает следующие стадии: расчет
и подготовку шихты, выплавку флюса, грануляцию, сушку после мокрой
грануляции и просеивание. Предварительно измельченные и взвешенные
в заданной пропорции компоненты смешивают и загружают в дуговые
или пламенные печи. После расплавления и выдержки, необходимой для
завершения реакций, жидкий флюс при температуре около 1400 °C вы-
пускают из печи.
Грануляцию можно осуществлять сухим и мокрым способами. При су-
хом способе флюс выливают в металлические формы, после остывания от-
ливку дробят в валках до крупки размерами 0,1 ... 3 мм, затем просеивают.
Сухую грануляцию применяют для гигроскопичных флюсов (содержащих
большое количество фтористых и хлористых солей). Преимущественно это
флюсы для сварки алюминиевых и титановых сплавов. При мокром способе
грануляции выпускаемый из печи тонкой струей жидкий флюс направляют в
бак с проточной водой. В некоторых случаях струю флюса дополнительно
над поверхностью воды разбивают сильной струей воды.
Высушенную при температуре 250 ... 350 °C массу дробят и про-
пускают через два сита с 16 и 400 отверстиями на 1 см2. Остаток на вто-
ром сите представляет собой готовый флюс. Обычно это неровные зерна
от светло-серого до красно-бурого или коричневого цвета (в зависимости
от состава).
Хранят и транспортируют флюсы в стальных бочках, полиэтилено-
вых мешках и другой герметичной таре.
Принципиальное отличие плавленого флюса от керамического со-
стоит в том, что плавленый флюс не может содержать легирующих эле-
ментов в чистом виде, в процессе выплавки они неизбежно окислятся.
Легирование плавлеными флюсами происходит путем восстановления
элементов из окислов, находящихся во флюсе.
В основу классификации флюсов по химическому составу положено
содержание в них оксидов и солей металлов. Различают окислительные
флюсы, содержащие в основном оксиды МпО и SiO2. Для получения не-
обходимых свойств флюса в него вводят и другие составляющие, напри-
мер плавиковый шпат, а также весьма прочные оксиды CaO, MgO, А12О3,
которые в сварочных условиях практически не реагируют с металлом.
Чем больше содержится во флюсе МпО и SiO2, тем сильнее флюс
может легировать металл кремнием и марганцем, но и одновременно гем
сильнее он окисляет металл. Чем сложнее легирована сталь, тем меньше
ФЛЮСЫ СВАРОЧНЫЕ
65
должно содержаться во флюсе МпО и SiO2, в противном случае недопус-
тимо возрастает окисление легирующих элементов в стали; нежелатель-
ным может быть и дополнительное легирование металла кремнием и
марганцем. Поэтому окислительные флюсы преимущественно применя-
ют при сварке углеродистых и низколегированных сталей. Безокисли-
тельные флюсы практически не содержат оксидов кремния и марганца
или содержат их в небольших количествах. В них входят фториды CaF2 и
прочные оксиды металлов. Их преимущественно используют для сварки
высоколегированных сталей.
Бескислородные флюсы целиком состоят из фторидных и. хло-
ридных солей металлов, а также других составляющих, не содержащих
кислород. Их используют для сварки химически активных металлов
(алюминия, титана и др.).
В связи с широким применением плавленых флюсов на основные
марки флюсов существует ГОСТ 9087-81 (в ред. 1990 г.) ’’Флюсы сва-
рочные плавленые", в котором регламентирован химический состав
21 марки плавленых флюсов, указаны цвет, строение и размеры зерна и
даны рекомендации по области их применения (табл. 2.8).
Для двух марок флюсов АН-20 и АН-26 сделано разделение не толь-
ко по размеру зерна, но и в зависимости от строения зерен флюса - стек-
ловидного или пемзовидного характера. Строение зерен флюса зависит
от состава расплава флюса, степени перегрева в момент выпуска в волу, в
связи с чем флюс может получиться плотным, с прозрачными зернами
"стекловидный", либо пористым, рыхлым - "пемзовидным". Пемзовид-
ный флюс при том же составе имеет в 1,5 ... 2 раза меньший удельный
вес. Эти флюсы хуже защищают металл от действия воздуха, но обеспе-
чивают лучшее формирование швов при больших силах тока и скоростях
сварки.
Флюсы различают также и по размеру зерен. Так, флюсы АН-348-А,
ОСЦ-45, АН-20С, АН-26П имеют размер зерен 0,35 ... 3 мм; флюсы
АН-348-АМ, ОСЦ-45-М, ФЦ-9, АН-20С 0,25 ... 1,6 мм; флюсы АН-8,
АН-22 и АН-26С - 0,35 ... 4 мм и флюс АН-26-СП - 0,25 ... 4 мм. Стек-
ловидные флюсы с размером зерен не более 1,6 мм предназначены для
сварки электродной проволокой диаметром не свыше 3 мм.
В обозначении марки флюса буквы означают: М - мелкий. С - стек-
ловидный, П - пемзовидный, СП - смешанный.
Пример условного обозначения флюса по стандарту.
флюс АН-348-АМ ГОСТ 9087 81.
3	7162
2.8. Флюсы сварочные плавленые (по ГОСТ 9087-81, в ред. 1990 г.)
Марка флюса	Содержание. % по массе										Назначение
	SiO2	МпО	СаО	MgO j А12О5	CaF2	К2О и Na2O	Fe:O3	S	Р	С	
Сияьноокислительные флюсы
АН-348-А	41 ...44	34 ... 38	< 10	<7	<6	4.6		2,0	0,14	0,12	—	Сварка угле- родистых и низколегиро- ванных сталей углеродистой и низколегиро- ванной прово- локой диамет- ром более 3 мм
ОСЦ-45	38 ...44	38 ... 44	< 10	<3	£6	6.9	—	2,0	0,14	0,15	—	
АН-60	42,5... 46,5	36... 41	< 10	£3	<6	5,5... 8,5	—	0,9	0,09	0,1	—	
АН-348-АМ	41 ...44	34... 38	< 10	<7	£6	3,5... 5,0	—	2,0	0,14	0,12	—	То же, прово- локой диамет- ром до 3 мм
ОСЦ-45М	38 ...44	38... 44	< 10	<3	<>6	6.9	—	2,0	0,15	0,10	—	
ФЦ-9	38 ...41	38... 41	<8	£3	10... 13	2 3	—	2,0	0,10	0,10	—	
АН-8	33 .36	21 ... 26	4. ..7	5...8	11... 15	13... 19	—	1,5... 3,5	0,1	0,12	—	Электрошла- ковая сварка
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжение таб.1. 2.8
Марка флюса	Содержание. % по массе											Назначение
	SiO2	МпО	СаО	MgO	AI:Oj	CaF2	К2О и Na,O	Fe2O<	S	P	C	
Слабоокислительные флюсы
AH-20C	19... 24	<0,5	3...9	9 13	27.. 32	25... 33	2... 3,0	0,8	0,06	0,03	—	Сварка ле- гированных сталей
AH-22	18 . 21,5	7... 9	12 15	12. 15	19... 23	20... 24	1.2	1,0	0,05	0,05	—	Сварка кор- розионно- стойких и жаропроч- ных легиро- ванных ста- лей
АН-26П	29... 33	2,5 ... 4,0	4...8	15... 18	19 23	20... 24	—	1,5	0.10	0,10	0,05	
ФЛЮСЫ СВАРОЧНЫЕ
2.9. Флюсы сварочные плавленые безокислительные и бескислородные
Марка флюса	Особен- ности	Содержание (не более), % по массе										Примерное назначение
		SiO2	МпО	A120j	СаО	MgO	CaF2	NaF	FeO	s	P	
АН-30	Безокис- литель- ный	2 ...5	—	39. 44	16 20,5	13 .. 16	i9... 23	—	1,0	0,08	0,05	Сварка хромонике- левых ста- лей
АН-70	То же	8,0	। —	30 ...40	25 .. 35	-	20... 30	1 .3	—	0,09	0,05	Наплавка высоколе- гированных сталей
48-ОФ-6	»	3,5 ...6,0	0,3	20... 24	16...20	2,0	50...60	-	1,0	0,025	0,025	Дуговая и электро- шлаковая сварка хро- моникеле- вых сталей при работе сварных соединений в сильно агрессивной среде
АНФ-8	»	2,0	-	25 ...35	12... 18	—	45 ...55	-	1,0	0,05	0,05	
АНФ-5	Бески- слород- ный	2,0	-	-	-	—	75 ... 80	17. 25	1,0	0,05	0,02	
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ФЛЮСЫ СВАРОЧНЫЕ
69
Для электрошлаковой сварки применяют флюсы общего назначения
АН-348-А, АН-22 (см. табл. 2.8), 48-ОФ-6, АНФ-5 (табл. 2.9) и флюсы,
предназначенные именно для данного процесса (АН-8 и АН-25). Содер-
жание в этих флюсах окислов титана обеспечивает высокую электропро-
водность их в твердом состоянии, что важно в начале процесса, при воз-
буждении дуги для создания начального объема шлаковой ванны. Луч-
шим с технологической точки зрения является флюс АН-8.
При механизированной сварке меди и ее сплавов успешно исполь-
зуют обычные марки флюсов ОСЦ-45, АН-348-А, АН-20, АН-26, т.е.
флюсов, широко применяемых для сварки сталей. Для сварки алюминия
и его сплавов по слою флюса разработаны две основные марки бескисло-
родных флюсов: АН-А1 и АН-А4 (табл. 2.10).
2.10. Составы флюсов, предназначенных для сварки
алюминия и его сплавов, титана и его сплавов
Марка флюса	Состав. %	Назначение
АН-А1	Хлористый калий	50 Хлористый натрий	20 Криолит	30	Дуговая сварка алюми- ния
АН-А4	Хлористый калий	50 Криолит	30 Хлористый литий	20	Дуговая сварка алюми- ниево-магниевых спла- вов
АН-А301 1 АН-А302 > АН-А304 J	Хлористый калий ... 20 ... 60 Хлористый литий .. . 10... 40 Хлористый барий .... 5 ... 30 Фтористый литий .... 2 ... 20	Электрошлаковая сварка алюминия
АН-Т1	Фтористый кальций . .. 79,5 Хлористый барий	19 Фтористый натрий .... 1,5	Дуговая сварка титана толщиной 2 ... 8 мм
АН-ТЗ	Фтористый кальций ... 85,5 Хлористый барий	13 Фтористый натрий.... 1,5	То же
70
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Эти флюсы изготовляют сплавлением входящих в их состав солей
или механическим их смешиванием. Для электрошлаковой сварки алю-
миния также разработаны специальные флюсы.
При сварке титана используют бескислородные флюсы типа АН-Т1,
АН-ТЗ и др., в состав которых в основном входят фтористые и хлористые
соединения. Фтористые соединения могут реагировать с оксидами тигана
и растворять их, по для обеспечения необходимых технологических
свойств флюса в них вводят хлористые соединения.
2.5.	ЗАЩИТНЫЕ ГАЗЫ
Защитные газы делятся на две группы: химически инертные и ак-
тивные. Газы первой группы с металлом, нагретым и расплавленным, не
взаимодействуют и практически не растворяются в нем. При использова-
нии этих газов дуговую сварку можно выполнять плавящимся или непла-
вящимся электродом. Газы второй группы защищают зону сварки от воз-
духа, но сами либо растворяются в жидком металле, либо вступают с ним
в химическое взаимодействие.
Ввиду химической активности углекислого газа по отношению к на-
гретому вольфраму (окисление и разрушение вольфрама) для дуговой
сварки в углекислом газе используют плавящиеся электроды или пепла-
вяшисся (угольные или графитовые).
К химически инертным газам, используемым при сварке, относятся
аргон и гелий (табл. 2.11). Из химически активных газов основное значе-
ние имеет углекислый газ.
Аргон - газообразный чистый поставляется по ГОСТ 10157 79
(в ред. 1998 г.) двух сортов: высшего и первого. Содержание аргона соот-
ветственно равно: 99,99 %; 99,98 %. Примесями служа! кислород, азот и
водяные пары.
2.11. Свойства основных инертных газов - аргона и г ел ня
Газ	Атомный вес	Плотность при 20 °C. ki /mj	1 ем пера- тура кипе- ния. °C	Коэффициент тепло! фОНОДНОСТИ. В т/м К	Потенциал ионизации. В
Аргон	39.944	1,662	-185,5	0,016	15,7
Гелий	4,003	0,1785	-268,9	0,138	24,5
ЗАЩИТНЫЕ ГАЗЫ
71
Хранится и транспортируется аргон в газообразном виде в стальных
баллонах под давлением 15 МПа, т е. в баллоне находится 6,2 м3 газооб-
разного аргона в пересчете на температуру 20 °C и давление 760 мм рт. ст.
(0,1 МПа). Возможна также транспортировка аргона в жидком виде в
специальных цистернах или сосудах Дьюара с последующей его газифи-
кацией. Баллон для хранения аргона окрашен в серый цвет, надпись зеле-
ного цвета.
Аргон высшего сорта предназначен для сварки химически активных
металлов (титана, циркония, ниобия) и сплавов на их основе. Аргон пер-
вого сорта рекомендуется для сварки неплавящимся электродом сплавов
алюминия, магния и других металлов, менее чувствительных к примесям
кислорода и азота.
Гелий - газообразный чистый поставляют по техническим услови-
ям. Гелий для сварки марок А. Б и В содержит не менее 99,99 % чистого
1елия, остальное примеси. Примеси: азот, водород, кислород, неон, влага.
Хранят и транспортируют гелий так же, как и аргон, в стальных баллонах
вместимостью 40 л при давлении 15 МПа. Цвет баллона коричневый,
надпись белого цвета. В связи с тем, что гелий в 10 раз легче аргона, рас-
ход гелия при сварке увеличивается в 1,5 ... 3 раза.
Углекислый газ поставляется по ГОСТ 8050 85 (в ред. 1996 г.).
Для сварки используют сварочную углекислоту высшего и первого сор-
тов, которые отличаются лишь содержанием паров воды (соответственно
0.037 и 0,184 г/см' при 20 °C и давлении 0,1 МПа). Углекислоту транс-
портируют и хранят в стальных баллонах или цистернах большой емкости
в жидком состоянии с последующей газификацией на заводе, с пентрали-
юванным снабжением сварочных постов через рампы. В баллоне вмести-
мостью 40 л содержится 25 кг СО2, дающего при испарении 12,5 м3 газа
при давлении 0.1 МПа (760 мм рт. ст.). Баллон окрашен в черный цвет,
надписи желтого цвета.
При применении углекислого газа вследствие большого количества
свободною кислорода в газовой фазе сварочная проволока должна со-
держать дополнительное количество легирующих элементов с большим
сродством к кислороду, чаще всего Si и Мп (сверх того количества, кото-
рое требуется для легирования металла шва). Наиболее широко применя-
емся проволока Св-08Г2С.
При применении защитных Газов следует учитывать технологиче-
ские свойства газов (например, значительно больший расход гелия, чем
.|рюна), их влияние на форму проплавления и форму шва, а также стои-
мость газов.
72
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
При сварке плавящимся электродом значительное влияние на харак-
тер переноса электродного металла, производительность расплавления
электрода, разбрызгивание, и форму проплавления оказывает состав за-
щитного газа, в котором горит дуга. Хорошие перспективы по улучше-
нию этих показателей дает применение смесей газов. Улучшает перенос
электродного металла и позволяет получать более плавную наружную
поверхность шва применение смеси углекислого газа с 2 ... 15 % кисло-
рода. Широко применяется при сварке сталей двойная смесь, состоящая
из 80 % аргона и 20 % углекислого газа, позволяющая реализовать мел-
кокапельный и струйный перенос электродного металла. Применение
многокомпонентных смесей, состоящих из аргона, углекислого газа, оки-
си азота, водорода и др. газов позволяет увеличить производительность
расплавления и наплавки более чем в 2 раза при благоприятной форме
проплавления и наружной поверхности шва.
2.6.	ГАЗЫ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ
Кислород является наиболее распространенным элементом на земле.
Газообразный кислород бесцветен, прозрачен, не имеет запаха и вкуса, не
горючий, но способен активно поддерживать горение.
В 1877 г. впервые доказана возможность сжижения кислорода при
критической температуре = 154 К и критическом давлении 5,14 МПа.
Основные физические константы кислорода:
Молекулярная масса........................... 32
Масса 1 м3 при 273 К и 0,1 МПа, кг............. 1,43
Масса 1 м3 при 293 К и 0,1 МПа, кг............. 1,33
Критическая температура, К................... 154
Критическое давление, МПа.................... 5,14
Температура сжижения при 0,1 МПа, К.......... 90,18
Масса 1 м3 жидкого кислорода
при 90 К и 0,1 МПа, кг......................... 1140
Количество газообразного кислорода, получающе-
гося из 1 м3 жидкого при 293 К и 0,1 МПа, м3.	860
Кислород не "идеальный" газ, т.е. при изменении его температуры и
давления связь между основными параметрами (объем, давление, темпе-
ратура) будет выражаться уравнением для "реальных" газов с введением
поправочных коэффициентов на сжимаемость:
pV-kRT.
ГАЗЫ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ
73
Кислород находит самое широкое применение во многих ведущих
отраслях промышленности.
Кислород наиболее широко используют для интенсификации вы-
плавки стали в мартеновских печах и электропечах, при кислородно-
конверторной выплавке стали, интенсификации процесса выплавки чугу-
на в доменных печах, при получении цветных металлов из руд.
Технический кислород является основой для осуществления процес-
сов газовой сварки, кислородной резки, поверхностной закалки и других
процессов газопламенной обработки.
Кислород можно получать химическим способом, электролизом во-
ды и разделением воздуха методом глубокого охлаждения.
Химические способы малопроизводительны и неэкономичны, по-
этому их в настоящее время не применяют в промышленности, а лишь
иногда используют в лабораторной практике. Электролиз волы, т.е. раз-
ложение ее на составляющие (водород, кислород), осуществляют в аппа-
ратах, называемых электролизерами. Через воду, в которую для повыше-
ния элекгропроводимости добавляют едкий натр, пропускают постоян-
ный ток; кислород собирается на аноде, а водород на катоде. Недостат-
ком способа является большой расход электроэнергии, применение его
рационально при использовании одновременно обоих газов. По этому
принципу работает ряд установок для газовой сварки, пайки и нагрева с
использованием кислородно-водородного пламени.
Основной способ промышленного получения кислорода во всем ми-
ре - извлечение его из атмосферного воздуха методом глубокого охлаж-
дения и ректификации воздуха. Атмосферный воздух представляет собой
смесь газов с разными температурами сжижения; основными частями
воздуха являются азот и кислород.
Горючие газы
Для процессов газопламенной обработки могут быть применены
различные горючие газы и пары жидких горючих, при сгорании которых
в смеси с техническим кислородом температура газового пламени пре-
вышает 2273 К. По химическому составу они, за исключением водорода,
представляют собой или углеводородные соединения, или смеси различ-
ных углеводородов.
Для газопламенной обработки наибольшее распространение полу-
чил ацетилен, при сгорании в кислороде которого образуется пламя с
более высокой температурой, чем при сгорании других горючих газов -
заменителей ацетилена.
Ацетилен представляет собой углеводород ненасыщенного ряда
СяН2п-2. Его химическая формула С2Н2, структурная формула Н-С = С-Н.
74
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
При атмосферном давлении и нормальной температуре ацетилен - бесцвет-
ный газ. Технический ацетилен вследствие присутствия в нем примесей, на-
пример фосфористого водорода и сероводорода, имеет резкий специфиче-
ский запах. При 293 К и 0,1 МПа плотность ацетилена р - 1,09 кг/м3.
При атмосферном давлении ацетилен сжижается при температуре
190,6 ... 189,4 К. При температуре 188 К и ниже ацетилен переходит в
твердое состояние, образуя кристаллы. Жидкий и твердый ацетилен легко
взрывается от зрения, механического или гидравлического улара и дей-
ствия детонатора.
Полное сгорание ацетилена происходит по реакции
С2Н2 4 2,5О2 = 2СО2 + Н2О г Qy
т е. для полного сгорания 1 объема ацетилена требуется 2,5 объема ки-
слорода.
Основным способом получения ацетилена является переработка
карбида кальция. Этот способ довольно громоздок, дорог и зребует за-
траты большого количества электроэнергии. За последние годы разрабо-
таны и быстро внедряются в промышленность более экономичные и вы-
сокопроизводительные методы получения ацетилена: из природного газа
термоокислительным пиролизом метана в смеси с кислородом (т.е. пиро-
лизный ацетилен) и разложение жидких горючих (нефти, керосина) дуго-
вым разрядом (так называемый электропиролиз). Получение ацетилена из
природного газа на 30 ... 40 % дешевле, чем из карбида кальция. Пиро-
лизный ацетилен, используемый для сварки и резки, накачивают в балло-
ны с пористой массой, пропитанной ацетоном, но свойствам он не отли-
чается от ацетилена, получаемого из карбида кальция.
Ацетиленовые генераторы. Для питания ацетиленом аппаратуры
при газопламенной обработке ацетилен получаюг в ацетиленовых гене-
раторах из карбида кальция и волы. Крупные ацетиленовые генераторы
используют для производства ацетилена на химических заводах, где он
служит сырьем для получения многих химических продуктов.
Существуют следующие типы и системы генераторов. По давлению
вырабатываемого ацетилена - два типа генераторов, низкого давления
(до 0,02 МПа) и среднего давления (0,02 ... 0,15 МПа). По способу при-
менения - передвижные и стационарные. По способу взаимодействия
карбида кальция с водой - три типа генераторов: система генераторов
КВ - карбид в воду; ВК - вода на карбид, с вариантами процессов:
М - "мокрого" и С - "сухого"; К - контактный с вариантами процессов:
ВВ - вытеснения воды и ПК - погружения карбида.
Изготовлять ацетиленовые генераторы следует только на специали-
зированных предприятиях. Стационарные ацетиленовые генераторы
ГАЗЫ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ
75
должны быть пригодны для работы при температуре окружающей среды
5 ... 35 °C, передвижные - при температуре -25 ... ^40 °C. В конструк-
ции генератора должны быть предусмотрены следующие основные узлы:
газообразователь, газосборник, ограничитель максимального давления,
предохранительный затвор против обратного удара пламени, устройства
для автоматической регулировки количества вырабатываемого ацетилена
в зависимости от его потребления.
В настоящее время в эксплуатации находится большое количество
передвижных и стационарных генераторов различных конструкций, в том
числе и таких, которые сняты с производства. В качестве примера рас-
смотрим передвижной ацетиленовый генератор АО 1-1,25 (выпускаемый в
настоящее время) - контактного типа среднего давления прерывного дей-
ствия - работает по системе ПК в сочетании с системой ВВ (рис. 2.14).
Рис. 2.14. Генератор АСП-1,25:
а - общий вид; /- горловина; // - газообразователь:
///- вытеснитель: /И - промыватсль; б - генератор в разрезе
76
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Корпус 2 генератора состоит из газообразователя и промывателя,
соединенных между собой переливной трубкой. В газообразователе про-
исходит разложение карбида кальция с выделением ацетилена, в промы-
ватсле - охлаждение и отделение ацетилена от частиц извести. Вода в
газообразоватедь заливается через горловину. При достижении перелив-
ной трубки 15 вода переливается по ней в промыватель, который запол-
няется до уровня контрольной пробки 13. Карбид кальция загружают в
корзину 4, закрепляют поддон 10, устанавливают крышку с мембраной на
горловину. Уплотнение крышки 8 с горловиной обеспечивается винто.м 6
с помощью мембраны 5. Образующийся в газообразователе ацетилен по
переливной трубке 15 поступает в промыватель, где, проходя через слой
воды, охлаждается и промывается.
Из промывателя через вентиль 12 по шлангу ацетилен поступает в
предохранительный затвор / и далее на потребление.
По мере повышения давления в газообразователе давление ацетиле-
на на мембрану преодолевает сопротивление пружины 7, перемещая ее
вверх, при этом корзина с карбидом кальция, связанная с мембраной,
также перемещается вверх, уровень смоченного карбида уменьшается,
выработка ацетилена ограничивается и возрастание давления прекраща-
ется. При снижении давления в газообразователе усилием пружины 7,
корзина с карбидом кальция возвращается вниз и происходил замочка
карбида кальция. Таким образом, процесс выработки ацетилена регули-
руется с помощью мембраны.
Одновременно по мере увеличения давления в газообразователе из-
быточное давление ацетилена перемещает волу в вытеснитель и корзина
с карбидом кальция оказывается выше уровня воды, в результате чего
реакция прекращается. По мере уменьшения давления вода вновь зани-
мает прежний объем и вновь происходит замочка карбида кальция.
Давление ацетилена контролируется манометром 9. Слив ила из га-
зообразователя и иловой воды из промывателя осуществляется соответ-
ственно через штуцеры 13 и 14.
Предохранительный клапан 3 служит для сброса ацетилена при уве-
личении давления в генераторе выше допустимого. В месте присоедине-
ния клапана к корпусу установлена сетка для задержания частиц карбид-
ного ила, окалины и др.
ГАЗЫ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ
77
Техническая характеристика генератора АСП-1,25
Производительность, м3/ч........................ 1,25
Давление, МПа:
рабочее после водяного затвора................. 0,01 ... 0,7
максимально допустимое в корпусе генератора ..	0,15
Единовременная загрузка карбида кальция, кг.....	3,5
Время работы без перезарядки, ч................. 0,7 ... 0,8
Допустимая грануляция карбида кальция, мм....... 25 ... 80
Общая вместимость генератора, дм3............... 50,6
Вместимость, дм3:
пром ы вате л я............................. 24,5
газообразователя............................ 15
вытеснителя................................. 11,1
Объем воды, дм3:
заливаемой в пром ы вате ль.................. 7
заливаемой в газообразователь............... 7,6
заливаемой в вытеснитель.................... 4,5
Габаритные размеры, мм............................. 420x380x960
Масса без воды и карбида кальция, кг............ 21,3
Заменители ацетилена. Газы - заменители ацетилена целесообраз-
но использовать в тех процессах газопламенной обработки, в которых не
|рсбуется слишком высокая температура подогревающего пламени.
К чаким процессам относятся: сварка легкоплавких металлов (алюминия,
магния и их сплавов, свинца), пайка высокотемпературными и низкотем-
пературными припоями, поверхностная закалка, сварка тонкой стали,
кислородная разделительная и поверхностная резка. Особенно широкое
применение газы-заменители находят при кислородной разделительной
резке, где температура подогревающего пламени влияет лишь на дли-
1сльность начального подогрева металла перед резкой. Поэтому для рез-
ки могут быть использованы все газы-заменители, у которых температура
пламени при сгорании в смеси с кислородом не ниже 2000 °C, а теплота
и орания не менее 10 МДж/м3.
78
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Газы-заменители, как правило, дешевле ацетилена, недефицитны и
доступны для использования в районах их производства и применимы
для других промышленных целей. Использование местных дешевых го-
рючих газов вместо ацетилена значительно снижает стоимость газопла-
менной обработки и упрощает организацию работ.
Эффективность и условия использования газов-заменителей при об-
работке материалов газокислородным пламенем в основном определяют-
ся следующими их свойствами: теплотой сгорания; плотностью; темпера-
турой воспламенения и скоростью горения в смеси с кислородом; соот-
ношениями между кислородом и горючим в смеси; эффективной тепло-
вой мощностью пламени; температурой пламени при сгорании в смеси с
кислородом; удобствами и безопасностью при получении, транспортиро-
вании и использовании.
В качестве газов-заменителей ацетилена применяются газы при сле-
дующем оптимальном рабочем соотношении кислорода и горючего газа в
смеси (Р = VK/ Vr):
Ацетилен.................................... 0.8	...	1,4
Водород..................................... 0,3	...	0,4
Природный газ (метан)....................... 1,0	...	1,5
Пропан технический.......................... 3,0	...	3,5
Коксовый газ............................... 0,75	... 0,8
Нефтяной газ................................ 1,5	...	1,6
Растворенный ацетилен. Для храпения и транспортирования аце-
тилена под давлением используют баллоны, заполненные специальной
пористой массой, пропитанной ацетоном. Ацетон, являясь хорошим рас-
творителем для ацетилена, позволяет существенно увеличить количество
ацетилена, накачиваемого в баллон. Кроме того, ацетон и сам по себе
является флегматизатором ацетилена, снижая его взрывоопасность. Аце-
тон удерживается в порах массы и распределяется по всему объему бал-
лона, что увеличивает поверхность его контакта с ацетиленом при раство-
рении и выделении из раствора. Ацетилен, отпускаемый потребителям в
баллонах, называется растворенным ацетиленом (ГОСТ 5457-75). Макси-
мальное давление ацетилена при заполнении 2.5 МПа, при отстое и охлаж-
дении баллона до 20 °C оно снижается до 1,9 МПа. При этом давлении в
40-литровый баллон вмешается 5 ... 5,8 кг ацетилена (4,6 ... 5,3 м? газа
при 20 °C и 0,1 МПа).
ГАЗЫ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ
79
Количество ацетилена в баллоне определяют следующим способом:
наполненный баллон взвешивают с точностью до 0,1 кг и выдерживают
при температуре не ниже 15 °C в течение 8 ч, после чего отбирают ацети-
лен со скоростью не более 0,8 м/ч. Остаточное давление в баллоне после
отбора должно быть не менее 0,05 МПа. После окончания отбора газа
баллон вновь взвешивают. Разность между массой наполненного баллона
и массой баллона после отбора из него газа составляет вместимость бал-
лона в кг ацетилена. Для пересчета в mj нужно вместимость баллона в кг
разделить на 1,09 - плотность ацетилена в кг/м3 при 20 °C и 0,1 МПа.
Давление ацетилена в полностью наполненном баллоне изменяется
при изменении температуры следующим образом:
Температура. °C....	5	0	*5	*10	+15	+20	430	+40
Давление, МПа......	1,3	1,4	1,5	1,7	1,8	1,9	2,4	3,0
Ацетон - растворитель, имеющий температуру кипения 56 °C. темпе-
ратуру замерзания -94 °C, плотность 0,7911 кг/м3. При давлении 0,1 МПа и
20 °C 1 кг ацетона растворяется в 27,9 кг ацетилена, или в 1 дм? ацетона
растворяется 20 дм? ацетилена. Растворимость ацетилена в ацетоне воз-
растает примерно прямо пропорционально давлению. С понижением
температуры растворимость ацетилена в ацетоне растет.
Чтобы полнее использовать вместимость баллона, порожние ацети-
леновые баллоны следует хранить в горизонтальном положении, что спо-
собствует более равномерному распределению ацетона по всему объему
баллона. Наполнять баллоны ацетиленом следует медленно - с учетом
скорости растворения его в ацетоне - и обычно в два приема: сначала
наполнять баллоны в течение 6 ... 9 ч до давления 2,2 ... 2,3 МПа, затем
отстаивать их и потом вторично докачивать до давления 2,3 ... 2.5 МПа
так, чтобы после охлаждения давление в них составляло 1,9 МПа. Для
ускорения накачки баллонов иногда их снаружи охлаждают водой, что
повышает коэффициент растворимости ацетилена в ацетоне.
Растворенный ацетилен имеет ряд существенных преимуществ пе-
ред ацетиленом, получаемым из карбида кальция в переносных генерато-
рах непосредственно на месте выполнения работ. При использовании
ацетиленовых баллонов взамен переносных генераторов производитель-
ность труда сварщика повышается на 20 %, на 15 ... 25 % снижаются по-
тери ацетилена, повышаются оперативность и маневренность сварочного
80
СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
поста, удобство выполнения работы, безопасность, отпадают затрудне-
ния, связанные с использованием генераторов в зимнее время. Кроме то-
го, растворенный ацетилен является высококачественным горючим, со-
держащим минимальное количество посторонних примесей, и потому
может применяться при выполнении особо ответственных сварочных
работ.
Контрольные вопросы
1.	Что подразумевают под сварочными материалами?
2.	Что обеспечивает применение сварочных материалов?
3.	Каково назначение составляющих покрытия электрода для ручной
дуговой сварки?
4.	По каким видам подразделяют покрытия электродов?
5.	Что относится к технологическим характеристикам плавления
электродов?
6.	Какие технологические операции выполняют при изготовлении
электродов?
7.	Какие данные входят в структуру условного обозначения элек-
тродов?
8.	Какие параметры контролируют при прокалке электродов?
9.	Что относят к электродным материалам?
10.	Что регламентирует ГОСТ для сплошной сварочной проволоки?
11.	Каковы преимущества порошковых сварочных проволок?
12.	Как подразделяют сварочные флюсы?
13.	Каково влияние защитного газа на процесс сварки и качество
шва при сварке плавящимся электродом?
14.	Какие защитные газы используют при сварке неплавящимся
электродом?
15.	Назначение кислорода при газопламенной обработке.
16.	Горючие газы для газопламенной обработки.
Глава 3
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ
СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ И ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ
3.1. ГАЗОПЛАМЕННАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Газопламенная обработка металлов - это ряд технологических
процессов, связанных с обработкой металлов высокотемпературным га-
зовым пламенем. Наиболее широкое применение имеет газовая сварка и
резка, которые, несмотря на более низкую производительность и качест-
во сварных соединений по сравнению с электрическими способами свар-
ки плавлением, продолжают сохранять свое значение при сварке тонко-
листовой стали, меди, латуни, чугуна. Преимущества газовой сварки и
резки особенно проявляются при ремонтных и монтажных работах ввиду
простоты процессов и мобильности оборудования. Кроме сварки и резки
газовое пламя используется для наплавки, пайки, металлизации, поверх-
ностной закалки, нагрева для последующей сварки другими способами
или термической правки и т.д.
Газовая сварка. Газовое пламя чаще всего образуется в результате
сгорания (окисления) горючих газов технически чистым кислородом
(чистота не ниже 98,5 %). При горении
горючих газов с использованием возду-
ха температура газового пламени низ-
кая (не выше 2000 °C), так как много
теплоты расходуется на нагрев азота,
содержащегося в воздухе. В качестве
горючих газов используют ацетилен,
водород, метан, пропан, пропанобута-
новую смесь, бензин, осветительный
керосин.
Газовое сварочное ацетиленокис-
лородное "нормальное" пламя имеет
форму, схематически показанную на
рис. 3.1. Во внутренней части ядра
пламени / происходит подогрев газо-
вой смеси, поступающей из сопла до
температуры воспламенения. В наруж-
Рис. 3.1. Распределение
температуры по оси
нормального газового пламени
82
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
ной оболочке ядра происходит частичный распад ацетилена
С2Н2 —> 2С + Н2.	(3.1)
Выделяющиеся частицы углерода раскалены, ярко светятся, четко
выделяя очертания оболочки ядра (температура газов в ядре невелика и
не превышает 1500 °C).
Зона 2 является наиболее важной частью сварочного пламени (сва-
рочной зоной). В ней происходит первая стадия сгорания ацетилена за
счет кислорода, поступающего в сопло из баллона, в результате чего
здесь развивается максимальная температура. В этой зоне проходит ре-
акция
С2Н2 + О2 -> 2СО + Н2.	(3.2)
Содержащиеся в сварочной зоне газы обладают восстановительны-
ми свойствами по отношению к оксидам многих металлов, в том числе и
к оксидам железа. Поэтому ее можно назвать восстановительной. Содер-
жание углерода в металле шва изменяется незначительно.
В зоне 3 или факеле пламени протекает догорание газов за счет ки-
слорода воздуха
2СО + Н2 + 1,5О2 -► 2СО2 + Н2О.	(3.3)
Воздух содержит азот, и эта реакция точнее выглядит так:
2СО + Н2 + 1,5О2 + 6N2 -► 2СО2 + Н2О + 6N2,	(3.4)
что отражает состав газов в факеле. Содержащиеся в факеле газы и про-
дукты их диссоциации окисляют металлы, т.е. эта зона является окисли-
тельной.
Вид ацстилснокислородного пламени зависит от соотношения в га-
зовой смеси подаваемой в горелку кислорода и ацетилена
Ог
С2Н
При р = 1,1 ... 1,2 пламя нормальное (см. рис. 3.1). При увеличении этого
соотношения (например р = 1,5), т.е. относительном увеличении содер-
жания кислорода (окислительное пламя), форма и строение пламени из-
меняются (рис. 3.2). При этом реакции окисления ускоряются, а ядро
пламени бледнеет, укорачивается и приобретает коническую заострен-
ную форму. В этом случае сварочная зона утрачивает восстановительные
свойства и приобретает окислительный характер (содержание углерода в
металле шва уменьшается, выжигается).
ГАЗОПЛАМЕННАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
83
Рис. 3.2. Строение ацетиленокислородного пламени:
а - окислительное; б - науглероживающее
С уменьшением р (например, р - 0,5), т.е. при увеличении содержа-
ния ацетилена в газовой смеси реакции окисления замедляются. Ядро
удлиняется и его очертания становятся размытыми. Количество свобод-
ного углерода увеличивается, частицы его появляются в сварочной зоне.
При большом избытке ацетилена частицы углерода появляются и в факе-
ле пламени. В этом случае сварочная зона становится науглероживаю-
щей, т е. содержание углерода в металле шва повышается.
Пламя заменителей ацетилена принципиально подобно ацетилено-
кислородному и имеет три зоны. В отличие от углеводородных газов во-
дородно-кислородное пламя светящегося ядра не имеет (нет светящихся
частиц углерода).
Одним из важнейших параметров, определяющих тепловые, а значит
и технологические свойства пламени, является его температура. Она раз-
лична в различных его участках как по длине вдоль его оси (см. рис. 3.1),
так и в поперечном сечении. Она зависит от состава газовой смеси и сте-
пени чистоты применяемых газов. Наивысшая температура наблюдается
по оси пламени, достигая максимума в сварочной зоне на расстоянии
2 ... 3 мм от конца ядра. Эта сварочная зона является основной для рас-
плавления металла. С увеличением 0 максимальная температура возрас-
тает и смещается к мундштуку горелки. Это объясняется увеличением
скорости горения смеси при избытке кислорода. При избытке ацетилена
(Р менее 1) наоборот, максимум лемнературы удаляется оч мундштука и
уменьшается по величине.
Горючие газы-заменители ацетилена, дешевле и недефицитны. Од-
нако их теплотворная способность ниже, чем у ацетилена. Максимальные
температуры пламени также значительно ниже. Поэтому их используют в
ограниченных объемах в технологических процессах, не требующих вы-
сокотемпературного пламени (сварка алюминия, магния и их сплавов,
свинца, пайка, сварка тонколистовой стали, газовая резка и т.д.). Напри-
мер, при использовании пропана и пропанобутановых смесей макси-
мальная температура в пламени 2400 ... 2500 °C. Их используют при
сварке стали, толщиной до 6 мм, сварке чугуна, некоторых цветных ме-
(аллов и сплавов, наплавке, газовой резке и т.д.
84
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
При использовании водорода максимальная температура в пламени
2100 °C.
Нагрев металла пламенем обусловлен лучистым, и в основном кон-
вективным теплообменом между потоком горячих газов и соприкасаю-
щейся с ним поверхностью металла. При вертикальном положении от
пламени ее растекающийся поток образует на поверхности металла сим-
метричное относительно центра пятно нагрева. При наклоне пламени
пятно нагрева вытягивается по направлению оси и сужается с боков. Ин-
тенсивность нагрева впереди ядра выше, чем позади его.
Ввод тепла в изделие при газовой сварке происходит по большей
площади пятна нагрева. Источник тепла менее сконцентрирован, чем при
других способах сварки плавлением. В результате обширной площади
разогрева основного металла околошовная зона (зона термического
влияния) имеет большие размеры, что приводит к образованию повы-
шенных деформаций сварных соединений (коробление).
При газовой сварке на металл сварочной ванны активно воздейству-
ет газовая фаза всего пламени и особенно сварочной зоны, содержащей, в
основном, СО + Н2 и частично нары воды, а также СО2, Н2, О2 и N2 и не-
которое количество свободного углерода. Состав газовой фазы определя-
ется соотношением кислорода и горючего газа в газовой смеси, темпера-
турой пламени и различен в ее различных зонах. От этого зависят метал-
лургические взаимодействия газовой фазы с металлом сварочной ванны.
Основные реакции при сварке - это окисление и восстановление
2Ме । О2 <г+ 2МеО i Q.	(3.5)
Направление реакции зависит от концентрации кислорода в газовой
фазе (окислительное и науглероживающее пламя), температуры взаимо-
действия и свойств оксида. При сварке сталей основное взаимодействие
газовой фазы происходит с железом, т.е. образование его оксидов или
восстановление. Элементы, имеющие большее сродство к кислороду, чем
железо (Al, Si, Мп, Сг и т.д.) могут интенсивно окисляться тогда, когда
реакций окисления железа не проходит. Они легко окисляются не только
в чистом виде, но и находясь в виде легирующих добавок, причем чем их
содержание выше, тем окисление интенсивнее. Окисление таких элемен-
тов, как Al, Ti, Mg, Si и некоторых других вообще исключить не удается
и для уменьшения их угара следует помимо регулирования состава газо-
вой смеси использовать флюсы.
Ввиду относительно невысокого защитного и восстановительного
действия пламени раскисление металла в сварочной ванне при сварке
сталей достшястся введением в нес марганца, кремния и других раскис-
ГАЗОПЛАМЕННАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
85
лителей через присадочную проволоку. Их действие основано на образо-
вании жидкотекучих шлаков, способствующих самофлюсованию свароч-
ной ванны. Образующиеся на поверхности сварочной ванны шлаки за-
щищают расплавленный металл от кислорода, водорода и азота, газовой
среды пламени и подсасываемого воздуха.
Содержащийся в пламени водород может растворяться в расплав-
ленном металле сварочной ванны. При кристаллизации металла часть не
успевшего выделиться водорода может образовать поры. Азот, попа-
дающий в расплавленный металл из воздуха образует в нем нитриды.
Структурные превращения в металле шва и околошовной зоне при газо-
вой сварке имеют такой же характер, как и при других способах сварки
плавлением (см. п. 6.2). Однако вследствие медленного нагрева и охлаж-
дения металл шва имеет более крупнокристаллическую структуру с рав-
новесными неправильной формы зернами. В нем при сварке сталей с со-
держанием 0,15 ... 0,3 углерода при быстром охлаждении может образо-
вываться видманштеттовая структура. Чем выше скорость охлаждения
металла, тем мельче в нем зерно и тем выше механические свойства ме-
талла шва. Поэтому сварку следует производить с максимально возмож-
ной скоростью.
Зона термического влияния состоит из тех же характерных участков,
как и при дуговой сварке (см. п. 6.2). Однако ее ширина значительно
больше (до 30 мм при сварке стали больших толщин) и зависит от режи-
ма газовой сварки.
В процессе сварки происходит расплавление основного и присадоч-
ного металлов. Регулирование степени их расплавления определяется
мощностью горелки (см. гл. 4), толщиной металла и его теплофизиче-
скими свойствами.
Газовой сваркой выполняют сварные соединения различного типа.
Металл толщиной до 2 мм соединяют встык без разделки кромок и без
зазора или, что лучше, с отбортовкой кромок без присадочного металла.
Металл толщиной 2 ... 5 мм с присадочным металлом сваривают
встык без разделки кромок с зазором между кромками. При сварке ме-
тазла свыше 5 мм используется V- или Х-образная разделка кромок.
Тавровые и нахлесточные соединения допустимы только для метал-
ла толщиной до 3 мм. При большой толщине неравномерный разопрев
приводит к существенным деформациям, остаточным напряжениям и
возможности образования трещин. Свариваемые кромки зачищают от
загрязнений на 30 ... 50 мм механическими способами или газовым пла-
менем. Перед сваркой детали сварного соединения закрепляются в сбо-
рочно-сварочном приспособлении или собираются с помощью коротких
швов - прихваток (рис. 3.3).
86
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
	Направление сварки
4 2	13	5	20-120 300-500	*	1 чи п п	I
<0	4	2	/	3	5 । 30-50 \ б)	!
Рис. 3.3. Последовательность прихватки коротких швов
при малой (а) и большой (6) толщине металла
Направление движения горелки и наклон се к поверхности металла
оказывает большое влияние на эффективность нагрева металла, произво-
дительность сварки и качество шва.
Различают два способа сварки: правый и левый (рис. 3.4). Внешний
вид шва лучше при левом способе сварки, так как сварщик видит процесс
образования шва. При толщине металла до 3 мм более производительным
является левый способ сварки ввиду предварительного подогрева кро-
мок. Однако при большой толщине металла при сварке с разделкой кро-
мок угол скоса кромок при правом способе сварки на 10 ... 15° меньше,
чем при левом. Угол наклона мундштука также может быть на 10 ... 15л
меньше. В результате повышается производительность сварки. Тепловое
воздействие пламени на металл зависит от угла наклона оси пламени к
поверхности металла (рис. 3.5).
Направление
сварки
Чч Предварительного
подогрева нет
Дополнительный
нагрев шва
Защита от окис-
ляющего действия
воздуха
Предварительный
подогрев
Дополнительного
нагревания шва не
получается
Направление
сварки
Защиты от окисляющего
действия воздуха нет
Рис. 3.4. Правый (а) и левый (£) способы газовой сварки
ГАЗОПЛАМЕННАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
87
Рис. 3.5. Применяемые углы наклона горелки в зависимости
от толщины металла
В процессе сварки горелке сообщаются колебательные движения и
конец мундштука описывает зигзагообразный путь. Горелку сварщик
держит в правой руке. При использовании присадочного металла приса-
дочный пруток держится в левой руке. Присадочный пруток располага-
ется под углом 45° к поверхности металла.
Оплавляемому концу присадочного прутка сообщают зигзагообраз-
ные колебания в направлении, противоположном движению мундштука
(рис. 3.6). Газовая сварка может производиться в нижнем, вертикальном
и потолочном положениях. При сварке вертикальных швов "на подъем”
процесс удобнее вести левым способом, горизонтальных и потолочных
правым способом.
Рис. 3.6. Движения горелки и проволоки:
а - при сварке стали толщиной более 3 мм в нижнем положении;
6 - при сварке угловых валиковых швов; 1 - движение проволоки;
2 - движение горелки; 3 - места задержек движения
88
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Мощность пламени (расход горючего газа) зависит от толщины ме-
талла и его теплофизических свойств. Чем больше толщина металла и
чем выше его температура плавления и теплопроводность, тем большей
должна быть мощность пламени.
Расход ацетилена при сварке углеродистой стали может быть по-
добран по эмпирическим формулам:
при левом способе сварки
=(100 ... 120)5 (л/ч),	(3.6)
при правом способе
И, =(120 ... 150)5 (л/ч),	(3.7)
где 6 - толщина стали, мм.
Для приблизительного подбора диаметра присадочного прутка мож-
но использовать соотношение
5
d = - + \ (мм).	(3.8)
При необходимости использования флюса он наносится на свари-
ваемые кромки или вносится в сварочную ванну оплавляемым концом
присадочного прутка (налипающим на него при погружении во флюс).
Флюсы могут использоваться и в газообразном виде при подаче их в зону
сварки с горючим газом.
Кислородная резка. Процесс кислородной резки металлов основан
на способности железа сгорать в струе кислорода и принудительном уда-
лении этой струей образующихся окислов. Сгорание железа происходит
по реакциям:
Fe -г 0,5О2 = FeO + 268,8 кДж/моль;	(3.9)
2Fe + 1,5О2 = Fe2O3 + 829,7 кДж/моль;	(3.10)
3Fe + 2О2 = Fe3O4 + 1115,6 кДж/моль.	(3.11)
Различают два основных способа резки: разделительная и поверхно-
стная (строжка). При разделительной резке образуется сквозной разрез.
Используется она при раскрое листов профильного металла, вырезки де-
талей и т.д. Поверхностная строжка, с помощью которой на поверхности
металла образуются канавки округлой формы, используется для удаления
раковин и других дефектов в литейных отливах, сварных швах, напри-
мер, непроваров в корне шва (рис. 3.7).
ГАЗОПЛАМЕННАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
89
Рис. 3.7. Удаление поверхностной
строжкой непровара:
а - в корне шва;
6 - |раницы удаляемого металла
Резка может осуществляться
вручную или машинным способом,
выполняемым на полуавтоматах и ав-
томатах. Схема процесса разделитель-
ной газокислородной резки представ-
лена на рис. 3.8. Смесь кислорода с го-
рючим газом выходит из подогрева-
тельного мундштука резака и сгорает,
образуя подогревательное пламя. Этим
пламенем металл нагревается до темпе-
ратуры начала его горения. После этого
по осевому каналу режущего мундшту-
ка подается струя режущего кислорода
(чистота 98,5 ... 99,0 %). Кислород по-
падает на нагретый металл и зажигает
его. При его горении выделяется значи-
тельное количество теплоты, которое
совместно с теплотой, выделяемой по-
догревательным пламенем, передается
нижележащим слоям металла, которые
также сгорают. Образующиеся при этом
СгНг+Ог
Рис. 3.8. Схема процесса
газокислородной резки:
I - режущий мундштук;
2 -- режущий кислород;
3 - разрезаемый металл;
4 - подогревательный мундштук;
5 - подогревательное пламя;
6 - шлаки
шлаки (оксиды железа и т.д.)
выдуваются струей режущего кислорода из зазора между кромками реза.
Для проведения кислородной резки металл должен удовлетворять сле-
дующим требованиям:
1.	Температура горения металла должна быть ниже температуры его
плавления, т.е. металл должен гореть в твердом состоянии. В противном
случае расплавленный металл трудно удалять из полости реза.
2.	Температура плавления образующихся при резке оксидов должна
быть ниже температуры плавления самого металла. В этом случае окси-
ды легко выдуваются из полости реза.
3.	Тепловой эффект образования оксидов должен быть высоким.
90
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
При резке стали основное количество теплоты (70 ... 95 %) образу-
ется при окислении металла. Этим условиям удовлетворяют низкоугле-
родистые и низколегированные стали, титановые сплавы. Чугун не ре-
жется кислородом вследствие низкой температуры плавления и высокой
температуры горения; медь - из-за высокой температуры плавления и
малой теплоты сгорания; алюминий - из-за высокой тугоплавкости обра-
зующихся оксидов. Высоколегированные стали (хромистые, хромонике-
левые и т.д.) не режутся ввиду образования тугоплавких, вязких шлаков.
Поверхность разрезаемого металла должна быть очищена от ржав-
чины и других загрязнений. Металл устанавливается в положение, лучше
всего в нижнее, но так, чтобы был свободный выход режущей струи с
обратной стороны. Операция резки начинается с предварительного по-
догрева в месте реза при температуре горения металла (1200 ... 1350 °C).
Устанавливаемая мощность подогревающего пламени зависит от рода
горючего газа, толщины и состава разрезаемого металла.
Начинают резку обычно с кромки металла. При толщинах до 80 ...
100 мм можно прорезать отверстие в любом месте листа. Ядро подогре-
вающего пламени находится на расстоянии 2 ... 3 мм от поверхности
металла. Когда температура подогреваемого металла достигнет необхо-
димой величины, пускают струю режущего кислорода. Чем выше чистота
режущего кислорода, тем выше качество и производительность резки. По
мере углубления режущей струи в толщу реза уменьшается скорость и
мощность струи режущего кислорода. Поэтому наблюдается ее искрив-
ление (рис. 3.9), для уменьшения которого дается наклон режущей струи.
При резке толстого металла ширина реза увеличивается к нижней кромке
из-за расширения струи режущего кислорода. На кромках с их нижней
стороны остается некоторое количество шлака.
Рис. 3.9. Отставание режущей струи (а);
резак, наклоненный для уменьшения отставания струи (б)
ГАЗОПЛАМЕННАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
91
В металле, на поверхности реза, повышается содержание углерода.
Причина этого в юм, что при горении углерода образуется окись углеро-
да СО, при взаимодействии которой с железом в нем и повышается со-
держание углерода. Возможна и диффузия углерода к кромке реза из
близрасположенных участков металла.
Если производится последующая сварка для предупреждения по-
вышения углерода в металле шва (образование закаленных структур),
следует производить механическую обработку или зачистку поверхности
реза. В процессе реза происходит термообработка металла кромок реза,
соответствующая закалке. Ширина зоны термического влияния (до 6 мм)
зависит от химического состава и возрастает с увеличением толщины
разрезаемого металла.
Низкоуглеродистая сталь закалке практически не поддается. Проис-
ходит только укрупнение зерна и появление в структуре наряду с перли-
том участков сорбита. При резке сталей с повышенным содержанием
углерода или легирующих примесей в структуре металла может появить-
ся троостит и даже мартенсит. Неравномерный нагрев кромок создает
напряжения в металле и деформирует его. Кромки реза несколько укора-
чиваются, а в прилегающем слое возникают растягивающие напряжения,
которые могут привести к образованию трещин.
Высокое качество кромок реза получается при механизированной
резке. Специальные машинные резаки закрепляются в суппорте, переме-
щаемом механическим приводом. Направление перемещения осуществ-
ляется по копирам, фотокопированием, с программным управлением и
|.д. Подготовку кромок под сварку производят одновременно нескольки-
ми последовательно расположенными резаками (рис. 3.10).
Рис. 3.10. Скос кромки под сварку:
а - двумя резаками; б - тремя резаками
92
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Своеобразным способом является резка кислородным копьем (про-
жигание отверстий). Для этого используются длинные толстостенные
трубки диаметром 8 ... 10 мм из низкоуглеродистой стали. До начала
резки рабочий конец трубки нагревают сварочным пламенем или уголь-
ной электрической дугой до температуры воспламенения металла в ки-
слороде. При включении режущего кислорода конец трубки воспламеня-
ется. Затем рабочий конец трубки слегка прижимают к металлу и углуб-
ляют в него, выжигая отверстие. Образующийся шлак выдувается из от-
верстия наружу избыточным кислородом и образующимися газами. При
значительной глубине прожигаемого отверстия изделие нужно ставить в
положение, облетающее вытекание шлаков.
Многие легированные стали плохо поддаются обычной кислородной
резке. Например, все стали со значительным содержанием хрома (при
резке образуется тугоплавкий окисел хрома), чугун, цветные металлы.
Однако они поддаются кислородно-флюсовой резке. При этом способе в
зону резки режущим кислородом вдувается порошкообразный флюс. Он
состоит, главным образом, из порошка металлического железа. Сгорая в
струе кислорода, порошок дает дополнительное количество тепла, а об-
разующиеся оксиды, смешиваясь с оксидами разрезаемого металла, раз-
жижают их. В зависимости от состава разрезаемого металла во флюс мо-
гут добавляться и другие добавки, например, кварцевый песок, порошок
алюминия и др.
Газовая резка с водородно-кислородным или бензинокислородным
подогревающим пламенем применяется при работах под водой. При
электрокислородной резке используются стальные или графитовые труб-
ки, через которые подаегся режущий кислород. Подогрев металла осуще-
ствляется сварочной дугой.
Другими областями применения газового пламени является на>рев
металла .тля правки металла, поверхностной термообработки, пайки, ме-
таллизации и напыления.
Материалами для газовой металлизации являются проволоки,
стержни или порошки из напыляемых металлов, их сплавов, оксидов,
органических соединений, керамических стержней и т.д. Напыляемый
материал полается в распылительную головку (рис. 3.11) и расплавляется
с помощью ацетилено-кислородного или пропан-кислородного пламени.
Расплавленный материал струей продуктов сгорания и воздуха распыля-
ется и в виде мельчайших частиц наносится на поверхность детали. Час-
тицы вдавливаются в поверхность, а в отдельных местах и свариваются с
ней. Перед напылением поверхность следует тщательно зачищать и
обезжиривать. Напыленный слой имеет неоднородную пористую струк-
РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА
93
12	3 4
Рис. 3.11. Схема работы распылительной головки
газометаллизациониого аппарата:
/ - сопло наружное для подачи воздуха: 2 - мундштук для подачи газа:
3 проволока: 4 - сопло для подачи проволоки; 5 - деталь
туру, хрупок ввиду наличия большого количества оксидов и менее пло-
тен, чем основной металл. Прочность сцепления стальных слоев относи-
тельно невелика. Ее можно повысить, нанося промежуточные слои из
молибдена, никеля, композитных материалов. Термической обработкой
можно улучшить свойства напыленного материала. Нагрев нанесенного
слоя до плавления увеличивает его плотность.
3.2.	РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА
МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ЭЛЕКТРОДАМИ С ПОКРЫТИЕМ
Под техникой сварки обычно понимают приемы манипулирования
электродом, выбор режимов сварки, приспособлений и способы их при-
менения для получения качественного шва и т.п. Качество швов зависит
не только от техники сварки, но и от других факторов, таких как состав и
качество применяемых сварочных материалов, состояние свариваемой
поверхности, качество подготовки и сборки кромок под сварку и т.д.
Дуговая сварка металлическими электродами с покрытием в на-
стоящее время остается одним из распространенных методов, используе-
мых при изготовлении сварных консгрукций. Это объясняется простотой
и мобильностью применяемого оборудования, возможностью выполне-
ния сварки в различных пространственных положениях и в местах, труд-
нодоступных для механизированных способов сварки.
Существенный недостаток ручной дуговой сварки металлическим
электродом - малая производительность процесса и зависимость качества
сварного шва от практических навыков сварщика. В первые годы приме-
нения дуговой сварки использовались металлические электроды с тонким
94
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
ионизирующим покрытием, повышающим стабильность дуги. Однако
свойства металла шва при этом были низкими. Поэтому в настоящее
время подобные электроды для сварки не применяют.
Сущность способа. К электроду и свариваемому изделию для обра-
зования и поддержания сварочной дуги от источников сварочного тока
подводится постоянный или переменный сварочный ток (рис. 3.12). Дуга
расплавляет металлический стержень электрода, его покрытие и основ-
ной металл. Расплавляющийся металлический стержень электрода в виде
отдельных капель, покрытых шлаком, переходит в сварочную ванну.
В сварочной ванне электродный металл смешивается с расплавленным
металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплыва-
ет на поверхность.
Глубина, на которую расплавляется основной металл, называется
глубиной проплавления. Она зависит от режима сварки (силы сварочного
тока и диаметра электрода), пространственного положения сварки, скоро-
сти перемещения дуги по поверхности изделия (торцу электрода и дуге
сообщают поступательное движение вдоль направления сварки и попереч-
ные колебания), от конструкции сварного соединения, формы и размеров
разделки свариваемых кромок и т.п. Размеры сварочной ванны зависят от
режима сварки и обычно находятся в пределах: глубина до 7 мм, ширина
8 ... 15 мм, длина 10 ... 30 мм. Доля участия основного металла в форми-
ровании металла шва (см. гл. 2) обычно составляет 15 ... 35 %.
Расстояние от активного пятна на расплавленной поверхности элек-
трода до другого активного пятна дуги на поверхности сварочной ванны
называется длиной дуги. Расплавляющееся покрытие электрода образует
вокруг дуги и над поверхностью сварочной ванны газовую атмосферу,
которая, оттесняя воздух из зоны сварки, препятствует взаимодействиям
его с расплавленным металлом. В газовой атмосфере присутствуют также
пары основного и электродного металлов и легирующих элементов.
Шлак, покрывая капли электродного металла и поверхность расплавлен-
Рис. 3.12. Ручная дуговая сварка
металлическим электродом с покрытием
(стрелкой указано направление сварки):
I - металлический стержень; 2 - покрытие
электрода; 3 - газовая атмосфера дуги;
4 - сварочная ванна: 5 - затвердевший шлак;
6 - закристаллизовавшийся металл шва;
7 - основной металл; 8 - капли расплавленного
электродного металла; 9 - глубина проплавления
РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА
95
кого металла сварочной ванны, способствует предохранению их от кон-
такта с воздухом и участвует в металлургических взаимодействиях с рас-
плавленным металлом.
Кристаллизация металла сварочной ванны по мере удаления дуги
приводит к образованию шва, соединяющего свариваемые детали. При
случайных обрывах дуги или при смене электродов кристаллизация ме-
талла сварочной ванны приводит к образованию сварочного кратера (уг-
лублению в шве, по форме напоминающему наружную поверхность сва-
рочной ванны). Затвердевающий шлак образует на поверхности шва
шлаковую корку.
Ввиду того что от токоподвода в электродо держателе сварочный ток
протекает по металлическому стержню электрода, стержень разогревает-
ся. Этот разогрев тем больше, чем дольше протекание по стержню сва-
рочного тока и чем больше величина последнего. Перед началом сварки
металлический стержень имеет температуру окружающего воздуха, а к
концу расплавления электрода температура повышается до 500 ... 600 °C
(при содержании в покрытии органических веществ - не выше 250 °C).
Это приводит к тому, что скорость расплавления электрода (количество
расплавленного электродного металла) в начале и конце различна. Изме-
няется и глубина проплавления основного металла ввиду изменения ус-
ловий теплопередачи от дуги к основному металлу через прослойку жид-
кого металла в сварочной ванне. В результате изменяется соотношение
долей электродного и основного металлов, участвующих в образовании
металла шва, а значит, и состав и свойства металла шва, выполненного
одним электродом. Это - один из недостатков ручной дуговой сварки
покрытыми электродами.
Зажигание и поддержание дуги. Перед зажиганием (возбуждени-
ем) дуги следует установить необходимую силу сварочною тока, которая
зависит от марки электрода, пространственного положения сварки, типа
сварного соединения и др. (см. гл. 1 и 5). Зажигать дугу можно двумя
способами. При одном способе электрод приближают вертикально к по-
верхности изделия до касания металла и быстро отводят вверх на необ-
ходимую длину дуги. При другом - электродом вскользь "чиркают” по
поверхности металла. Применение того или иного способа зажигания
дуги зависит от условий сварки и от навыка сварщика.
Длина дуги зависит от марки и диаметра электрода, пространствен-
ного положения сварки, разделки свариваемых кромок и т.п. Нормальная
длина дуги считается в пределах 1Л = (0,5 ... 1,1)</эл (<Лл диаметр элек-
трода). Увеличение длины дуги снижает качество наплавленного металла
шва ввиду его интенсивного окисления и азотирования, увеличивает по-
96
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
тери металла на угар и разбрызгивание, уменьшает глубину проплавле-
ния основного металла. Также ухудшается внешний вид шва.
Во время ведения процесса сваршик обычно перемешает электрод
не менее чем в двух направлениях. Во-первых, он подает электрод вдоль
его оси в дугу, поддерживая необходимую в зависимости от скорости
плавления электрода длину дуги. Во-вторых, перемещает элекгрод в на-
правлении наплавки или сварки для образования шва. В этом случае об-
разуется узкий валик, ширина которого при наплавке равна примерно
(0,8 ... 1,5)бДя и зависит от силы сварочного тока и скорости перемеще-
ния дуги по поверхности изделия. Узкие валики обычно накладывают
при проваре корня шва, сварке тонких листов и тому подобных случаях.
При правильно выбранном диаметре электрода и силе сварочного то-
ка скорость перемещения дуги имеет большое значение для качества шва.
При повышенной скорости дуга расплавляет основной металл на малую
глубину и возможно образование непроваров. При малой скорости вслед-
ствие чрезмерно большого ввода теплоты дуги в основной металл часто
образуется прожог, и расплавленный металл вытекает из сварочной ванны.
В некоторых случаях, например при сварке на спуск, образование под ду-
гой жидкой прослойки из расплавленного электродного металла повышен-
ной толщины, наоборот, может привести к образованию непроваров.
Иногда сварщику приходится перемещать электрод поперек шва,
Рис. 3.13. Основные траектории
движения конца электрода
при ручной дуговой сварке
уширенных валиков
регулируя тем самым распределение теплоты дуги поперек шва для по-
лучения требуемых глубины проплавления основного металла и ширины
шва. Глубина проплавления основного металла и формирование шва
главным образом зависят от ви-
да поперечных колебаний элек-
трода, которые обычно совер-
шают с постоянными частотой и
амплитудой относительно оси
шва (рис. 3.13). Траектория
движения конца электрода зави-
сит от пространственного поло-
жения сварки, разделки кромок
и навыков сварщика. При сварке
с поперечными колебаниями получают уширенный валик, ширина кото-
рого обычно составляет (2 ... 4)</,л, а форма проплавления зависит от тра-
ектории поперечных колебаний конца электрода, т.е. от условий ввода
теплоты дуги в основной металл.
По окончании сварки - обрыве дуги следует правильно заварить
кратер. Кратер является зоной с наибольшим количеством вредных при-
РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА
97
месей ввиду повышенной скорости кристаллизации металла, 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 об-
рыва; расплавляющийся при этом электродный металл заполнит кратер.
При сварке низкоуглеродистой стали кратер иногда выводят в сторону от
шва - на основной металл. При случайных обрывах дуги или при смене
электродов дугу возбуждают на еще не расплавленном основном металле
перед кратером и затем проплавляют металл в кратере.
Положение электрода относительно поверхности изделия и про-
странственное положение сварки оказывают большое влияние на форму
шва и проплавление основного металла (рис. 3.14). При сварке углом на-
зад улучшаются условия оттеснения из-под дуги жидкого металла, тол-
щина прослойки которого уменьшается. При этом улучшаются условия
теплопередачи от дуги к основному металлу и растет глубина его про-
плавления. То же наблюдается при сварке шва на подъем на наклонной
или вертикальной плоскости. При сварке углом вперед или на спуск рас-
плавленный металл сварочной ванны, подтекая под дугу, ухудшает теп-
лопередачу от нее к основному металлу - глубина проплавления умень-
шается, а ширина шва возрастает (сечения швов на рис. 3.14).
Рис. 3.14. Способы выполнения свяркн:
а - углом назад; б - углом вперед; в - на подъем; г - на спуск
I - 7162
98
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
При прочих равных условиях количество расплавляемого электродно-
го металла, приходящегося на единицу длины шва, остается постоянным,
но распределяется на большую ширину шва и поэтому высота его выпук-
лости уменьшается. При наплавке или сварке тонколистового металла
(толщина до 3 мм) для уменьшения глубины провара и предупреждения
прожогов рекомендуется сварку выполнять на спуск (наклон до 15°) или
углом вперед без поперечных колебаний электрода.
Для сборки изделия под сварку (обеспечения заданного зазора в сты-
ке, положения изделий и др.) можно применять специальные приспособле-
ния или короткие швы - прихватки. Длина прихваток обычно составляет
20 ... 120 мм (больше при более толстом металле) и расстояние между ни-
ми 200 ... 1200 мм (меньше при большей толщине металла для увеличения
жесткости). Сечение прихваток не должно превышать 1/3 сечения швов.
При сварке прихватки необходимо полностью переплавлять.
Техника сварки в нижнем положении. Это пространственное по-
ложение позволяет получать сварные швы наиболее высокого качества,
так как облегчает условия выделения неметаллических включений, газов
из расплавленного металла сварочной ванны. При этом также наиболее
благоприятны условия формирования металла шва, так как расплавлен-
ный металл сварочной ванны от вытекания удерживается нерасплавив-
шейся частью кромок.
Стыковые швы сваривают без
скоса кромок или с V-, X- и U-об раз-
ным скосом. Положение электрода
относительно поверхности изделия и
готового шва показано на рис. 3.15.
Стыковые швы без скоса кромок в
а)	б)
Рис. 3.15. Положение электрода
при сварке в нижнем положении:
а - поперек оси шва; б - сбоку
зависимости от толщины сваривают
с одной или двух сторон. При этом
концом электрода совершают попе-
речные колебания (см. рис. 3.13) с
амплитудой, определяемой требуе-
мой шириной шва. Следует тщательно следить за равномерным расплав-
лением обеих свариваемых кромок по всей их толщине и особенно стыка
между ними в нижней части (корня шва).
Однопроходную сварку с V-образным скосом кромок обычно вы-
полняют с поперечными колебаниями электрода на всю ширину разделки
для ее заполнения так, чтобы дуга выходила со скоса кромок на необра-
ботанную поверхность металла. Однако в этом случае очень трудно
РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА
99
обеспечить равномерный провар корня шва по всей его длине, особенно
при изменении величины притупления кромок и зазора между ними.
При сварке шва с V-образным скосом кромок за несколько проходов
обеспечить хороший провар первого слоя в корне разделки гораздо легче.
Для этого обычно применяют электроды диаметром 3 ... 4 мм и сварку
ведут без поперечных колебаний. Последующие слои выполняют в зави-
симости от толщины металла электродом большего диаметра с попереч-
ными колебаниями. Для обеспечения хорошего провара между слоями
предыдущие швы и кромки следует тщательно очищать от шлака и брызг
металла.
Заполнять разделку кромок можно швами с шириной на всю раздел-
ку или отдельными валиками (рис. 3.16). В многопроходных швах по-
следний валик (//на рис. 3.16. в) для улучшения внешнего вида иногда
можно выполнять на всю ширину разделки (декоративный слой).
Сварку швов с X- или U-образным скосом кромок выполняют в об-
щем так же, как и с V-образным скосом. Однако для уменьшения оста-
точных деформаций и напряжений, если это возможно, сварку ведут, на-
кладывая каждый валик или слой попеременно с каждой стороны. Швы с
X- или U-образным скосом кромок по сравнению с V-образным имеют
преимущества, так как в первом случае в 1,6 ... 1,7 раза уменьшается
объем наплавленного металла (повышается производительность сварки).
Кроме того, уменьшаются угловые деформации, а возможный непровар
корня шва образуется в нейтральном по отношению к изгибающему мо-
менту сечении. Недостаток U-образного скоса кромок - повышенная тру-
доемкость его получения.
Рис. 3.16. Поперечные
сечения стыковых швов:
а - однопроходных;
б - многослойных;
в - многопроходных;
/-17- слои;
/ 11 проходы
100
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Рис. 3.17. Схемы сварки:
а на весу; б - на остающейся стальной
подкладке; в - с предварительным
подварочным швом; г - удаление непровара
в корне шва для последующей подварки;
О - основной шов; // - подваренный шов
Сварку стыковых швов
можно выполнять различными
способами (рис. 3.17). При
сварке на весу наиболее труд-
но обеспечить провар корня
шва и формирование хорошего
обратного валика по всей дли-
не стыка. Требуется большой
опыт сварщика для обеспече-
ния провара корня шва и пре-
дупреждения прожогов. Для
этого применяют электроды
малого диаметра, что снижает
производительность сварки.
В тех случаях, когда имеется
доступ к стыку с обеих сторон, возможно применение подкладок: ос-
тающейся стальной и съемных медной, керамической, стекловолоконной.
Дзя предупреждения вытекания расплавленного металла из сварочной
ванны необходимо плотное поджатие их к свариваемым кромкам. Креп-
ление съемных подкладок под стыком осуществляется различными спо-
собами: с помощью магнитов, клиньев, самоклеящейся алюминиевой
ленты и др.
Применение подкладок позволяет использовать для сварки корневого
шва электроды повышенного диаметра и, значит, увеличенного сварочного
тока. Однако остающиеся подкладки увеличивают расход металла и не
всегда технологичны. При использовании медных подкладок возникают
трудности точной установки кромок вдоль формирующей канавки.
Если с обратной стороны возможен подход к корню шва и допусти-
ма выпуклость обратной стороны шва, целесообразна подварка корня
швом небольшого сечения с последующей укладкой основного шва (рис.
3.17, в). В некоторых случаях при образовании непроваров в корне шва
после сварки основного шва дефект в корне разделывают газовой, воз-
душно-дуговой строжкой или механическими методами (рис. 3.17, г) с
последующим выполнением подварочного шва.
Сварку угловых швов в нижнем положении можно выполнять двумя
приемами. Сварка вертикальным электродом в лодочку (рис. 3.18, а)
обеспечивает наиболее благоприятные условия для провара корня шва и
формирования его выпуклости. По существу, этот прием напоминает
сварку стыковых швов с V-образным скосом кромок, так как шов форми-
руется между свариваемыми поверхностями. Однако при этом способе
РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА
101
требуется тщательная сбор-
ка соединения под сварку с
минимальным зазором в
стыке для предупреждения
вытекания из него расплав-
ленного металла.
При сварке наклон-
ным электродом (рис.
3.18, б - г) трудно обеспе-
чить провар шва по нижней
плоскости (ввиду натекания
на нее расплавленного ме-
талла) и предупредить под-
рез на вертикальной плос-
кости (ввиду отекания рас-
плавленного металла). По-
этому таким способом
Рис. 3.18. Положение электрода и изделия
при сварке:
а - в лодочку; б - наклонным элект родом;
в - внахлестку; г - углового соединения
поэтому в односторонних или двусторонних
обычно сваривают швы с
катетом 6 ... 8 мм. При
сварке угловых швов на-
клонным электродом труд-
но также обеспечить глу-
бокий провар в корне шва,
швах без скоса кромок может образоваться непровар (рис. 3.19, а), который
при нагружении шва послужит началом развития трещин. Для предупреж-
дения этого в ответственных соединениях при толщине металла 4 мм и
более необходим односторонний скос, а при толщине 12 мм и более -
двусторонний скос кромок.
При сварке наклонным электродом многопроходных швов первым
выполняют шов на горизонтальной плоскости (рис. 3.19, б). Формирова-
ние последующего валика происходит
с частичным удержанием расплав-
ленного металла сварочной ванны
нижележащим валиком. При сварке
угловых швов применяют поперечные
колебания электрода. Особенно важен
правильный выбор их траектории при
сварке наклонным электродом с пе-
чью предупреждения возникновения
\ казанных выше дефектов.
Рис. 3.19. Сварка угловых швов:
1-6 - последовательность
наложения швов
102
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Техника сварки на горизонтальной и потолочной плоскостях.
Сварка швов в положениях, отличающихся от нижнего, требует повы-
шенной квалификации сварщика в связи с возможным под действием сил
тяжести вытеканием расплавленного металла из сварочной ванны или
падением капель электродного металла мимо сварочной ванны. Для пре-
дотвращения этого сварку следует вести по возможности наиболее ко-
роткой дугой, в большинстве случаев с поперечными колебаниями.
Расплавленный металл в сварочной ванне от вытекания удерживает-
ся в основном силой поверхностного натяжения. Поэтому необходимо
уменьшать размер сварочной ванны, для чего конец электрода периоди-
чески отводят в сторону от ванны, давая возможность ей частично закри-
сталлизоваться. Ширину валиков также уменьшают до двух-трех диамет-
ров электродов. Применяют пониженную на 10 ... 20 % силу тока и элек-
троды уменьшенного диаметра (для вертикальных и горизонтальных
швов не более 5 мм, для потолочных не более 4 мм).
Сварку вертикальных швов можно выполнять на подъем (снизу
вверх, рис. 3.20, а) или на спуск. При сварке на подъем нижележащий
закристаллизовавшийся металл шва помогает удержать расплавленный
металл сварочной ванны. При этом способе облегчается возможность
провара корня шва и кромок, так как расплавленный металл стекает с них
в сварочную ванну, улучшая условия теплопередачи от дуги к основному
металлу. Однако внешний вид шва - грубочешуйчатый. При сварке на
спуск получить качественный провар трудно: шлак и расплавленный ме-
талл подтекают под дугу и от дальнейшего стекания удерживаются толь-
ко силами давления дуги и поверхностного натяжения. В некоторых слу-
чаях их оказывается недостаточно, и расплавленный металл вытекает из
сварочной ванны.
Сварка горизонтальных стыковых швов (рис. 3.20, в) более затруд-
нена, чем вертикальных, из-за стекания расплавленного металла из сва-
Рис. 3.20. Положение электрода при сварке швов:
а - вертикальных; б - потолочных; в горизонтальных
РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА
103
рочной ванны на нижнюю кромку. В результате возможно образование
подреза по верхней кромке. При сварке металла повышенной толщины
обычно делают скос только одной верхней кромки, нижняя помогает
удерживать расплавленный металл в сварочной ванне. Сварка горизон-
тальных угловых швов в нахлесточных соединениях не вызывает трудно-
стей и по технике не отличается от сварки в нижнем положении.
Сварка швов в потолочном положении (рис. 3.20, б) наиболее слож-
на и ее по возможности следует избегать. Сварку выполняют периодиче-
скими короткими замыканиями конца электрода на сварочную ванну, во
время которых металл сварочной ванны частично кристаллизуется, что
уменьшает объем сварочной ванны. В то же время расплавленный элек-
тродный металл вносится в сварочную ванну. При удлинении дуги обра-
зуются подрезы. При сварке этих швов ухудшены условия выделения из
расплавленного металла сварочной ванны шлаков и газов. Поэтому
свойств металла шва несколько ниже, чем при сварке в других простран-
ственных положениях.
Техника сварки прорезных соединений практически не отличается
от рассмотренной выше техники сварки стыковых или угловых швов.
В зависимости от протяженности шва, толщины и марки металла,
жесткости конструкции и т.д. применяют различные приемы последова-
тельности сварки швов и заполнения разделки (рис. 3.21). Они позволяют
уменьшить деформации и остаточные сварочные напряжения. Сварку
напроход обычно применяют при сварке коротких швов (до 500 мм).
Швы длиной до 1000 мм лучше сваривать от середины к концам или об-
ратноступенчатым методом. При последнем способе весь шов разбивают
на участки по 150 ... 200 мм. которые должны быть кратны длине участ-
Рис. 3.21. Сварка швов:
а - напроход; б - от середины к концам; в - обратноегупенчаго; .• блоками;
д - каскадом; е - горкой; J - направление заполнения разделки. Стрелками
указаны последовательность и направление сварки в каждом слое (/ 5)
104
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
ка, наплавляемого одним электродом. Сварку швов в ответственных кон-
струкциях большой толщины выполняют блоками, каскадом или горкой,
что позволяет влиять на структуру металла шва и сварного соединения и
его механические свойства.
Способы повышения производительности. Применение электро-
дов диаметром более 8 мм обычно не позволяет повысить производи-
тельность процесса, так как увеличивающаяся при этом масса электрода
и держателя (в связи с повышением силы сварочного тока) приводит к бы-
строму утомлению сварщика. То же наблюдается при ручной дуговой
сварке трехфазной дугой. Эти способы могут находить ограниченное при-
менение при ванной сварке стержней арматуры железобетонных конструк-
ций. Однако и здесь предпочтительнее применение одного электрода.
В зарубежной практике находят широкое применение высокопроиз-
водительные электроды с железным порошком в покрытии. В основном
они применяются для сварки угловых швов в нижнем положении на ме-
талле различной толщины. Сварные швы имеют плавные переходы к ос-
новному металлу, разбрызгивание незначительно. Производительность
при сварке некоторыми марками электродов соизмерима с производи-
тельностью механизированной сварки (до 13 кг/ч).
Рнс. 3.22. Сборка под ванную сварку
горизонтальных стержней
арматуры:
/ - стержни; 2 - форма; 3 - прихватки
При ванной сварке расплавле-
ние основного металла осуществ-
ляется дугой и частично за счет
теплоты, передаваемой изделию
перегретым жидким металлом сва-
рочной ванны (рис. 3.22). Поэтому
сварку проводят при повышенной
силе тока. Стык стержней собира-
ют с зазором в формах: стальной
остающейся (из металлической
полосы) или медной съемной мно-
гократного использования, или графитовой одноразового использования.
Сварку начинают в нижней части формы, расплавляя дугой нижние
кромки стыка. До окончания сварки металл в верхней части сварочной
ванны стараются поддерживать в расплавленном состоянии на возможно
большую глубину и обязательно на всю ширину разделки и формы. Шов
наплавляют несколько выше поверхности стержней. Процесс проводят
вручную, хотя и были попытки создания установок для механизирован-
ной сварки, в которых расплавление электрода происходило автоматиче-
ски, а их смена выполнялась вручную. Однако установки оказались
сложными в эксплуатации и малопроизводительными.
РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА
105
Повышение производительности процесса достигается также примене-
нием электродов, содержащих в покрытии железный порошок (см. гл. 2).
С применением этих электродов сварка возможна только в нижнем по-
ложении, гак как при сварке в других пространственных положениях
увеличенный размер сварочной ванны приводит к вытеканию из нес рас-
плавленного металла. Техника сварки швов в нижнем положении также
усложняется по этой причине, но принципиально не отличается от сварки
обычными электродами.
При сварке с глубоким проваром (см. рис. 2.3) (другие названия:
опиранием электрода, погруженной дугой и т. д.) повышение производи-
тельности сварки достигается за счет более глубокого проплавления ос-
новного металла. Сварку выполняют специальными элекгродами, даю-
щими при их расплавлении козырек повышенных размеров, на который и
опирают электрод. Сварщик, удерживая электрод под углом 70 ... 85° к
поверхности изделия, перемещает его вдоль свариваемых кромок без по-
перечных колебаний. Используется максимально допустимый ток. Выде-
ляющиеся при расплавлении электрода газы, отгесняя расплавленный
металл сварочной ванны из-под дуги, увеличивают глубину проплавле-
ния, которая регулируется изменением угла наклона элекгрода и скоро-
стью его перемещения. Сварку выполняют в нижнем положении стыко-
вых и угловых швов.
При способах сварки лежачим и наклонным электродами также
применяют специальные электроды, расплавление покрытия которых,
образуя козырек определенных размеров, предупреждает короткое замы-
кание дуги. Повышение производительности труда достигается за счет
того, что один сварщик одновре-
менно обслуживает несколько дуг.
Лежачим электродом (рис. 3.23, а)
сваривают стыковые и нахлесточ-
ные соединения и угловые швы на
стали толщиной 0,5 ... 6 мм. Ис-
пользуют электроды диаметром
2.5 ... 8 мм и длиной до 2000 мм.
Электрод укладывают на стык,
подлежащий сварке, и накрывают
сверху массивным медным бру-
ском, изолированным бумагой от
изделия, для предупреждения возможного обрыва дуги из-за деформации
)лектрода при его расплавлении. Дугу зажигают замыканием рабочего
конца электрода угольным стержнем или металлическим электродом.
Рис. 3.23. Сварка лежачим и
наклонным электродами:
/ - электрод; 2 медный брусок;
3 медная съемная подкладка;
4 - обойма; 5 - штатив
106
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Она перемешается по мере расплавления электрода. Для сварки этим
способом удобнее использовать специальные станки.
Способ сварки наклонным электродом (рис. 3.23, б) разработан в
СССР в середине 30-х годов. В настоящее время его применяют за грани-
цей под названием гравитационная сварка. При сварке электрод закреп-
ляют в штативе, устанавливаемом на поверхность изделия, через изоли-
рующую подкладку; по мере его оплавления он опускается с обоймой
под действием веса или пружины. Токоподвод осуществляется непосред-
ственно к электроду или обойме. Глубину проплавления и ширину шва
регулируют изменением угла наклона электрода а.
На практике в небольшом объеме находят применение установки
для механизированной дуговой сварки металлическими электродами с
покрытием (штучными). В них поддержание дуги и ее перемещение
вдоль свариваемых кромок происходит автоматически. Электроды сме-
няют вручную при остановке перемещения автомата или без его останов-
ки. Повышение производительности процесса сварки достигается за счет
обслуживания сварщиком двух установок и более.
Техника сварки кольцевых стыков труб. Сварка кольцевых сты-
ков трубопроводов имеет некоторые специфические особенности. Обыч-
но сваркой выполняют швы на трубах диаметром от десятков миллимет-
ров до 1440 мм при толщине стенки до 16 мм и более. При толщине стен-
ки труб из низкоуглеродистых и низколегированных сталей до 8 ... 12 мм
сварку можно выполнять в один слой. Однако многослойные швы имеют
повышенные механические свойства, определяемые положительным
влиянием термического цикла последующего слоя на металл предыдуще-
го слоя, поэтому сварку труб преимущественно выполняют в два слоя и
более. Рекомендуемое число слоев шва зависит от толщины стенки:
Толщина стенки (мм)............... 4	... 5	6... 9 10 ... 12 13 ... 15
Число слоев (не менее).............. 2	3	4	5
Наиболее распространена сварка труб с V-образной разделкой кро-
мок с суммарным углом скоса кромок 50 ... 60°. Перед сваркой стыки
собирают в специальном приспособлении или на прихватках:
Внутренний диаметр трубы, мм	менее 150	150 ... 200	250 ... 400	500 ... 600		800		1000 и более
Минимальное число прихваток	2	3	3	3 .	. 4	5 ..	. 6	Одна на 450 мм шва
Длина прихваток, мм	30	35	50	60 .	. 70	70.	.. 80	80 ... 100
ДУГОВАЯ СВАРКА УГОЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДОМ
107
Стыки труб можно сваривать в поворотном, когда трубу можно
вращать, или в неповоротном положении. Сварку швов первого типа вы-
полняют обычно в нижнем положении без особых трудностей, хотя
сложно проварить корень шва. так как его формирование ведется чаше
всего на весу. Сварка пеноворотного стыка требует высокой квалифика-
ции сварщика, так как весь шов выполняют в различных пространствен-
ных положениях. Можно сваривать двумя способами: каждое полукольцо
сверху вниз или снизу вверх. Первый способ возможен при использова-
нии электродов диаметром 4 мм, дающих мало шлака (с органическим
покрытием), короткой дугой с опиранием образующегося на конце элек-
трода козырька па кромки без поперечных колебаний электрода или с
небольшими его колебаниями. При сварке снизу вверх процесс ведут со
значительно меньшей скоростью с поперечными колебаниями элеклрода
диаметром 3 ... 5 мм.
3.3.	ДУГОВАЯ СВАРКА УГОЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДОМ
БЕЗ ЗАЩИТЫ
В настоящее время сварку угольным электродом применяют редко
при изготовлении изделий из низкоугпсродистой стали юлшиной до
3 мм. при снарке или ремонте изделий из цветных металлов и сплавов
или чугуна. Для сварки используют графитовые или угольные электроды,
рабочий конец которых в зависи-
мости от диаметра на длине 10 ...
20 мм затачивают на конус с при-
туплением 1,5 ... 2 мм. Дуга горит
(рис. 3.24) между рабочим концом
электрода и изделием - дуга пря-
мою действия, Дуга косвенного
действия горит между двумя элек-
Рис. 3.24. Сварка угольной дугой
прямого (а) н косвенного (б) действия
тродами.
Графитовый или угольный электрод в процессе сварки не расплав-
ляется, его расход незначителен и связан только с испарением. Шов обра-
зуется за счет расплавления кромок основного металла или присадочного
прутка (если он используется). Сварку дугой прямого действия обычно
ведут на постоянном токе прямой полярности, что обеспечивает доста-
точную устойчивость дуги, меньший расход электрода и предохраняет
металл от науглероживания при коротких дугах.
Кромки пол сварку обычно имеют отбортовку (рис. 3.25); собирают
их с помощью точечной сварки, струбцин, зажимов, прихваток и т.д.,
108
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Рис. 3.25. Соединения,
свариваемые угольной дугой:
а - односторонняя отбортовка;
6 двусторонняя отбортовка;
в - угловой шов в
нахлесточном соединении;
Э - электрод; П - подкладка
обеспечивающих плотное прилега-
ние отбортованных участков во
избежание прожогов. При сварке
кромки расплавляют без присадоч-
ного металла. Однако при повы-
шенных зазорах или случайных
прожогах следует использовать
проволоку диаметром 1,5 ... 2 мм,
подавая ее в дугу для подварки.
При необходимости использования
присадочного металла его можно
предварительно укладывать на сва-
риваемые кромки.
Сварку угольным электродом обычно выполняют только в нижнем
положении. При ручной сварке дуга возбуждается касанием электродом
кромок, электрод перемещают с короткими поперечными колебаниями.
При автоматической сварке дугу возбуждают замыканием дугового про-
межутка угольным или графитовым стержнем. Электрод перемещается
без поперечных колебаний. Вылет электрода из держателя обычно не
превышает 75 мм. Для стабилизации дуги применяют пасты или порош-
ки. содержащие легкоионизирующиеся компоненты, наносимые на кром-
ки. В некоторых случаях для улучшения качества швов можно использо-
вать флюсы, по составу такие же, как и при газовой сварке. Величину
сварочного тока для угольных и графитовых электродов выбирают в за-
висимости от диаметра электрода:
Диаметр электрода, мм	 3	5 Сварочный ток, А, для электродов:	6,5	10	16
15... 25... угольных	 эд	50 ... 100 ... 160 ... 85	150	200
д	15... 25... графитовых	 33	ои	50 ... НО ... 170 ... 90	165	250
Сварку угольной дугой обычно выполняют без защиты зоны сварки
от атмосферного воздуха. Однако в некоторых случаях можно применять
углекислый газ или флюс.
Угольной дугой косвенного действия сваривают значительно реже.
Для ее питания используют переменный ток. Проплавление свариваемых
кромок зависит от силы тока дуги, скорости ее перемещения, а также ее
ДУГОВАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ
109
расстояния (положения) от кромок. Зависимость силы тока от диаметра
электрода для угольной дуги косвенного действия следующая:
Диаметр электрода, мм................... 6,5	8	10
Сварочный ток, А................ 20	... 50	30 ... 70	40 ... 90
3.4.	ДУГОВАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ
Широкое применение этою способа в промышленности при произ-
водстве конструкций из сталей, цветных металлов и сплавов объясняется
высокой производительностью процесса и высоким качеством и стабиль-
ностью свойств сварного соединения, улучшенными условиями работы,
более низким, чем при ручной сварке, расходом сварочных материалов и
элекфоэнергии.
К недостаткам способа относится возможность сварки только в ниж-
нем положении ввиду возможного стекания расплавленных флюса и метал-
ла при отклонении плоскости шва от горизонтали более чем на 10 ... 15°.
Сущность способа. Наибо-
лее широко распространен про-
цесс с использованием одного
электрода однодуювая сварка.
Сварочная дуга горит между го-
лой электродной проволокой / и
изделием, находящимся под сло-
ем флюса 3 (рис. 3.26). В рас-
плавленном флюсе 5 газами и
парами флюса и расплавленного
металла образуется полость -
газовый пузырь 4, в котором су-
ществует сварочная дуга. Давле-
ние газов в газовом пузыре в
Рис. 3.26. Сварка под флюсом
сочетании с механическим давлением, создаваемым дугой, оказывается
достаточным для оттеснения жидкого металла из-под дуги, что улучшает
теплопередачу от нее к основному металлу. Повышение силы сварочного
тока увеличивает механическое давление дуги и глубину проплавления
основного металла Лпр.
Кристаллизация расплавленного металла сварочной ванны 7 приво-
дит к образованию сварного шва б. Затвердевший флюс образует шлако-
вую корку 8 на поверхности шва. Расплавленный флюс, образуя пузырь и
110 СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
покрывая поверхность сварочной ванны, эффективно защищает расплав-
ленный металл от взаимодействий с воздухом. Металлургические взаи-
модействия между расплавленным металлом и шлаком способствуют
получению металла шва с требуемым химическим составом.
В отличие от ручной дуговой сварки металлическом электродом при
сварке под флюсом, так же как и при сварке плавящимся электродом в
защитных газах, токоподвод 2 к электродной проволоке осуществляется
на небольшом расстоянии (вылет электрода) от дуги (до 70 мм). Это по-
зволяет без перегрева электрода использовать повышенные сварочные
токи (до 2000 А). Плотность сварочного тока достигает 200 ... 250 А/мм2,
в то время как при ручной дуговой сварке не превышает 15 А/мм". В ре-
зультате повышается глубина проплавления основного металла и ско-
рость расплавления электродной проволоки, т.е. достигается высокая
производительность процесса.
Сварку под флюсом можно осуществлять переменным и постоян-
ным тиком. Подача электродной проволоки в дугу и перемещение ее
осуществляется специальными механизмами (см. гл. 4).
Существуют разновидности сварки под флюсом, когда в некоторых
случаях целесообразно применение двухдуговой или многодуговой свар-
ки. При этом дуги питаются от одного источника или от отдельного ис-
точника для каждой дуги. При сварке сдвоенным (расщепленным) элек-
тродом (рис. 3.27, а) дуги, горящие в общую ванну, питаются от одного
в)
Рис. 3.27. Схемы образования шва при сварке:
а - сдвоенным электродом: 6 - двухдуговой; в - трехфазной дуговой
ДУГОВАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ
111
источника. Это несколько повышает производительность сварки за счет
повышения количества расплавленного электродного металла. Электро-
ды по отношению к направлению сварки могут быть расположены по-
следовательно или перпендикулярно. При последовательном расположе-
нии глубина проплавления шва несколько увеличивается, а при перпен-
дикулярном (см. рис. 3.31, б) уменьшается. Второй вариант расположе-
ния электродов позволяет выполнять сварку при повышенных зазорах
между кромками. Изменяя расстояние между электродами, можно регу-
лировать форму и размеры шва. Удобно применение этого способа при
наплавочных работах. Однако недостатком способа является некоторая
нестабильность горения дуги.
При двухдуговой сварке (рис. 3.27, б) используют два электрода
(при многодуговой несколько). Дуги могут гореть в общую или раздель-
ные сварочные ванны (когда металл шва после первой дуги уже полно-
стью закристаллизовался). При горении дуги в раздельные сварочные
ванны оба электрода обычно перпендикулярны плоскости изделия. Из-
меняя расстояние между дугами, можно регулировать термический цикл
сварки, что важно при сварке закаливающихся сталей.
Эта схема позволяет вести сварку на высоких скоростях, в то время как
применение повышенного тока при однодуговой сварке приводит к не-
сплавлениям - подрезам по кромкам шва. При двухдуговой сварке вторая
дуга, горящая в отдельную ванну электродом, наклоненным углом вперед
(угол а - 45 ... 60°), частично переплавляет шов, образованный первой ду-
гой, и образует уширенный валик без подрезов (см. рис. 3.14, 6). Для пита-
ния дуг с целью уменьшения магнитного дутья лучше использовать разно-
родный ток (для одной дуги - переменный, для другой - постоянный).
При сварке на переменном токе по схеме на рис. 3.27, в возникает
трехфазная дуга: одна дуга горит между электродами (независимая дуга),
а две другие - между каждым электродом и изделием. Все дуги горят в
одном плавильном пространстве. Регулируя ток в каждой дуге, можно
изменять количество расплавляемого электродного металла или проплав-
ление основного металла. В первом случае способ удобен при наплавоч-
ных работах и для сварки швов, требующих большого количества на-
плавленного металла. Недостаток способа - необходимость точного со-
гласования скоростей подачи электродов. Сварку сдвоенным электродом,
двумя и большим числом электродов выполняют на автоматах.
Влияние параметров режима сварки на форму и размеры шва.
Форма и размеры шва зависят от многих параметров режима сварки: ве-
личины сварочного тока, напряжения дуги, диаметра электродной прово-
локи, скорости сварки и др. Такие параметры, как наклон электрода или
112
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
изделия, вылет электрода, грануляция флюса, род тока и полярность и
т.п. оказывают меньшее влияние на форму и размеры шва.
Рис. 3.28. Зависимость скорости
подачи электродной проволоки от
величины сварочного тока при
различных диаметрах электродной
проволоки и напряжениях дуги:
/-30... 32 В;2-50... 52 В
Необходимое условие сварки -
поддержание дуги. Для этого ско-
рость подачи электрода должна со-
ответствовать скорости его плавле-
ния теплотой дуги. С увеличением
силы сварочного тока скорость по-
дачи электрода должна увеличи-
ваться (рис. 3.28). Электродные
проволоки меньшего диаметра при
равной силе сварочного тока следу-
ет подавать с большей скоростью.
Условно это можно представить как
расплавление одинакового количе-
ства электродного металла при рав-
ном количестве теплоты, выделяе-
мой в дуге (в действительности ко-
личество расплавляемого электрод-
ного металла несколько увеличива-
ется с ростОхМ плотности сварочного тока). При некотором уменьшении
скорости подачи длина дуги и ее напряжение увеличиваются. В результа-
те уменьшаются доля теплоты, идущая на расплавление электрода, и ко-
личество расплавляемого электродного металла.
Влияние параметров режима на форму и размеры шва обычно рас-
сматривают при изменении одного из них и сохранении остальных по-
стоянными. Приводимые ниже закономерности относятся к случаю на-
плавки на пластину, когда глубина проплавления не превышает 0,7 ее
толщины (при большей глубине проплавления ухудшение теплоотвода от
нижней части сварочной ванны резко увеличивает глубину проплавления
и изменяет форму и размеры шва).
С увеличением сварочного тока (рис. 3.29, а) глубина проплавления
возрастает почти линейно до некоторого значения. Это объясняется рос-
том давления дуги на поверхность сварочной ванны, которым оттесняет-
ся расплавленный металл из-под дуги (улучшаются условия теплопере-
дачи от дуги к основному металлу), и увеличением погонной энергии.
Ввиду того что повышается количество расплавляемого электродного
металла, увеличивается и высота усиления шва. Ширина шва возрастает
незначительно, так как дуга заглубляется в основной металл (находится
ниже плоскости основного металла).
ДУГОВАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ
113
а)	б)
в)	г)
Рис. 3.29. Влияние на размеры поперечного сечения шва:
a - величины сварочного тока; б - напряжения дуги;
в - скорости сварки; г - вылета электрода;
Лпр - глубина проплавления; е - ширина шва; # - высота выпуклости шва
Увеличение плотности сварочного тока (уменьшение диаметра
электрода при постоянном токе) позволяет резко увеличить глубину про-
плавления (табл. 3.1, рис. 3.30, а). Это объясняется уменьшением под-
вижности дуги. Ширина шва при этом уменьшается. Уменьшением диа-
метра электродной проволоки можно получить шов с требуемой глуби-
ной проплавления в случае, если максимальное значение сварочного то-
ка. обеспечиваемое источником питания дуги, ограничено. Однако при
этом уменьшается коэффициент формы провара шва (\р = е/Л„р) и интен-
сифицируется зональная ликвация в металле шва (рис. 3.30), распола-
гающаяся в его рабочем сечении. Род и полярность тока оказывают зна-
114
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
3.1. Значения сварочного тока,
при которых достигается одинаковая глубина проплавления
электродной проволокой различного диаметра
Глубина про- плавле- ния. мм	Диаметр элек- тродной прово- локи. мм	Сила свароч- ного тока, А	Плот- ность тока, А/мм2	Глубина про- плавле- ния, мм	Диаметр элек- тродной проволо- ки. мм	Сила свароч- ного тока, А	Плот- ность тока, А/мм2
	2	200	64		2	525	167
3	5	450	23	8	5	725	37
	2	400	127		2	700	224
5	5	550	28	12	5	925	47
Рис. 3.30. Схема влияния диаметра электрода (а) и
напряжения дуги (б) на форму шва
чительное влияние на форму и размеры шва, что объясняется различным
количеством теплоты, выделяющимся на катоде и аноде дуги.
При сварке на постоянном токе прямой полярности глубина про-
плавления на 40 ... 50 %, а на переменном - на 15 ... 20 % меньше, чем
при сварке на постоянном токе обратной полярности.
Поэтому швы, в которых требуется небольшое количество элек-
тродного металла и большая глубина проплавления (стыковые и угловые
ДУГОВАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ
115
без разделки кромок), целесообразно выполнять на постоянном токе об-
ратной полярности. При увеличении напряжения дуги (длины дуги) уве-
личивается ее подвижность и возрастает доля теплоты дуги, расходуемая
на расплавление флюса (количество расплавленного флюса). При этом
растет ширина шва (см. рис. 3.29, б), а глубина его проплавления изменя-
ется незначительно. Этот параметр режима широко используют в прак-
тике для регулирования ширины шва.
Увеличение скорости сварки уменьшает погонную энергию и изме-
няет толщину прослойки расплавленного металла под дугой. В результа-
те этого основные размеры шва уменьшаются (см. рис. 3.29, в) Однако в
некоторых случаях (сварка тонкими проволоками на повышенной плот-
ности сварочного тока) увеличение скорости сварки до некоторого зна-
чения, уменьшая прослойку расплавленного металла под дугой и тепло-
передачу от нее к основному металлу, может привести к росту глубины
проплавления. При дальнейшем увеличении скорости сварки закономер-
ности изменения размеров шва такие же, как на рис. 3.29, в. При чрез-
мерно больших скоростях сварки и силе сварочного тока в швах могут
образовываться подрезы.
С увеличением вылета электрода (см. рис. 3.29, г) возрастает интен-
сивность его подогрева, а значит, и скорость его плавления. В результате
толщина прослойки расплавленного металла под дугой увеличивается и,
как следствие этого, уменьшается глубина проплавления. Этот эффект
иногда используют при сварке электродными проволоками диаметром
I ... 3 мм для увеличения количества расплавляемого электродного ме-
талла при сварке швов, образуемых в основном за счет добавочного ме-
талла (способ сварки с увеличенным вылетом электрода).
В некоторых случаях, особенно при автоматической наплавке, элек-
троду сообщают колебания поперек направления шва (рис. 3.31, а) с раз-
личной амплитудой и частотой, что
позволяет в широких пределах изме-
нять форму и размеры шва. При свар-
ке с поперечными колебаниями элек-
трода глубина проплавления и вы-
пуклость шва уменьшаются, а ширина
увеличивается и обычно несколько
больше амплитуды колебаний. Этот
способ удобен для предупреждения
прожогов при сварке стыковых со-
единений с повышенным зазором в
стыке или уменьшенным притуплени-
Рис. 3.31. Схемы варки:
а - электродом
с поперечными колебаниями:
б - сдвоенным электродом
116
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
ем кромок. Подобный же эффект наблюдается при сварке сдвоенным
электродом (рис. 3.31,6 и 3.27, а). когда электроды расположены поперек
направления сварки. При их последовательном расположении глубина
проплавления, наоборот, возрастает.
Состав и строение частиц флюса оказывают заметное влияние на
форму и размеры шва. При уменьшении насыпной массы флюса (пемзо-
видные флюсы) повышается газопроницаемость слоя флюса над свароч-
ной ванной и, как результат этого, уменьшается давление в газовом пу-
зыре дуги. Это приводит к увеличению толщины прослойки расплавлен-
ного металла под дугой, а значит, и к уменьшению глубины проплавле-
ния. Флюсы с низкими стабилизирующими свойствами, как правило,
способствуют более глубокому проплавлению.
Пространственное положение электрода и изделия (см. рис. 3.14)
при сварке под флюсом оказывает такое же влияние на форму и размеры
шва, как и при ручной сварке. Для предупреждения стекания расплав-
ленного флюса ввиду его высокой жидкотекучести сварка этим способом
возможна только в нижнем положении при наклоне изделия на угол не
более 10 ... 15°. Изменение формы и размеров шва наклоном изделия
находит практическое применение только при сварке кольцевых стыков
труб ввиду сложности установки листовых конструкций в наклонное по-
ложение. Сварка с наклоном электрода находит применение для повы-
шения скорости многодуговой сварки. Подогрев основного металла до
температуры 100 °C и выше приводит к увеличению глубины провара и
ширины шва.
Техника автоматической сварки. Перед началом автоматической
сварки следует проверить чистоту кромок, правильность их сборки и на-
правления электрода по оси шва. Металл повышенной толщины свари-
вают многослойными швами с необходимым смешением электрода с оси
шва. Перед наложением последующего шва поверхность предыдущего
тщательно зачищают от шлака и осматривают с целью выявления нали-
чия в нем наружных дефектов.
В начале сварки, когда основной металл еще не прогрелся, глубина
его проплавления уменьшена, в связи с чем эту часть шва обычно выво-
дят на входную планку. По окончании сварки в месте кратера образуется
ослабленный шов, поэтому процесс сварки заканчивают на выводной
планке. Входную и выводную планки шириной до 150 мм и длиной
(в зависимости от режима и толщины металла) до 250 мм закрепляют на
прихватках до начала сварки. После сварки планки удаляют.
При автоматической сварке стыковых соединений на весу (см. рис.
3.17, а) сложно получить шов с проваром по всей длине стыка из-за вы-
ДУГОВАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ
117
текания в зазор между кромками расплавленного металла и флюса и, как
результат, - образование прожогов. Для предупреждения этого применя-
ют различные приемы, способствующие формированию корня шва.
Сварку односторонних швов можно выполнять по предварительной руч-
ной или механизированной подварке (см. рис. 3.17, в), если невозможна
автоматическая. При возможности доступа к стыку с обеих сторон сварку
можно выполнять на остающихся стальных подкладках, съемных мед-
ных, керамических или стекловолоконных (см. п. 3.2). Установка под-
кладок достаточно трудоемка. Односторонняя сварка на остающейся
стальной подкладке (см. рис. 3.17, б) возможна в тех случаях, когда до-
пустимо ее применение с эксплуатационной точки зрения.
Толщина подкладки при однослойных швах составляет 30 ... 40 %
толщины основного металла или равна толщине первого слоя в много-
слойных швах. При использовании для сварки односторонних швов
съемных медных подкладок качество шва зависит от надежности поджа-
тия к ним кромок. При зазорах свыше 0,5 мм расплавленный металл мо-
жет вытекать в него, что приводит к образованию дефектов в шве. Недос-
таток этого способа - трудность точной укладки кромок длинного стыка
вдоль формирующей канавки неподвижной медной подкладки.
Для улучшения формирования корня шва в увеличенную по глубине
формирующую канавку в медной подкладке можно засыпать флюс - так
выполняют сварку на флюсомедной подкладке. Односторонняя сварка на
флюсовой подушке (рис. 3.32) при плотном поджатии флюса обеспечива-
ет полный провар кромок, хорошее формирование корня шва при мень-
шей точности сборки кромок толщиной 2 мм и выше. Флюс под стыком
поджимается воздухом, подаваемым в шланг 3, а при сварке кольцевых
швов - специальной гибкой лентой. Свариваемые листы от перекоса при
поджатии флюса должны удерживаться специальными грузами или маг-
нитным полем на специальных магнитных стендах.
Рис. 3.32. Сварка
на флюсовой подушке:
а - плоских конструкций:
6 - внутренних кольцевых
швов (стрелками указаны
направления перемещений):
/ - изделие; 2 - флюс;
3 воздушный шланг: 4
лоток; 5 - профилированная
гибкая лента. 6 - электрод
118
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Формирование корня шва на флюсовой подушке позволяет выпол-
нять автоматическую сварку однопроходных швов без разделки или с
V-образной разделкой кромок на металле толщиной до 15 мм, корневого
шва в многопроходных швах с V- или Х-образной разделкой кромок, а
также сварку по заданному повышенному зазору без разделки кромок
металла толщиной до 50 мм. Применение этого способа в последние го-
ды сокращается из-за трудности плотного поджатия флюса под стык по
всей его длине. В местах его неплотного поджатия образуются прожоги.
В односторонних швах не всегда обеспечивается хорошее формиро-
вание корня шва. Поэтому в ответственных консгрукциях применяют
сварку с двух сторон. При этом первые валики в корне швов должны пе-
рекрывать друг друга на толщину 2 ... 5 мм При повышенных зазорах
для предупреждения протекания расплавленного металла в зазор между
кромками также используются флюсовые подушки и съемные подкладки.
Однако лучшие результаты достигаются при предварительной ручной
или механизированной подварке корня шва и последующей сварке с об-
ратной стороны швов. После кантовки изделия при первом основном
проходе подварочный шов следует полностью переваривать. Подвароч-
ный шов часто служит сборочным вместо прихваток.
В зависимости от площади поперечного сечения шва и положения
сварки угловые соединения можно выполнять без скоса или со скосом
одной из кромок одно- и многослойными швами. Полный провар стыка
без скоса кромок можно получить при гол тине стенки в тавровом соеди-
нении не более 14 мм. Сварку угловых швов выполняют в положении
"в лодочку” или наклонным электродом (рис. 3.33).
Рис. 3.33. Автоматическая сварка под флюсом угловых швов
ДУГОВАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ
119
При положении "в лодочку" (рис. 3.33, а) в один проход можно сва-
ривать швы с катетом до 14 мм, наклонным электродом - до 6 мм. Со-
единение под сварку следует собирать с минимальным зазором для пре-
дупреждения вытекания в пего расплавленного металла. При зазоре свы-
ше 1,5 мм с обратной стороны первого шва необходима ручная или меха-
низированная подварка. Подварочный шов должен быть полностью пере-
варен при наложении основных швов. В практике применяют также за-
делку зазора с обратной стороны асбестовым шнуром, который впослед-
ствии удаляют. В некоторых типах сварных соединений возможно при-
менение медных подкладок (рис. 3.33, е).
Подобные же приемы применяют и при сварке наклонным электро-
дом при зазоре в стыке свыше 2,5 мм. Для обеспечения полного провара
стыка кромок сварку можно выполнять в несимметричную "лодочку"
(рис. 3.33, а), когда угол между электродом и полкой тавра уменьшается
до 30°. Этот же прием используют при различной толщине свариваемых
элементов, когда уменьшается угол между электродом и более тонким
элементом. При сварке тавровых соединений наклонным электродом
трудно избежать подреза на вертикальной стенке соединения. Для преду-
преждения этого электрод смещают на полку (рис. 3.33, б, в). Последова-
тельность сварки многопроходных швов указана на рис. 3.33, г. Нахле-
сточные соединения при толщине верхнего листа до 8 мм сваривают вер-
тикальным электродом с оплавлением верхней кромки (рис. 3.32, д).
Техника сварки электрозаклепок, стыков труб и приварки
шпилек. Сварка электрозаклепок производится с помощью специальных
аппаратов - электрозаклепочников. Электрозаклепками обычно выпол-
няют сварку нахлесточных соединений. При толщине верхнего листа 3 ...
4 мм сварку ведут с его проплавлением (рис. 3.34, б). При большой тол-
щине верхнего листа (до 10 мм) в нем предварительно пробивают отвер-
стие (рис. 3.34, а), диаметр которого на 4 ... 5 мм больше диаметра элек-
тродной проволоки. Диаметр электрозаклепки равен двум - четырем
толщинам верхнего листа. Зазор между деталями не должен превышать
1 мм. При небольшой толщине нижнего листа сварку для предупрежде-
ния прожога выполняют на медной подкладке (рис. 3.34, б).
Рис. 3.34. Электрозаклепки, выполненные через отверстие в верхнем листе (а)
и с проплавлением верхнего листа (б).
Сварка с проплавлением (в) и оплавлением (г) кромок верхнего листа
120
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
При использовании электрозаклепочников в процессе горения элек-
трод диаметром 4 ... 6 мм обычно не подается в дугу. Перед началом
сварки электрод рабочим концом (иногда через стальную стружку для
облегчения возбуждения дуги) закорачивается на изделие и засыпается
флюсом. Вместо флюса можно использовать специальные флюсовые
шайбы (смесь из 90 % мелкомолотого флюса и 10 % жидкого стекла).
После включения сварочного тока и возбуждения дуги она горит до есте-
ственного обрыва. После зачистки конца электрода от колпачка застыв-
шего шлака можно сваривать следующую электрозаклепку.
Рис. 3.35. Приварка шпилек:
/ - шпилька;
2 флюсовая шайба
Для приварки шпилек используют
специальные установки и флюсовые
шайбы (рис. 3.35) высотой 6 ... 10 мм и
наружным диаметром 15 ... 20 мм. При
диаметре шпильки более 8 мм для об-
легчения возбуждения дуги приваривае-
мый конец затачивают на конус с углом
90°. При приварке шпилек в вертикаль-
ном и потолочном положениях силу сва-
рочного тока выбирают на 25 ... 30 %
меньше, чем при сварке в нижнем поло-
жении. Процесс несколько напоминает сварку электрозаклепок. После
обрыва дуги и образования достаточной сварочной ванны шпильку быст-
ро до упора подают оплавленным концом.
3.2. Типовые режимы сварки под флюсом поворотных стыков труб
Диаметр труб, мм	Толщина стенки, мм	Диаметр электрод- ной прово- локи, мм	Слой	Сила тока. А	Скорое! ь сварки, м/ч	Смещение элекгродас зенита, мм
529	7... 8	2	1 2	400 ...480 440..480	30 ...35 30 ...35	40 .45 30 ...40
720	8.9	э	1 2	400 .450 460 ...480	38 .40 38 .40	60... 80 40 50
820	9	3	1 2	550 .. 650 680... 750	60..65 55 ...65	40 . 60 30 .40
1020	12 . 14	3	1 2	580 .650 680 ...720	60... 65 65... 70	60... 100 50 .60
ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
121
Сварку стыков труб под флюсом выполняют только автоматически
при нижнем положении шва. Из-за сложности удержания от вытекания
из сварочной ванны расплавленных шлака и металла трубы диаметром
менее 150 мм этим способом обычно не сваривают. С этой же целью
электрод смещают с зенита стыка в зависимости от диаметра труб на-
встречу их вращению (табл. 3.2). Для удержания флюса от ссыпания
применяют специальные флюсоудерживающие приспособления. Так как
на весу под флюсом проварить корень шва практически невозможно,
первый слой обычно сваривают вручную покрытыми электродами или
механизировано в углекислом газе.
3.5.	ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
Сварка в защитных газах нашла широкое применение в промышлен-
ности. Этим способом можно соединять вручную, полуавтоматически или
автоматически в различных пространственных положениях разнообразные
металлы и сплавы толщиной от десятых долей до десятков миллиметров.
Сущность способа. При сварке в зону
дуги / через сопло 2 непрерывно подается
защитный газ 3 (рис. 3.36). Теплотой дуги
расплавляется основной металл 4 и, если
сварку выполняют плавящимся электродом,
расплавляется и электродная проволока. Рас-
плавленный металл сварочной ванны, кри-
сталлизуясь, образует шов. При сварке непла-
вящимся электродом электрод не расплавля-
ется, а его расход вызван испарением металла л „
Рис. 3.36. Дуговая сварка
или частичным оплавлением при повышенном	г
г	в защитных газах
сварочном токе.
Образование шва происходит за счет расплавления кромок основно-
го металла или дополнительно вводимого присадочного металла. В каче-
стве защитных газов применяют инертные (аргон и гелий) и активные (уг-
лекислый газ, водород, кислород и азот) газы, а также их смеси (Аг + Не;
Аг * СО2; Аг I- О2; СО2 1 О2 и др.). По отношению к электроду защитный
газ можно подавать центрально или сбоку (рис. 3.37). Сбоку газ подают
при больших скоростях сварки плавящимся электродом, когда при цен-
тральной защите надежность защиты нарушается из-за обдувания газа
неподвижным воздухом. Сквозняки или ветер при сварке, сдувая струю
защитного газа, могут резко ухудшить качество сварного шва. В некото-
рых случаях, особенно при сварке вольфрамовым электродом, для полу-
122
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Рис. 3.37. Подача защитных газов в зону сварки:
а - центральная одним концентрическим потоком; б - центральная двумя
концентрическими потоками; в - боковая; г - в подвижную камеру (насадку):
/ - электрод; 2 - защитный газ: 3,4 ~ наружный и внутренний потоки защитных
газов; 5 - насадка; б - распределительная сетка
чсния необходимых технологических свойств дуги, а также с целью эко-
номии дефицитных и дорогих инертных газов используют защиту двумя
концентрическими потоками газа.
Для сварки тугоплавких и активных металлов, часто выполняемой
вольфрамовым электродом, для улучшения защиты нагретого и расплав-
ленного металлов от возможного подсоса в зону сварки воздуха исполь-
зуют специальные камеры (сварка в контролируемой атмосфере). Детали
помещают в специальные камеры, откачивают воздух до создания вакуу-
ма (до 10"4 мм рт. ст.) и заполняют инертным газом высокой чистоты.
Сварку выполняют вручную (рис. 3.38) или автоматически с дистанцион-
ным управлением.
Рис. 3.38. Камера с контролируемой атмосферой
для ручной дуговой сварки вольфрамовым электродом:
/ - корпус камеры; 2 - смотровое окно; 3 - рабочие рукава-перчатки сварщика,
соединенные с корпусом камеры: 4 - горелка
ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
123
Для сварки в контролируемой атмосфере крупногабаритных изде-
лий находят применение обитаемые камеры объемом до 450 м3. Сварщик
находится внутри камеры в специальном скафандре с индивидуальной
системой дыхания. Инертный газ, заполняющий камеру, регулярно очи-
щается и частично заменяется. Для доступа сварщика в камеру и подачи
необходимых материалов имеется система шлюзов. При крупногабарит-
ных изделиях используют переносные мягкие камеры, устанавливаемые
на поверхности изделия. После их продувки и заполнения защитным га-
зом сварку выполняют вручную или механизировано. Для этих же целей
используют подвижные камеры (рис. 3.37, г), представляющие собой до-
полнительную насадку на уширенное газовое сопло горелки. Сварка в
этом случае обычно выполняется автоматически.
Теплофизические свойства защитных газов оказывают большое
влияние на технологические свойсгва дуги и форму швов. Например, по
сравнению с аргоном гелий имеет более высокий потенциал ионизации и
большую теплопроводность при температурах плазмы. Поэтому дуга в
гелии более "мягкая". При равных условиях дуга в гелии имеет более
высокое напряжение, а образующийся шов имеет меньшую глубину про-
плавления и большую ширину. Поэтому гелий целесообразно использо-
вать при сварке тонколистового металла. Кроме того, он легче воздуха и
аргона, что требует для хорошей защиты зоны сварки повышенного его
расхода (1,5 ... 3 раза). Углекислый газ по влиянию на форму шва зани-
мает промежуточное положение.
Широкий диапазон используемых защитных газов, обладающих зна-
чительно различающимися теплофизическими свойствами, обусловливает
большие технологические возможности этого способа как в отношении
свариваемых металлов (практически всех), так и их толщин (от 0,1 мм до
десятков миллиметров). Сварку можно выполнять, используя неплавя-
щийся (угольный, вольфрамовый) или плавящийся электрод.
По сравнению с другими способами сварка в защитных газах облада-
ег рядом преимуществ: высокое качество сварных соединений на разнооб-
разных металлах и сплавах различной толщины; возможность сварки в
различных пространственных положениях; возможность визуального на-
блюдения за образованием шва, что особенно важно при полуавтоматиче-
ской сварке; отсутствие операций по засыпке и уборке флюса и удалению
шлака; высокая производительность и легкость механизации и автоматиза-
ции; низкая стоимость при использовании активных защитных газов.
К недостаткам способа по сравнению со сваркой под флюсом отно-
сится необходимость применения защитных мер против световой и теп-
ловой радиации дуги.
124
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Техника сварки неплавяшимся электродом. В настоящее время
сварка угольным электродом находит ограниченное применение. В каче-
стве защитного газа в этом случае используют углекислый газ. Хорошие
результаты достигаются при автоматической сварке оплавлением отбор-
тованных кромок при изготовлении канистр на специальных установках.
Это объясняется образованием окиси углерода (СО) при взаимодействии
углекислого газа с твердым углеродом. Окись углерода - эффективный
защитный газ, так как он не растворяется в металле и, восстанавливая
окислы, улучшает качество металла шва. Следует помнить, что окись
углерода очень токсична.
При применении вольфрамового электрода в качестве защитных ис-
пользуют инертные газы или их смеси и постоянный или переменный ток.
Лучшие результаты при сварке большинства металлов дает применение
электродов не из чистого вольфрама, а иттрированных или лантаниро-
ванных. Добавка в вольфрам при изготовлении электродов 1,5 ... 2 %
оксидов иттрия и лантана повышает их стойкость и допускает примене-
ние повышенных на 15 % сварочных токов. Перед сваркой рабочий конец
электрода обычно затачивают на конус с углом 60° на длине двух-трех
диаметров. Форма заточки электрода влияет на форму и размеры шва.
С уменьшением угла заточки и диаметра притупления в некоторых пре-
делах глубина проплавления возрастает.
Технологические свойства дуги в значительной мере определяются
родом и полярностью сварочного тока. При прямой полярности на изделии
выделяется до 70 % теплоты дуги, что обеспечивает глубокое проплавление
основного металла. При обратной полярности напряжение дуги выше, чем
при прямой полярности. На аноде электроде выделяется большое количе-
ство энергии, что приводит к значительному его разогреву и возможному
оплавлению рабочего конца. Ввиду этого допустимые значения сварочного
тока понижены (табл. 3.3). Дугу постоянного тока обратной полярности с
вольфрамовым электродом в практике используют ограниченно.
При использовании переменного тока полярность электрода и изде-
лия меняется с частотой тока. Поэтому количество теплоты, выделяющей-
ся на электроде и изделии, примерно одинаково. Электропроводность дуги
различна в различные полупериоды полярности переменного тока. Она
выше в те полу периоды, когда катод на электроде (прямая полярность) и
дуговой разряд происходит в основном за счет термоионной эмиссии вви-
ду высокой температуры плавления и относительно низкой теплопровод-
ности вольфрама. В полупериоды, когда катод на изделии, электропровод-
ность дуги ниже, напряжение, требуемое для возбуждения дуги, выше,
поэтому ее возбуждение происходите некоторым опозданием (рис. 3.39).
ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
125
3.3. Допустимая сила сварочного тока для вольфрамовых электродов
Род тока	Защитный газ	Сила сварочного тока (А) при диаметре электрода (мм)				
		1 ... 2	3	4	5	6
Пере-	Аргон	20... 100	100... 160	140 ...220	220... 280	250... 300
менный	Гелий	10 60	60... 100	100. 160	160 .200	200 .. 250
’S s						
U)	f- X Ж Q	Аргон	65 ... 150	140 .180	250 ...340	300 ...400	350 ...450
х О О К S = О К О- н о. к О Е ч о о С Е	Гелий	50 ...110	100... 200	200 ...300	250 .. 350	300 . 400
«	S л ж н	Аргон	10 30	20 40	30 50	40.80	60... 100
Постоянн обратно полярное	Гелий	10... 20	15.. 30	20... 40	30 ...70	40 ...80
Примечание. При применении итерированных и лантанированных
электродов силу сварочного тока допустимо увеличивать на 15 %.
Рис. 3.39. Асимметрия дуги
переменного тока при сварке
вольфрамовым электродом
в среде аргона:
(7НСТ - напряжение источника
сварочного тока;
1!л - напряжение дуги;
/я - ток дуги
126
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
В соответствии с различным напряжением дуги в разные полупе-
риоды переменного тока различна и сила сварочного тока, т.е. в свароч-
ной цепи появляется постоянная составляющая тока. В данном случае мы
имеем дело с выпрямляющим (вентильным) эффектом рассматриваемого
типа дуги, вызванным различием теплофизических свойств электрода и
изделия. Величина постоянной составляющей зависит от силы сварочно-
го тока, скорости сварки, свариваемого металла и т.д. Ее наличие ухуд-
шает качество сварных швов на алюминиевых сплавах и снижает стой-
кость вольфрамового электрода. Для уменьшения постоянной состав-
ляющей тока применяют различные способы.
Рис. 3.40. Сварка в защитных газах
вольфрамовым электродом
погруженной дугой
Интересной разновидностью
применения вольфрамового элек-
трода является сварка погруженной
дугой (рис. 3.40), при которой ис-
пользуют электрод повышенного
диаметра и повышенный свароч-
ный ток. Соединение собирают
встык без разделки кромок, без
зазора. При увеличении подачи
защитного газа / через сопло до
40 ... 50 л/мин дуга обжимается
газом, что повышает ее температу-
ру. Как и в плазмотронах проходя-
щий через дугу газ, нагреваясь, увеличивает свой объем и приобретает
свойства плазмы. Давление защитного газа и дуги 2, вытесняя расплав-
ленный металл из-под дуги, способствует ее углублению в основной ме-
талл 3.
Таким образом, дуга горит в образовавшейся в металле полости. Это
позволяет опустить электрод так, чтобы дуга горела ниже поверхности
металла (погруженная в металл дуга). Образующаяся ванна расплавлен-
ного металла при кристаллизации образует шов. Этим способом можно
сваривать титан, алюминий, высоколегированные стали и другие метал-
лы толщиной до 36 мм с двух сторон (чем меньше плотность свариваемо-
го металла, тем больше толщина). Шов при этом имеет специфическую
бочкообразную форму, определяемую тем, что дуга горит ниже верхней
плоскости металла.
Сварку погруженной дугой можно осуществлять и в вертикальном
положении на подъем. В этом случае расплавленный металл сварочной
ванны, стекая вниз, удерживается кристаллизатором (медным охлаждае-
мым водой кокилем), который и формирует принудительно шов. Сварка
ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
127
возможна с одной стороны с неполным проплавлением или за два прохо-
да с двух сторон с неполным проплавлением в каждый проход. При свар-
ке погруженной дугой применяют входные и выводные планки для выво-
да дефектных начального (неполный провар) и конечного (усадочная ра-
ковина) участков шва.
Другой разновидностью свар-
ки вольфрамовым электродом яв-
ляется сварка полым вольфрамо-
вым электродом в вакууме (рис.
3.41). Возбуждение и поддержание
дуги в вакууме 10‘3 мм рт. ст. пред-
ставляет определенные трудности,
так как тлеющий разряд переходит
на стенки камеры. Подача в рас-
сматриваемом способе сварки до-
зируемого количества газа в по-
лос гь электрода стабилизирует
катодное пятно на внутренней по-
верхности электрода. Перемеще-
ние катода по внутренней полости
Рис. 3.41. Сварка полым
вольфрамовым электродом
в вакууме:
/ - полый катод; 2 - вакуумная камера;
3 - лозируюшее уаройство;
4 - баллон с инертным газом;
5 - насос; 6 - луга; 7 - свариваемое
изделие; 8 - источник тока
вызывает разогрев электрода до яркого свечения. При силах тока свыше
50 А дуга представляет собой голубоватый разряд, цилиндрический по
форме на всей длине дуги.
Газ, подаваемый в полость электрода, ионизируясь, приобретает
свойства плазмы. Количество газа, подаваемое в полость элекгрода,
должно обеспечивать давление газа в камере меньше 50 мм рт. ст. При
больших давлениях катодное пятно выходит на торец электрода и хаоти-
чески перемещается по нему. Давление в камере 10*2 ... 10'4 мм рт. ст.
при расходе газа 0,01 ... 0,1 л/мин создает наилучшие условия повыше-
ния концентрации дугового разряда. Применение подобного способа
сварки имеет определенные металлургические преимущества, так как
способствует удалению газов из расплавленного металла и уменьшает
угар легирующих элементов. Этим способом можно сваривать различные
металлы и сплавы толщиной до 15 мм или производить наплавку.
Для сварки тонколистового металла находит применение импульс-
ная дуга. Основной металл расплавляется дугой, горящей периодически
отдельными импульсами постоянного тока (рис. 3.42, а) с определенны-
ми интервалами во времени. При большом перерыве в горении дуги (/п)
дуговой промежуток деионизируется, что приводит к затруднению в по-
вторном возбуждении дуги. Для устранения этого недостатка постоянно
128
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Рис. 3.42. Изменение сварочного тока и напряжения при
импульсно-дуговой сварке вольфрамовым электродом (а):
/св - сварочный ток; /мж - ток дежурной дуги; /п - время паузы;
С, - время сварки (/„ • /п = /ц - время цикла);
швы в плоскости (б) и продольном сечении (в)
поддерживается вторая, обычно маломощная дежурная дута от самостоя-
тельного источника питания. На эту дугу и накладывается основная им-
пульсная дуга. Дежурная дуга, постоянно поддерживая термоэлектрон-
ную эмиссию с электрода, обеспечивает стабильное возникновение ос-
новной сварочной дуги.
Шов в этом случае состоит из отдельных перекрывающих друг дру-
га точек (рис. 3.42, б, в). Величина перекрытия зависит от толщины ме-
талла. силы сварочного тока и тока дежурной дуги, скорости сварки и т.д.
С увеличением силы тока и длительности его импульса ширина шва и
глубина проплавления увеличиваются (рис. 3.43). Размеры шва в боль-
шей степени зависят от силы тока, чем от длительности его импульса.
Благоприятная форма отдельных точек, близкая к кругу, уменьшает воз-
можность вытекания расплавленного металла из сварочной ванны (про-
жога). Поэтому сварку легко выполнять на весу без подкладок при хоро-
шем качестве во всех пространственных положениях.
Представляет определенный интерес использование внешнего маг-
нитного поля для отклонения или перемещения непрерывно горящей ду-
ги. Внешнее переменное или постоянное магнитное ноле, параллельное
или перпендикулярное к направлению сварки, создается П-образными
электромагнитами. При использовании постоянного магнитного поля
дугу можно отклонить в любую сторону относительно направления свар-
ки. При отклонении дуги в сторону направления сварки (магнитное поле
также параллельно направлению сварки) наблюдается такой же эффект,
как и при сварке наклонным электродом углом вперед. В этом случае
уменьшается глубина проплавления. При отклонении дуги в обратном
направлении наблюдается увеличение глубины проплавления, как при
сварке с наклоном электрода углом назад.
ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
129
Рис. 3.43. Зависимость размеров шва от
основных параметров импульсно-дуговой сварки
При переменном внешнем магнитном поле дуга колеблется с часто-
той внешнего магнитного поля. В результате изменяются условия ввода
теплоты в изделие и, в частности, ее распределение по поверхности. При
колебании дуги поперек направления сварки увеличивается ширина шва
и уменьшается глубина проплавления. Это позволяет сваривать тонколи-
стовой металл. Удобно использовать этот способ для сварки разнородных
металлов (например, меди и стали и др.) небольшой толщины при отбор-
товке кромок.
Колебания, сообщаемые расплавленному металлу сварочной ванны,
изменяют характер его кристаллизации и способствуют измельчению
зерна. В результате улучшаются свойства наплавленного металла. По-
этому этот способ используют при сварке металлов, характеризующихся
крупнозернистым строением металла шва, таких как алюминий, медь,
титан и их сплавы. Имеется положительный опыт использования способа
и при сварке высокопрочных сталей и сплавов.
Сварка вольфрамовым электродом обычно целесообразна для со-
единения металла толщиной 0,1 ... 6 мм. Однако ее можно применять и
для больших толщин. Сварку выполняют без присадки, когда шов фор-
мируется за счет расплавления кромок, и с дополнительным присадоч-
ным металлом, предварительно уложенным в разделку или подаваемым в
зону дуги в виде присадочной проволоки. Угловые и стыковые швы во
всех пространственных положениях выполняют вручную, полуавтомати-
чески и автоматически.
5	7162
130
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Для получения качественной сварки, особенно тонколистовых кон-
струкций, следует обеспечивать точную подготовку и сборку кромок
прихватками вручную вольфрамовым электродом или в специальных
сборочно-сварочных приспособлениях.
Загрязнение рабочего конца электрода понижает его стойкость (об-
разуется сплав вольфрама с более низкой температурой плавления) и
ухудшает качество шва. Поэтому дугу возбуждают без прикосновения к
основному металлу или присадочной проволоке, осциллятором или за-
мыкая дуговой промежуток угольным электродом. При правильном вы-
боре силы сварочного тока рабочий конец электрода расходуется незна-
чительно и долго сохраняет форму заточки.
Качество шва в большой степени определяется надежностью оттес-
нения от зоны сварки воздуха. Необходимый расход защитного газа ус-
танавливают в зависимости от состава и толщины свариваемого металла,
типа сварного соединения и скорости сварки. Соединения на рис. 3.44, а
и б для достаточной защиты требуют нормального расхода газов. Типы
соединений на рис. 3.44, виг требуют повышенного расхода защитного
газа, поэтому при сварке этих соединений рекомендуется применять экра-
ны, устанавливаемые сбоку и параллельно шву. Поток защитного газа при
сварке должен надежно охватывать всю область сварочной ванны, разогре-
тую часть присадочного прутка и электрод. При повышенных скоростях
сварки поток защитного газа может оттесняться воздухом. В этих случаях
следует увеличивать расход защитного газа.
При сварке многопроходных швов с V- или Х-образной разделкой
кромок первый проход часто выполняют вручную или механизировано
без присадочного металла на весу. Разделку заполняют при последующих
проходах с присадочным металлом. Для формирования корня шва можно
использовать медные или стальные съемные подкладки, флюсовую по-
душку. В некоторых случаях возможно применение и остающихся под-
Рис. 3.44. Расположение границы защитной струи газа
при сварке соединений различных типов
ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
131
Рис. 3.45. Подкладки для зашиты от воздуха
обратной стороны шва при сварке:
а - односторонней; б - двусторонней; / - медная подкладка;
2 - канал для подачи защитного газа; 3 - свариваемый металл;
4 зажимное приспособление
кладок. При сварке активных металлов необходимо не только получить
хороший провар в корне шва, но и обеспечить защизу от воздуха с об-
ратной стороны расплавленного и нагретого металлов. Это достигается
использованием медных или других подкладок с канавками, в которые
подается защитный инертный газ (рис. 3.45). Эта же цель в некоторых
случаях достигается при использовании флюсовых подушек.
При сварке труб или закрытых сосудов газ пропускают внутрь сосу-
да. Инертные газы, увеличивая поверхностное натяжение расплавленного
металла, улучшают формирование корня шва. Поэтому их поддув ис-
пользуют при сварке сталей на весу. При сварке на весу, особенно без
присадочного металла, следует тщательно поддерживать требуемый за-
зор между кромками.
При соединении встык металла толщиной до 10 мм ручную сварку
ведут справа налево (левый способ) (рис. 3.46). При сварке металла
меньшей толщины угол между горелкой и изделием устанавливают рав-
ным 60°. При сварке изделий больших толщин применяют правый спо-
соб; угол между горелкой и изделием, так же как и при сварке угловых
соединений, устанавливают равным 90°.
Рис. 3.46. Расположение горелки
и присадочного прутка
при ручной аргонодуговой сварке:
/ электрод;
2 - присадочный пруток;
3 - защитный газ; 4 - сопло
132
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Присадочный пруток при ручной сварке тонколистового материала
вводят не в столб дуги, а несколько сбоку возвратно-поступательными
движениями; при сварке металла большей толщины - поступательно-
поперечными перемещениями. При сварке многослойных швов отдель-
ные валики рекомендуется выполнять не на всю ширину разделки (мно-
гопроходными).
При автоматической и полуавтоматической сварке электрод распо-
лагают перпендикулярно к поверхности изделия. Угол между ним и при-
садочной проволокой (обычно диаметром 2 ... 4 мм) должен прибли-
жаться к 90°. В большинстве случаев направление сварки выбирают та-
ким, чтобы присадочный пруток находился впереди дуги (подавался в
головную часть сварочной ванны).
Однако при сварке по криволинейному контуру такая схема подачи
присадочной проволоки неудобна из-за сложности образования шва на
разворотах. В этом случае применяется вертикальная подача присадоч-
ной проволоки в сварочную ванну. При этом криволинейные участки шва
сваривают без разворота сварочной горелки. Однако при этом уменьша-
ется глубина проплавления и шов несимметричен, так как присадочная
проволока на различных участках криволинейного контура вводится в
различные части сварочной ванны (головную, боковую, хвостовую).
При автоматической и полуавтоматической сварке вертикальных
швов на спуск, если сварочная ванна имеет значительные размеры, воз-
можно затекание расплавленного металла под вольфрамовый электрод,
что резко уменьшает глубину проплавления и может привести к корот-
кому замыканию. Вылет конца электрода из сопла не должен превышать
3 ... 5 мм, а при сварке угловых швов и стыковых с глубокой разделкой -
5 ... 7 мм. Длина дуги должна поддерживаться в пределах 1,5 ... 3 мм.
Для предупреждения непровара в начале и конце шва рекомендуется
применять выводные планки.
В настоящее время при сварке толстолистового металла находит
применение щелевая разделка кромок. За счет сокращения количества
наплавляемого металла значительно повышается производительность
процесса сварки. Однако при этом сложно проваривать кромки шва, где
могут образовываться нссплавления. В этом случае может использовать-
ся вольфрамовый электрод с отогнутым концом и поворотом его в зазоре.
Другая схема (рис. 3.47) предусматривает использование 2 электро-
дов. Обрывать лугу следует постепенным ее удлинением, а при автома-
тической сварке - уменьшением силы сварочного тока. Для предупреж-
дения окисления вольфрама и защиты расплавленного металла в кратере
ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
133
Рис. 3.47. Схема сварки сканирующим
вольфрамовым электродом
по щелевому зазору:
/ - присадочная проволока;
2 электроды
после обрыва дуги защитный газ выключают через 5 ... 10 с. Включают
защитный газ за 15 ... 20 с до возбуждения дуги для продувки шлангов от
воздуха.
Техника сварки плавящимся электродом. В зависимости от сва-
риваемого металла и его толщины в качестве защитных газов используют
инертные, активные газы или их смеси. В силу физических особенностей
стабильность дуги и ее технологические свойства выше при использова-
нии постоянного тока обратной полярности. При использовании посто-
янного тока прямой полярности количество расплавляемого электродно-
го металла увеличивается на 25 ... 30 %, но резко снижается стабиль-
ность дуги и повышаются потери металла на разбрызгивание. Примене-
ние переменного тока невозможно из-за нестабильного горения дуги.
При сварке плавящимся электродом шов образуется за счет про-
плавления основного металла и расплавления дополнительного металла -
электродной проволоки. Поэтому форма и размеры шва помимо прочего
(скорости сварки, пространственного положения электрода и изделия и
др.) зависят также от характера расплавления и переноса электродного
металла в сварочную ванну. Характер переноса электродного металла
определяется в основном материалом электрода, составом защитного
газа, плотностью сварочного тока и рядом других факторов.
При традиционном способе сварки можно выделить три основные
формы расплавления электрода и переноса электродного металла в свароч-
ную ванну. Процесс сварки с периодическими короткими замыканиями
характерен для сварки электродными проволоками диаметром 0,5 ... 1,6 мм
при короткой дуге с напряжением 15 ... 22 В. После очередного коротко-
го замыкания (/ и 2 на рис. 3.48, а) силой поверхностного натяжения рас-
плавленный металл на торце электрода стягивается в каплю. В результате
длина и напряжение дуги становятся максимальными.
Во все стадии процесса скорость подачи электродной проволоки по-
стоянна, а скорость ее плавления изменяется и в периоды 3 и 4 меньше
134
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Рис. 3.48. Основные формы
расплавления и переноса
электродного металла:
а - короткими замыканиями;
б - капельный; в - струйный
скорости подачи. Поэтому торец электрода с каплей приближается к сва-
рочной ванне (длина дуги и ее напряжение уменьшаются) до короткого
замыкания (5). При коротком замыкании резко возрастает сварочный ток
и как результат этого увеличивается сжимающее действие электромаг-
нитных сил, совместное действие которых разрывает перемычку жидкого
металла между электродом и изделием. Во время короткого замыкания
капля расплавленного электродного металла переходит в сварочную ван-
ну. Далее процесс повторяется.
Частота периодических замыканий дугового промежутка может из-
меняться в пределах 90 ... 450 в секунду. Для каждого диаметра элек-
тродной проволоки в зависимости от материала, защитного газа и т.д.
существует диапазон сварочных токов, в котором возможен процесс
сварки с короткими замыканиями. При оптимальных параметрах процес-
са сварка возможна в различных пространственных положениях, а потери
электродного металла на разбрызгивание нс превышают 7 %.
Увеличение плотности сварочного тока и длины (напряжения) дуги
ведет к изменению характера расплавления и переноса электродного ме-
талла, перехода от сварки короткой дугой с короткими замыканиями к
процессу с редкими короткими замыканиями или без них. В сварочную
ванну электродный металл переносится нерегулярно, отдельными круп-
ными каплями различного размера (рис. 3.48, 6), хорошо заметными не-
вооруженным глазом. При этом ухудшаются технологические свойства
дуги, затрудняется сварка в потолочном положении, а потери элекгрод-
ного металла на угар и разбрызгивание возрастают до 15 %.
Для улучшения технологических свойств дуги применяют периоди-
ческое изменение ее мгновенной мощности им пульс но-дуговая сварка
(рис. 3.49). Теплота, выделяемая основной дугой, недостаточна для плав-
ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
135
Рис. 3.49. Изменение тока и напряжения дуги
при импульсно-дуговой сварке:
/„. (/„ - ток и напряжение основной дуги; /и, ток и напряжение дуг и
во время импульса; /н - длительносгь паузы и импульса
ления электродной проволоки со скоростью, равной скорости се подачи.
Вследствие этого длина дугового промежутка уменьшается. Под дейст-
вием импульса тока происходит ускоренное расплавление электрода,
обеспечивающее формирование капли на его конце. Резкое увеличение
электродинамических сил сужает шейку капли и сбрасывает ее в направ-
лении сварочной ванны в любом пространственном положении.
Можно использовать одиночные импульсы (см. рис. 3.49) или ipyn-
пу импульсов с одинаковыми или различными параметрами. В последнем
случае первый или первые импульсы ускоряют расплавление электрода, а
последующие сбрасывают каплю электродного металла в сварочную
ванну. Устойчивость процесса зависит от соотношения основных пара-
метров (величины и длительности импульсов и пауз). Соответствующим
подбором тока основной дуги и импульса можно повысить скорость рас-
плавления электродной проволоки, изменить форму и размеры шва, а
также уменьшить нижний предел сварочного тока, обеспечивающий ус-
тойчивое горение дуги.
При достаточно высоких плотностях постоянного по величине (без
импульсов или с импульсами) сварочного тока обратной полярности и при
горении дуги в инертных газах может наблюдаться очень мелкокапельный
перенос электродного металла. Название "струйный" он получил потому,
что при его наблюдении невооруженным глазом создается впечатление, что
расплавленный металл стекает в сварочную ванну с торца электрода непре-
рывной струей (см. рис. 3.48, в). Изменение характера переноса электродно-
ю металла с капельного на струйный происходит при увеличении свароч-
ного тока до "критического" для данного диаметра электрода.
136
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Значение критического тока уменьшается при активировании элек-
трода (нанесении на его поверхность тем или иным способом некоторых
легкоионизирующих веществ), увеличении вылета электрода. Изменение
состава защитного газа также влияет на значение критического тока. На-
пример, добавка в аргон до 5 % кислорода снижает значение критическо-
го тока. При сварке в углекислом газе без применения специальных мер
получить струйный перенос электродного металла невозможно. Он не
получен и при использовании тока прямой полярности.
При переходе к струйному переносу поток газов и металла от элек-
трода в сторону сварочной ванны резко интенсифицируется благодаря
сжимающему действию электромагнитных сил. В результате под дугой
уменьшается прослойка жидкого металла, в сварочной ванне появляется
местное углубление. Повышается теплопередача к основному металлу, и
шов приобретает специфическую форму с повышенной глубиной про-
плавления по его оси. При струйном переносе дуга очень стабильна -
колебаний сварочного тока и напряжений не наблюдается. Сварка воз-
можна во всех пространственных положениях.
С целью управления характером переноса электродного металла
предпринимаются попытки воздействовать на него импульсной подачей
электродной проволоки. Это нестационарный процесс. Он сопровождает-
ся соответствующим изменением сварочного тока и напряжения дуги.
Импульсная подача позволяет расширить диапазон значений рабочих
токов, в том числе при сварке с короткими замыканиями. Часюга корот-
ких замыканий может быть увеличена в 3 ... 5 раз по сравнению с непре-
рывной подачей проволоки. Однако промышленное применение этого
способа затруднено из-за отсутствия надежных механизмов импульсной
подачи проволоки.
Более перспективным является способ управляемого переноса рас-
плавленного металла с использованием быстродействующего инвертор-
ного сварочного источника. При традиционном способе сварки перенос
электродного металла осуществляется сериями коротких замыканий,
имеющих хаотичный характер. Процесс отделения образующейся капли
происходит при высоком уровне сварочного тока. Это обусловливает
нестабильность процесса и повышенное разбрызгивание. При управляе-
мом процессе переноса по изменению напряжения дуги электронный
микропроцессорный модуль управляет быстродействующим инвертор-
ным источником сварочного тока. В течение всего цикла переноса капли
сила сварочного тока жестко зависит от фазы ее формирования и перехо-
да в сварочную ванну. В момент контакта капли расплавленного металла,
находящейся на торце электрода, с поверхностью сварочной ванны (на-
ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
137
пряжение дуги близко к нулю) сварочный ток уменьшается до минимума
(до 10 А). Поэтому в перемычке капли не возникает больших электро-
магнитных сжимающих сил (меньше разбрызгивание) и она просто пере-
ливается в сварочную ванну. Процесс сварки проходит спокойно. Однако
его использование сдерживается высокой стоимостью оборудования.
При сварке плавящимся электродом, так же как и при сварке непла-
вящимся электродом, внешние магнитные поля отклоняют дугу. Однако
эффект от использования внешнего магнитного поля наблюдается при
сварке длинной дугой и наиболее заметен при струйном переносе элек-
тродного металла. В этом случае расплавленный торец электрода колеб-
лется синхронно с частотой внешнего магнитного поля. При поперечных
колебаниях увеличивается ширина шва и уменьшается глубина проплав-
ления. В результате образующийся шов не имеет повышенной глубины
проплавления по его оси.
Изменять технологические характеристики дуги можно, используя
центральную подачу защитного газа с высокой скоростью. Высокие ско-
рости истечения газа при обычных расходах достигаются применением
сопел с уменьшенным выходным отверстием. Обдувание дуги газом спо-
собствует уменьшению ее поверхности, т.е. сжатию. В результате ввод
теплоты дуги в изделие становится более концентрированным. Кинети-
ческим давлением потока газа расплавленный металл оттесняется из-под
дуги, и дуга углубляется в изделие. В результате глубина проплавления
увеличивается в 1,5 ... 2 раза. Однако при этом повышается и возмож-
ность образования в швах дефектов.
В отечественной и зарубежной практике находит применение спо-
соб сварки по узкому, или щелевому зазору. При этом способе изделия
толщиной до 200 мм без скоса кромок собирают с зазоро.м между ними
6 ... 12 мм. Сварку осуществляют на автоматах (рис. 3.50). Однако как и
при сварке вольфрамовым электродом в этом случае дело также ослож-
Рис. 3.50. Схема импульсно-дуговой сварки
плавящимся электродом в защитном газе
при узкошелевой разделке кромок:
/ - токопроводящий мундштук;
2 - электродная проволока; 3 - сопло;
4У5 - свариваемые детали;
6 - остающаяся подкладка
из основного материала
138
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
няется возможными несплавлениями швов около кромки разделки. Для
улучшения провара предпринимаются попытки использования отогнуто-
го электрода. При сварке сталей плавящимся электродом для защиты
лучше использовать смесь из 75 ... 80 % аргона и 25 ... 20 % углекислого
газа. Для сварки алюминия и его сплавов применяют смесь аргона и ге-
лия. Разделку заполняют путем наложения одинаковых по сечению вали-
ков. Метод характеризуется уменьшенной протяженностью зоны терми-
ческого влияния и равномерной мелкокристаллической структурой швов.
Возможна сварка не только в нижнем, но и в других пространственных
положениях.
Экономичность способа определяется уменьшением числа проходов
в шве за счет отсутствия разделки кромок. Повышение производительно-
сти достигается также повышением скорости расплавления электродной
проволоки с увеличенным вылетом. Нагрев электрода в вылете проте-
кающим по нему сварочным током обеспечивает повышение коэффици-
ента расплавления. Однако при этом уменьшается глубина проплавления,
поэтому способ целесообразно применять для сварки швов, требующих
большого количества наплавленного металла.
При сварке плавящимся электродом в защитных газах зависимости
формы и размеров шва от основных параметров режима такие же, как и
при сварке под флюсом (см. рис. 3.29). Для сварки используют электрод-
ные проволоки малого диаметра (до 3 мм). Поэтому швы имеют узкую
форму провара и в них может наблюдаться повышенная зональная лик-
вация. Применяя поперечные колебания электрода, изменяют форму шва
и условия кристаллизации металла сварочной ванны и уменьшают веро-
ятность зональной ликвации. Имеется опыт применения для сварки в уг-
лекислом газе электродных проволок диаметром 3 ... 5 мм. Сварочный
ток в этом случае достигает 2000 А, что значительно повышает произво-
дительность сварки. Однако при подобных форсированных режимах на-
блюдается ухудшенное формирование стыковых швов и образование в
них подрезов. Формирование и качество угловых швов вполне удовле-
творительны.
Ввиду высокой проплавляющей способности дуги повышаются тре-
бования к качеству сборки кромок под сварку. Качественный провар и
формирование корня шва обеспечивают теми же приемами, что и при
ручной сварке или сварке под флюсом (подкладки, флюсовые и газовые
подушки и т.д.). С уменьшением плотности тока стабильность дуги по-
нижается (табл. 3.4). Величина вылета электрода также влияет па ста-
бильность процесса и размеры шва. Ниже приведен оптимальный вылез
плавящегося электрода при сварке в защитных газах:
ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
139
Диаметр электродной
проволоки, мм................. 0,5	0,8	1,0	1,6	2,0
Вылет электрода, мм........ 5 ... 7 6 ... 8 8 ... 10 10 ... 12 12 ... 14
3.4. Значения минимального тока (А),
при котором обеспечивается стабильное горение дуги
(электрод плавящийся из низколегированной стали)
Диаметр электродной проволоки, мм	Защитный газ	
	аргон	углекислый
0,6	30	35
1,0	50	60
1,6	90	90
2.0	120	120
Расстояние от сопла горелки до изделия обычно выдерживают в
пределах 8 ... 15 мм. Токоподводящий наконечник должен находиться на
уровне краев сопла или утапливаться до 3 мм. При сварке угловых и сты-
ковых швов с глубокой разделкой допускается выступание токоподводя-
щего наконечника из сопла на 5 ... 10 мм. Полуавтоматическую сварку в
нижнем положении можно выполнять правым или левым методом, узким
валиком или с поперечными колебаниями.
При сварке тонколистового металла электрод отклоняют от вертика-
ли на 20 ... 30° в сторону направления сварки. При сварке угловых швов
в соединениях с вертикальной стенкой держатель дополнительно откло-
няют от вертикальной стенки на угол 30 ... 45°. Вертикальные швы на
тонколистовом металле обычно выполняют на спуск (электрод под углом
назад для лучшего удержания расплавленного металла от стекания).
Сварку на подъем применяют при необходимости обеспечить глубокий
провар кромок. При сварке горизонтальных швов электрод располагают
на нижней части кромок и перемещают с поперечными колебаниями.
Потолочные швы выполняют вертикальным электродом или с наклоном
углом назад с поперечными колебаниями.
140
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Сушносп» н техника сварки электрозаклепками. Сварная точка
образуется за счет теплоты неподвижной дуги, обеспечивающей сквозное
проплавление верхнего листа и сквозное или частичное проплавление
нижнего. В зону дуги и сварочной ванны подают защитные газы или их
смеси. В отличие от контактной дуговая сварка возможна при односто-
роннем подходе к месту соединения, что не ограничивает размеры изде-
лия. Сварка электрозаклепок возможна вольфрамовым электродом на
углеродистых, коррозионно-стойких сталях и титановых сплавах. Из-за
недостаточной очистки поверхности алюминиевых сплавов катодным
распылением их сварка этим способом затруднена.
Сварку можно выполнять в любом пространственном положении.
Для получения хорошего провара и формирования головки заклепки со-
единение следует собирать с минимальным зазором между листами. Ка-
чество соединений и их механические свойства зависят главным образом
от силы сварочного тока, времени горения дуги и ее длины. Для регули-
рования времени горения дуги служат реле. При использовании в качест-
ве защитного газа гелия диаметр заклепки получается больше, а глубина
проплавления меньше, чем при использовании аргона.
Для вольфрамового электрода необходимы инертные газы, постоян-
ный ток прямой полярности и специальной конструкции сварочные пис-
толеты, с помощью которых поджимают верхний лист к нижнему, закре-
пляют электрод, подводят сварочный ток и защитный газ. Хорошее каче-
ство заклепок достигается при толщине верхнего листа до 2 мм. Во избе-
Рис. 3.51. Типы газовых насадок
для сварки электрозаклепок
вольфрамовым электродом:
а и б нахлесточные соединения;
в и г - угловые соединения
жание загрязнения электрода дугу
возбуждают с помощью осцилля-
тора, который автоматически от-
ключается.
При увеличении силы свароч-
ного тока при сварке листов равной
толщины обычно увеличивается
диаметр заклепки. Если нижний
лист имеет большую толщину, рас-
тет и глубина проплавления. То же
наблюдается и при увеличении
времени горения дуги. Для обеспе-
чения хорошей защиты зоны свар-
ки применяют различные типы
газовых сопел-насадок (рис. 3.51).
Для предупреждения образования
подрезов, трещин и пор в заклепке,
ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
141
вызванных высокой скоростью кристаллизации металла, применяют по-
вторное кратковременное возбуждение дуги или плавное уменьшение
сварочного тока. При применении плавящегося электрода шов образуется
за счет проплавления основного металла и расплавления электродной
проволоки диаметром до 2 мм. Сварку можно выполнять с предваритель-
ной пробивкой отверстия в верхнем листе или без него. Благодаря боль-
шей глубине проплавления при сварке в углекислом газе, чем под флю-
сом, без пробивки отверстия можно сваривать соединения с толщиной
верхнего листа до 8 мм. Сварку выполняют при несколько повышенном
напряжении дуги на обычных полуавтоматах, снабженных специальными
насадками для опирания держателя на поверхность изделия. Для сварки
используют постоянный ток обратной полярности. Возможна также свар-
ка алюминия и его сплавов.
Техника сварки стыков труб. Сварка стыков труб в поворотном
положении вручную или механизированно не представляет значительных
трудностей. Однако швы выполняются только с одной наружной сторо-
ны, что препятствует провару корня шва и формированию обратного ва-
лика на весу без применения специальных приспособлений.
Применение при автоматической сварке поперечных колебаний
электрода значительно облегчает провар корня шва и формирование
швов в последующих проходах. Амплитуда и частота поперечных коле-
баний электрода зависят от ширины разделки и параметров режима.
Сборку труб под сварку осуществляют в специальных центраторах или
на прихватках. При сварке вольфрамовым электродом прихватки выпол-
няют длиной до 15 мм обычно без присадочной проволоки за счет оплав-
ления кромок. При сварке прихватки следует полностью переваривать.
Для предупреждения вытекания расплавленного металла из сварочной
ванны электрод смещают с зенита навстречу вращению труб. Величина
смещения зависит от диаметра труб и режима сварки.
Сварку неповоротных стыков труб осуществляют в различных про-
странственных положениях. Ручную сварку вольфрамовым электродом
выполняют без разделки или с V-образной разделкой кромок, используя
присадочную проволоку диаметром 1,2 ... 3 мм. Трубы с толщиной стенки
до 1,5 мм сваривают в один проход, при большей толщине - в несколько
проходов. Сварку’ труб диаметром 108 мм и выше следует выполнять враз-
брос. При толщине стенки более 8 мм возможно применение комбиниро-
ванного способа первый проход вручную вольфрамовым электродом, а
остальные полуавтоматически или автоматически плавящимся электродом.
Автоматическую сварку вольфрамовым электродом выполняют раз-
личными способами. Трубы диаметром 8 ... 26 мм с толщиной стенки
I ... 2 мм можно сваривать без разделки кромок и без присадочной про-
142
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
волоки. Однако в процессе сварки наблюдается постепенное увеличение
ширины шва и глубины проплавления ввиду разогрева трубы. Поэтому
необходимо изменять в процессе сварки ее скорость - использовать уста-
новки с программированием скорости сварки. Однако и в этом случае
шов практически не имеет выпуклости.
При сварке методом "автоопрсссовки" получение выпуклости шва
достигается за счет пластической деформации нагретого металла в направ-
лении, перпендикулярном оси трубы, при многократном нагреве металла в
месте стыка. Этим способом можно сваривать трубы из металла с большим
коэффициентом линейного расширения. Сварку первого слоя рекоменду-
ется выполнять короткой дугой длиной до 1,2 мм на максимально возмож-
ной скорости для получения узких швов с неполным проваром. Остальные
три - пять проходов выполняют для получения выпуклости шва.
Этим способом сваривают тру-
бы диаметром 20 ... 57 мм с толщи-
ной стенки 2,0 ... 3,5 мм. Трубы диа-
метром 8 ... 26 мм с толщиной стенки
1,0 ... 2,5 мм можно сваривать с под-
готовкой кромок с присадочным вы-
ступом (рис. 3.52, а), создаваемым
путем раскатки торца трубы. Выпук-
лость шва создается благодаря рас-
плавлению металла присадочною вы-
ступа. Сварку обычно выполняют за
один проход. Трубы большого диа-
метра и с большей толщиной стенки
сваривают, используя расплавляющееся подкладное кольцо (рис. 3.52, б),
служащее для хорошего формирования обратного валика. Первый проход
выполняют без присадочной проволоки. При этом следят за полным рас-
плавлением подкладного кольца и прилегающей части кромок. После-
дующие проходы выполняют с присадочной проволокой или плавящимся
электродом.
При всех этих способах для улучшения формирования обратного
валика используют поддув защитного газа с обратной стороны или за-
полнение им части трубы, ограниченной заглушками различной конст-
рукции. Более ограниченное применение в практике находит сварка не-
поворотных стыков груб плавящимся электродом. Это вызвано трудностью
получения хорошего провара корня шва и формирования обратного валика.
Обычно сварку ведут с поперечными колебаниями электрода или без коле-
баний и без скоса кромок по щелевому зазору определенного размера.
Рис. 3.52. Подготовка
стыков труб для сварки
вольфрамовым электродом
в среде защитных газов
ДУГОВАЯ СВАРКА ПОРОШКОВЫМИ ПРОВОЛОКАМИ 143
3.6. ДУГОВАЯ СВАРКА ПОРОШКОВЫМИ ПРОВОЛОКАМИ
Сварка под флюсом затруднена из-за невозможности точного направ-
ления электрода в разделку и наблюдения за образованием шва. При сварке
в защитных газах надежность защиты может нарушаться из-за сквозняков,
забрызгивания газовых сопел и т.п. В этих условиях применение порошко-
вых проволок, сочетающих в себе положительные свойства покрытых
стальных электродов (защита, легирование и раскисление расплавленного
металла), и механизированной сварки проволоками сплошного сечения
(высокая производительность) представляет большие производственные
преимущества, особенно в монтажных условиях. Этому способствует и
отсутствие газовой аппаратуры (баллонов, шлангов, газовых редукторов),
флюса и флюсовой аппаратуры, усложняющих процесс сварки или повы-
шающих его трудоемкость (засыпка и уборка флюса и др.).
Возможность наблюдения при полуавтоматической сварке за на-
правлением электрода в разделку, особенно при сварке с его поперечны-
ми колебаниями, а также за образованием шва - основные преимущества
сварки порошковыми проволоками. Изменение состава наполнителя сер-
дечника порошковой проволоки позволяет воздействовать на химический
состав шва и технологические характеристики дуги.
Сущность способа. Порошковая проволока выпускается двух ти-
пов: для сварки в углекислом газе и самозащитная, т.е. не нуждающаяся в
дополнительной защите. Конструкция порошковой проволоки определяет
некоторые особенности ее расплавления дугой. Сердечник проволоки на
50 ... 70 % состоит из неметаллических материалов и поэтому его элек-
тросопротивление велико - в сотни раз больше, чем металлической обо-
лочки. Поэтому практически весь сварочный ток проходит через метал-
лическую оболочку, расплавляя ее. Плав-
ление же сердечника, расположенного
внутри металлической оболочки, происхо-
дит в основном за счет теплоизлучения дуги
и теплопередачи от расплавляющегося ме-
талла оболочки. Ввиду этого сердечник
может выступать из оболочки (рис. 3.53),
касаться ванны жидкого металла или пе-
реходить в нее частично в нерасплавлен-
ном состоянии. Это увеличивает засорение
металла шва неметаллическими включе-
ниями.
Рис. 3.53. Плавление
металлической оболочки
и сердечника
порошковой проволоки
144
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Техника сварки. Обычно порошковые проволоки используют для
сварки шланговыми полуавтоматами. Ввиду возможности наблюдения за
образованием шва техника сварки стыковых и угловых швов в различных
соединениях практически не отличается от техники их сварки в защит-
ных газах плавящимся электродом. Однако образование на поверхности
сварочной ванны шлака, затекающего при некоторых условиях в зазор
между кромками в передней части сварочной ванны, затрудняет провар
корня шва. При многослойной сварке поверхность предыдущих слоев
следует тщательно зачищать от шлака.
Сварка порошковыми проволоками имеет свои недостатки. Малая
жесткость трубчатой конструкции порошковой проволоки гребует при-
менения подающих механизмов с ограниченной силой сжатия проволоки
в подающих роликах. Выпуск проволоки в основном диаметром 2,6 мм и
более, требуя применения для устойчивого горения дуги повышенных
сварочных токов, позволяет использовать их для сварки только в нижнем
и редко в вертикальном положении. Это объясняется тем, что образую-
щаяся сварочная ванна повышенного объема, покрытая жидкотекучим
шлаком, не удерживается в вертикальном и потолочном положениях си-
лой поверхностного натяжения и давлением дуги.
Наличие на поверхности сварочной ванны шлака, замедляя кристал-
лизацию расплавленного металла, также ухудшает условия образования
шва в пространственных положениях, отличных от нижнего. Существен-
ный недостаток порошковых проволок, сдерживающий их широкое про-
мышленное применение, - повышенная вероятность образования в швах
пор, вызываемая наличием пустот в проволоке. Кроме того, нераспла-
вившиеся компоненты сердечника, переходя в сварочную ванну, способ-
ствуют появлению газообразных продуктов. Диссоциация мрамора,
окисление и восстановление углерода при нагреве и плавлении ферро-
марганца в сочетании с мрамором и другие процессы также могут при-
вести к образованию в металле сварочной ванны газовой фазы. В резуль-
тате этого в швах появляются внутренние и поверхностные поры.
В этих условиях режим сварки (сила тока, напряжение, вылет элек-
трода) оказывает большое влияние на возможность возникновения в
швах пор (рис. 3.54). Повышает вероятность образования пор также вла-
га, попавшая в наполнитель при хранении проволоки, а кроме того, смаз-
ка и ржавчина, следы которых имеются на металлической ленте.
Порошковую проволоку используют и при сварке в углекислом газе.
Вероятность образования в швах пористости в этом случае снижается.
В зависимости от состава наполнителя для сварки используют постоян-
ный ток прямой или обратной полярности от источников с жесткой или
крутопадающей характеристикой.
СВАРКА И РЕЗКА ПЛАЗМЕННОЙ СТРУЕЙ
145
Рис. 3.54. Область режимов сварки проволокой ПП-2ДСК,
обеспечивающих получение швов без пор:
а - влияние тока (вылег электрода L = 50 мм);
б - влияние вылета электрода (/св = 300 А);
/ область неустойчивою горения дуги;
в области II поры есть: в области Ill пор нет
3.7. СВАРКА И РЕЗКА ПЛАЗМЕННОЙ СТРУЕЙ
Сущность способа. Плазма - ионизированный газ, содержащий
электрически заряженные частицы и способный проводить ток. Иониза-
ция газа происходит при его нагреве. Степень ионизации тем выше, чем
выше температура газа. В центральной части сварочной дуги газ нагрет
до температур 5000 ... 30 000 °C, имеет высокую электропроводность,
ярко светится и представляет собой типичную плазму. Плазменную
струю, используемую для сварки и резки, получают в специальных плаз-
мотронах, в которых нагревание газа и его ионизация осуществляются
дуговым разрядом в специальных камерах.
Вдуваемый в камеру газ (рис. 3.55), сжимая столб дуги в канале со-
пла плазмотрона и охлаждая его поверхностные слои, повышает темпера-
туру столба. В результате струя проходящего газа, нагреваясь до высоких
температур, ионизируется и приобретает свойства плазмы. Увеличение
при нагреве объема газа в 50 ... 100 и более раз приводит к истечению
плазмы с высокими околозвуковыми скоростями. Плазменная струя лег-
ко расплавляет любой металл.
Дуговую плазменную струю для сварки и резки получают по двум
основным схемам. При плазменной струе прямого действия изделие
включено в сварочную цепь дуги, активные пятна которой располагаются
на электроде и изделии. При плазменной струе косвенного действия ак-
тивные пятна дуги находятся на электроде и внутренней или боковой по-
146
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Рис. 3.55. Схемы получения
дуговой плазменной струи:
а - прямого действия;
б - косвенного действия;
/ - источник тока; 2 - электрод;
3 газ. 4 - сопло;
5 - плазменная оруя
верхности сопла. Плазмообразующий газ может служить также и защи-
той расплавленного металла от воздуха. В некоторых случаях для защиты
расплавленного металла используют подачу отдельной струи специаль-
ного, более дешевого защитного газа. Газ, перемещающийся вдоль сте-
нок сопла, менее ионизирован и имеет пониженную температуру. Благо-
даря этому предупреждается расплавление сопла. Однако большинство
плазменных горелок имеет дополнительное водяное охлаждение.
Дуговая плазменная струя - интенсивный источник теплоты с ши-
роким диапазоном технологических свойств. Ее можно использовать
для нагрева, сварки или резки как электропроводных металлов (см. рис.
3.55, а, б), так и неэлектропроводных материалов, таких как стекло, ке-
рамика и др. (см. рис. 3.55, б).
Тепловая эффективность дуговой плазменной струи зависит от силы
сварочного тока и напряжения, состава, расхода и скорости истечения
плазмообразующего газа, расстояния от сопла до поверхности изделия,
скорости перемещения горелки (скорости сварки или резки) и т.д. Гео-
метрическая форма струи может быть также различной (квадратной,
круглой и т.д.) и определяться формой выходного отверстия сопла.
Техника сварки. Питание дуги, как правило, осуществляется пере-
менным или постоянным током прямой полярности (минус на электроде).
Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения
дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между
электродом и соплом горелки. Для питания плазмообразующей дуги тре-
буются источники сварочного тока с рабочим напряжением до 120 В, а в
некоторых случаях и более высоким; для питания плазмотрона, исполь-
зуемого для резки, оптимально напряжение холостого хода источника
питания до 300 В.
Плазменной струей можно сваривать практически все металлы в
нижнем и вертикальном положениях. В качестве плазмообразующих га-
СВАРКА И РЕЗКА ПЛАЗМЕННОЙ СТРУЕЙ
147
зов используют аргон, азот, смесь аргона с азотом и водородом, углекис-
лый газ и воздух (в основном для резки). В качестве электрода применя-
ют вольфрамовые стержни или специальные медные со вставками из
1афния или циркония.
К преимуществам плазменной сварки относятся высокая производи-
тельность, малая чувствительность к колебаниям длины дуги, устранение
включений вольфрама в металле шва. Без скоса кромок можно сваривать
металл толщиной до 15 мм с образованием провара специфической фор-
мы. Это объясняется образованием сквозного отверстия в основном ме-
талле, через которое плазменная струя выходит на обратную сторону из-
делия. Расплавляемый в передней части сварочной ванны металл давле-
нием плазмы перемещается вдоль стенок сварочной ванны в ее хвосто-
вую часть, где кристаллизуется, образуя шов. По существу, процесс
представляет собой прорезание изделия с заваркой места резки.
Плазменной струей можно сваривать стыковые и угловые швы.
Стыковые соединения на металле толщиной до 2 мм можно сваривать с
отбортовкой кромок, при толщине свыше 10 мм рекомендуется делать
скос кромок. В случае необходимости используют дополнительный ме-
талл. Для сварки металла толщиной до I мм успешно используют микро-
плазменную сварку струей косвенного действия, в которой сила свароч-
ного тока равна 0,1 ... 10 А.
Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте
реза и его выдувании потоком плазмы. Плазменную струю используют
для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Для рез-
ки металла малой толщины используют плазменную струю косвенного
действия. При повышенной толщине металла лучшие результаты дости-
гаются при плазменной струе прямого действия. При резке даже углеро-
дистых сталей во многих случаях она более экономична, чем газокисло-
родная, ввиду высокой скорости и лучшего качества реза.
В зависимости от металла в качестве плазмообразующих газов мож-
но использовать азот, водород, аргоно-водородные, аргоно-азотные, азо-
то-водородные смеси. Использование для резки смесей газов, содержа-
щих двухатомные газы, энергетически более эффективно. Диссоциируя,
двухатомный газ поглощает много теплоты, которая выделяется на хо-
лодной поверхности реза при объединении свободных атомов в молеку-
лу. В последнее время, когда появилась возможность использовать водо-
охлаждаемые циркониевые и гафниевые электроды, в качестве режущего
газа стали использовать и воздух. Сварку и резку можно выполнять
вручную и автоматически.
148
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
3.8.	СВАРКА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ И ЛАЗЕРНАЯ
В промышленности все более широкое применение находят туго-
плавкие и химически активные металлы и сплавы. Поэтому для их сварки
необходимо применять источники с высокой концентрацией теплоты, а
для защиты расплавленного и нагретого металла использовать среды,
содержащие минимальное количество водорода, кислорода и азота. Этим
условиям отвечает сварка электронным лучом.
Сущность и техника сварки электронным лучом. Сущность про-
цесса состоит в использовании кинетической энергии потока электронов,
движущихся с высокими скоростями в вакууме (см. рис. 4.22). Для умень-
шения потери кинетической энергии электронов за счет соударения с мо-
лекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты ка-
тода в электронной пушке создают вакуум порядка 10‘4 ... 10° мм рт. ст.
Сварка электронным лучом имеет значительные преимущества:
1.	Высокая концентрация ввода теплоты в изделие, которая выделя-
ется не только на поверхности изделия, но и на некоторой глубине в объ-
еме основного металла. Фокусировкой электронного луча можно полу-
чить пятно нагрева диаметром 0,0002 ... 5 мм, что позволяет за один
проход сваривать металлы толщиной от десятых долей миллиметра до
200 мм. В результате можно получить швы. в которых соотношение глу-
бины провара к ширине до 20: 1 и более. Появляется возможность сварки
тугоплавких металлов (вольфрама, тантала и др.), керамики и т.д.
Уменьшение протяженности зоны термического влияния снижает веро-
ятность рекристаллизации основного металла в этой зоне.
2.	Малое количество вводимой теплоты. Как правило, для получения
равной глубины проплавления при электронно-лучевой сварке требуется
вводить теплоты в 4 ... 5 раз меньше, чем при дуговой В результате рез-
ко снижаются коробления изделия.
3.	Отсутствие насыщения расплавленного и нагретого металла газа-
ми. Наоборот^ в целом ряде случаев наблюдается дегазация металла шва
и повышение его пластических свойств. В результате достигается высо-
кое качество сварных соединений на химически активных металлах и
сплавах, таких как ниобий, цирконий, титан, молибден и др. Хорошее
качество электронно-лучевой сварки достигается также на низкоуглеро-
дистых, коррозионно-стойких сталях, меди и медных, никелевых, алю-
миниевых сплавах.
При сварке электронным лучом проплавление имеет форму конуса
(рис. 3.56). Плавление металла происходит на передней стенке кратера, а
расплавляемый металл перемещается по боковым стенкам к задней стен-
ке, где он и кристаллизуется.
СВАРКА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ И ЛАЗЕРНАЯ
149
Рис. 3.56. Схема переноса
жидкого металла
при электронно-лучевой сварке:
/ - электронный луч;
2	- передняя стенка кратера.
3	- зона кристаллизации;
4	путь движения жидкого металла
Проплавление при электронно-лучевой сварке обусловлено в основ-
ном давлением потока электронов, характером выделения теплоты в объ-
еме твердого металла и реактивным давлением испаряющегося металла,
вторичных и тепловых электронов и излучением. Возможна сварка не-
прерывным электронным лучом. Однако при сварке легкоиспаряющихся
металлов (алюминия, магния и др.) эффективность электронного потока и
количество выделяющейся в изделии теплоты уменьшаются вследствие
потери энергии на ионизацию паров металлов.
В этом случае целесообразно сварку вести импульсным электрон-
ным лучом с большой плотностью энергии и частотой импульсов 100 ...
500 Гц. В результате повышается глубина проплавления. При правильной
установке соотношения времени паузы и импульса можно сваривать
очень тонкие листы. Благодаря теплоотводу во время пауз уменьшается
протяженность зоны термического влияния. Однако при этом возможно
образование подрезов, которые могут быть устранены сваркой колеблю-
щимся или расфокусированным лучом.
Основные параметры режима электронно-лучевой сварки - сила то-
ка в луче, ускоряющее напряжение, скорость перемещения луча по по-
верхности изделия, продолжительность импульсов и пауз, точность фо-
кусировки луча, степень вакуумизации (табл. 3.5). Для перемещения луча
по поверхности изделия используют перемещение изделия или самого
луча с помощью отклоняющей системы. Отклоняющая система позволяет
осуществлять колебания луча вдоль и поперек шва или по более сложной
траектории. Низковольтные установки используют при сварке металла
толщиной свыше 0,5 мм для получения швов с отношением глубины к
ширине до 8 ; 1. Высоковольтные установки применяют при сварке более
толстого металла с отношением глубины к ширине шва до 25:1.
150
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
3.5. Режимы электронно-лучевой сварки
Металл	Толщина, мм	Режим сварки			Ширина шва, мм
		ускоряющее напряжение, кВ	сила тока луча, мА	скорость сварки, м/ч	
Вольфрам	0,5	18 .20	40 ... 50	60	1,0
	1,0	20... 22	75 ...80	50	1,5
Тантал	1,0	20 ...22	50	50	1,5
Сталь типа I8-S	1,5	18... 20	50 ...60	60 . 70	2,0
	20,0	20... 22	270	50	7,0
	35,0	20... 22	500	20	—
Молибден + + вольфрам	0,5 + 0,5	18... 20	45 ...50	35... 50	1,0
Основные типы сварных соединений, рекомендуемые для электрон-
но-лучевой сварки, приведены на рис. 3.57. Перед сваркой требуется точ-
ная сборка деталей (при толщине металла до 5 мм зазор не более 0,07 мм.
Рис. 3.57. Типы сварных соединений при сварке электронным лучом:
а - стыковое (может быть с бортиком для получения выпуклости шва);
б - замковое; в - стыковое деталей разной толщины;
г - угловые; д и е - стыковые при сварке шестерен;
ж - стыковые с отбортовкой кромок
СВАРКА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ И ЛАЗЕРНАЯ
151
при толщине до 20 мм зазор до 0,1 мм) и точное направление луча по оси
стыка (отклонение не больше 0,2 ... 0,3 мм). При увеличенных зазорах
(для предупреждения подрезов) требуется дополнительный металл в виде
технологических буртиков или присадочной проволоки. В последнем
случае появляется возможность металлургического воздействия на ме-
талл шва. Изменяя зазор и количество дополнительного металла, можно
довести долю присадочного металла в шве до 50 %.
Недостатки электронно-лучевой сварки: возможность образования
несплавлений и полостей в корне шва на металлах с большой теплопро-
водностью и швах с большим отношением глубины к ширине; для созда-
ния вакуума в рабочей камере после загрузки изделий требуется длитель-
ное время.
Сущность и техника сварки лучом лазера. В настоящее время
сварка лучом лазера по экономическим соображениям имеет еще незна-
чительное применение в промышленности. Излучение лазера с помощью
оптических систем может быть сфокусировано в пятно диаметром в не-
сколько микрометров или линию (см. рис. 4.26 ... 4.28). При этом по
концентрации энергии оно на несколько порядков превышает остальные
сварочные источники энергии. Лазерная сварка ведется либо на воздухе,
либо в аргоне, гелии в СО2 и др. в различных пространственных положе-
ниях. Излучение с помощью оптических систем легко передается в труд-
нодоступные места. Для сварки используются твердотельные и газовые
лазеры. Твердотельные лазеры могут быть непрерывной) и импульсного
действия. Ввиду большой концентрации энергии в пятне нагрева форма
провара при сварке схожа с таковой при сварке электронным лучом. Ис-
пользование лазеров с короткими импульсами обычно приводит к бурно-
му испарению металла из сварочной ванны.
Основными параметрами луча лазера являются его мощность, дли-
тельность импульса и диамегр светового пятна на свариваемой поверхно-
сти. Расфокусировка луча также влияет на глубину проплавления основ-
ного металла. При положительных расфокусировках глубина проплавле-
ния изменяется более резко. Поглощение световой энергии основным
металлом зависит от состояния его поверхности, поглощательной спо-
собности (часть светового потока, отражаясь, теряется).
Высокая концентрация теплоты в световом пятне лазера позволяет
практически все металлы довести не только до расплавления, но и до ки-
пения. Поэтому его можно использовать для сварки тугоплавких метал-
лов. Однако мощность квантовых генераторов до последнего времени
была невелика и позволяла сваривать метал толщиной до 1 мм. Исходя из
152
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
этого луч лазера в основном используют для сварки однородных и разно-
родных металлов в радиоэлектронике. Однако в последнее время появи-
лись лазеры с большой энергией луча. Они позволяют сваривать и резать
различные металлы и неметаллы толщиной до десятков миллиметров.
Лазерную сварку с глубоким проплавлением ведут, как правило, без
присадочного металла. Присадочный металл используют для повышения
свойств шва или при увеличенных зазорах между кромками. Выполняет-
ся она в большинстве случаев в защитной среде. Скорость импульсной
сварки с глубоким проплавлением значительно ниже, чем при непрерыв-
ном излучении.
Сварку металла малой толщины (до 1 мм) ведут как непрерывным,
так и импульсным лучом, как правило, без присадки и защитной среды.
Однако при сварке активных металлов газовая защита зоны сварки необ-
ходима.
Процесс лазерной резки заключается в расплавлении металла, уда-
лению которого способствует дополнительно подаваемый газ. В резуль-
тате образуется узкий рез, с качеством кромок сопоставимым с механи-
ческой обработкой Резка может выполняться непрерывным или импуль-
сивным лучом. При использовании в качестве дополнительного газа ки-
слорода скорость резки увеличивается, а процесс напоминает газовую
резку.
3.9. ЭЛ ЕКТРОШ ЛАКОВАЯ СВАРКА
Этот способ широко используют в промышленности для соединения
металлов повышенной толщины: стали и чугуна различного состава, ме-
ди, алюминия, титана и их сплавов. К преимуществам способа относится
возможность сварки за один проход металла практически любой толщи-
ны, что не требует удаления шлака и соответствующей настройки сва-
рочной установки перед сваркой последующего прохода, как при других
способах сварки. При этом сварку выполняют без снятия фасок на кром-
ках. Для сварки можно использовать один или несколько проволочных
электродов или электродов другого увеличенного сечения. В результате
этого достигается высокая производительность и экономичность процес-
са, повышающиеся с ростом толщины свариваемого металла.
К недостаткам способа следует отнести то, что электрошлаковая
сварка технически возможна при толщине металла более 16 мм и за ред-
кими исключениями экономически выгодна при сварке металла толщи-
ной более 40 мм. Способ позволяет сваривать только вертикальные швы.
При сварке некоторых металлов образование в металле шва и околошов-
ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ СВАРКА
153
ной зоны неблагоприятных структур требует последующей термообра-
ботки для получения необходимых свойств сварного соединения.
Сущность способа. Рас-
плавленные флюсы образуют
шлаки, которые являются про-
водниками электрического тока.
При этом в объеме расплавлен-
ного шлака при протекании сва-
рочного тока выделяется тепло-
та. Этот принцип и лежит в ос-
нове электрошлаковой сварки
(рис. 3.58). Электрод / и основ-
ной металл 2 связаны электри-
чески через расплавленный шлак
3 (шлаковая ванна). Выделяю-
щаяся в шлаковой ванне теплота
Рис. 3.58. Схема процесса
электрошлаковой сварки
нагревает его выше темпера гуры плавления основного и электродного
металлов. В результате металл электрода и кромки основного металла
оплавляются и ввиду большей плотности металла, чем шлака, стекают на
дно расплава, образуя ванну расплавленного металла 4 (металлическую
ванну).
Электродный металл в виде отдельных капель, проходя через жид-
кий шлак, взаимодействует с ним, изменяя при этом свой состав. Шлако-
вая ванна, находясь над поверхностью расплавленного металла, препят-
ствует его взаимодействию с воздухом. При правильно подобранной ско-
рости подачи электрода зазор между торцом электрода и поверхностью
металлической ванны остается постоянным.
Свариваемый металл, шлаковая и металлическая ванны удерживаются
от вытекания обычно специальными формирующими устройствами -
подвижными или неподвижными медными ползунами 5, охлаждаемыми
водой б, или остающимися пластинами. Верхняя кромка ползуна распо-
лагается несколько выше зеркала шлаковой ванны. Кристаллизующийся
в нижней части металлической ванны расплавленный металл образует
шов 7. Шлаковая ванна, находясь над поверхностью металлической ван-
ны, соприкасаясь с охлаждаемыми ползунами, образует на них тонкую
шлаковую корку, исключая тем самым непосредственный контакт рас-
плавленного металла с поверхностью охлаждаемого ползуна и предупре-
ждая образование в металле шва кристаллизационных трещин.
154
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Расход флюса при этом способе сварки невелик и обычно не превы-
шает 5 % массы наплавленного металла. Ввиду малого количества шлака
легирование наплавленною металла происходит в основном за счет элек-
тродной проволоки. Доля основного металла в шве может быть снижена
до 10 ... 20 %. Вертикальное положение металлической ванны, повы-
шенная температура ее верхней части и значительное время пребывания
металла в расплавленном состоянии способствуют улучшению условий
удаления газов и неметаллических включений из металла шва. По срав-
нению со сварочной дугой шлаковая ванна - менее концентрированный
источник теплоты. Поэтому термический цикл электрошлаковой сварки
характеризуется медленным нагревом и охлаждением основного металла.
Отклонение положения оси свариваемого шва от вертикали возможно не
более чем на 15° в плоскости листов и на 30 ... 45° от горизонтали.
Так как выделение чеплоты в шлаковой ванне происходит главным
образом в области электрода, максимальная толщина основного металла,
свариваемого с использованием одной электродной проволоки, обычно
ограничена 60 мм. При сварке металла большей толщины электроду в
зазоре между кромками сообщают возвратно-поступательное движение
(до 150 мм) или используют несколько неподвижных или перемещаю-
щихся (рис. 3.59) электродов. В этом случае появляется возможность
сварки металла сколь угодно большой толщины.
Техника сварки. Электрошлаковый процесс устойчиво протекает
при плотностях тока около 0,1 А/мм2 (при дуговой сварке порядка 20 ...
30 А/мм‘). Поэтому возможна замена проволочных электродов на пла-
стинчатые (рис. 3.60) или ленточные электроды. Однако если невозмож-
но использование механизма подачи пластинчатых электродов (недоста-
ток места над изделием и др.) и при сварке изделий сложного сечения
Рис. 3.59. Схемы процесса
многоэлектродной
электрошлаковой сварки:
а - тремя электродами
(стрелками указано возможное
возвратно-поступательное
движение электродов):
б - десятью неподвижными
электродами
ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ СВАРКА
155
Рис. 3.60. Схема
электрошлаковой сварки
пластинчатым
электродом; стрелками ука-
зано направление
подачи электродов
Рис. 3.61. Схема электрошлаковой сварки
плавящимся мундштуком:
а - общий вид;
б - положение составного пластинчатого
электрода в зазоре свариваемого стыка
(пластинчатый электрод должен быть неподвижен) для компенсации не-
достатка металла для заполнения пространства между электродами и
кромками основного металла, используют способ сварки плавящимся
мундштуком. В этом случае пластинчатый электрод по форме может по-
вторять форму свариваемых кромок и быть составным (рис. 3.61).
Токоподвод к электродной проволоке осуществляется через сколь-
зящий контакт с пластинчатым расплавляющимся электродом (мундшту-
ком). Олин из приемов наплавки плоских поверхностей показан на рис.
3.62, а. При электрошлаковой контактной стыковой сварке (рис. 3.62, 6)
стержней различного поперечного сечения после образования металличе-
ской ванны требуемого объема происходят выключение сварочного тока
и осадка верхнего стержня. Этим способом можно приваривать стержни
к плоской поверхности.
Устойчивость электрошлакового процесса, форма шва и глубина
проплавления основного металла зависят от параметров режима сварки.
К основным параметрам относятся: скорость сварки vCB, сварочный ток
/св, скорость подачи проволоки (электрода) vnp, напряжение сварки L'CB,
толщина свариваемого металла, приходящаяся на один электрод, рас-
стояние между электродами z. Вспомогательные составляющие режима:
зазор между кромками 6Р, состав флюса, глубина шлаковой ванны Аши,
156
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Рис. 3.62. Схемы
электро шлаковой наплавки (а)
и контактной
электрошлаковой сварки (£).
Стрелками обозначено:
А - направление перемещения
формирующего ползуна;
/> - возвратно-поступательные
движения электродов;
В - направление подачи стержня
в шлаковую ванну
скорость возвратно-поступательных движений электрода, его "сухой"
вылет Л, сечение электродов и др. Глубина шлаковой ванны в зависимо-
сти от силы сварочного тока изменяется от 25 до 70 мм. Скорость воз-
вратно-поступательного движения электрода 25 ... 40 м/ч, "сухой" вылет
электрода 60 ... 80 мм. Влияние некоторых параметров режима сварки на
ширину провара показано на рис. 3.63, б - е.
С увеличением силы тока увеличивается скорость расплавления
электрода и растет глубина металлической ванны в. Ширина шва изме-
няется незначительно (рис. 3.63, б). С увеличением скорости подачи
электрода vnp (обычно составляет 100 ... 500 м/ч) конец электрода погру-
жается в шлаковую ванну более глубоко. Это уменьшает напряжение
сварки t/CB, глубину металлической ванны Лмв и ширину шва Ьпр
(рис. 3.63, в и г)). Коэффициент формы шва (формы металлической ван-
ны) ф - Ь„р / Ли в уменьшается с ростом силы тока и повышается с увели-
чением диаметра элекгрода и напряжения сварки.
Число электродных проволок, их диаметр и сечение пластинчатых
электродов или плавящихся мундштуков, скорость, их подачи и другие
параметры выбирают таким образом, чтобы получить скорость и напря-
жение сварки, обеспечивающие устойчивость процесса и требуемые раз-
меры и форму шва.
Применение электрошлаковой сварки вносит коренные изменения в
технологию производства крупногабаритных изделий. Появляется воз-
можность замены крупных литых или кованых деталей сварно-литыми
или сварно-коваными из более мелких поковок или отливок.
ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ СВАРКА
157
Рис. 3.63. Зависимость размеров и формы шва (а)
от основных параметров электрошлаковой сварки (б - е).
Значения параметров сварки за исключением рассматриваемого:
/св - 600 A; v„p = 40 м/ч; Г/Сп = 38 ... 40 В; = 20 мм
Заготовки под сварку следует соби-
рать с учетом усадки стыка после сварки.
Для плотного прилегания ползунов и
формирующих устройств к кромкам сты-
ка последние зачищают от заусенцев,
окалины и т.д. на ширину до 100 мм. Для
вывода за пределы шва усадочной рако-
вины в конце шва (рис. 3.64) устанавли-
вают выводные, а вывода непроваров в
начале шва - входные планки, которые
после сварки удаляют резкой. Для начала
сварки в карман, образованный входны-
Рис. 3.64.
Установка выводных (а)
и входных (б) планок
при электрошлаковой сварке
158
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
ми планками, засыпают флюс, который плавится сварочной дутой до по-
лучения шлаковой ванны требуемых размеров. После этого дуга шунти-
руется шлаком, и процесс переходит в бездуговой - электрошлаковый.
Перед началом сварки можно заливать шлак, расплавленный в спе-
циальном кокиле. Для наведения электрошлаковой ванны можно исполь-
зовать специальные флюсы, электропроводные в твердом состоянии.
Оригинален процесс сварки кольцевых швов (рис. 3.65). Сварку начина-
ют на входной планке /. В процессе дальнейшей сварки при вращении
изделия дефектный участок в начале шва 2 вырезают для замыкания шва.
При замыкании шва вращение изделия прекращается и начинается пере-
мещение сварочной установки вверх (стрелка Б на рис. 3.65, б), как при
обычной сварке прямолинейного шва. Замыкание шва и вывод усадочной
раковины осуществляют с помощью специального кармана из пластин 3
или коки ля. Типы сварных соединений и вид сварных швов, получаемых
при электрошлаковой сварке, показаны на рис. 3.66.
В процессе электрошлаковой сварки металл шва и околошовной зо-
ны находится длительное время при высоких температурах и подвергает-
ся значительному перегреву. В результате происходит разупрочнение
сварочного соединения и снижение его ударной вязкости. Для восстанов-
ления свойств применяется последующая термообработка. Для снижения
длительности пребывания металла при высоких температурах в шлако-
вую ванну вводят дополнительную присадку в виде порошкообразного
материала (рубленая проволока с гранулами 0,2 ... 1,6 мм) или произво-
дят соответствующее принудительное охлаждение поверхности шва и
околошовной зоны водяным душем.
Рис. 3.65. Элеетрошлаковая сварка кольцевого шва:
а - вырезка дефектов в начале сварки; 6 - замыкание шва;
стрелки: А - направление вращения изделия; Б - перемещение автомата
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ПРИМЕНЕНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ 159
Рис. 3.66. Основные типы сварных соединений,
выполняемых электрошлаковой сваркой:
а и б - стыковые; вид- тавровые; г - угловое; е - переменного сечения
3.10. ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ПРИМЕНЕНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ
Сущность и техника дуговой резки. Основные процессы дуговой
резки основаны на расплавлении металла в месте реза и удалении его за
счет давления дуги и собственного веса, а в некоторых случаях и допол-
нительного потока воздуха. Резку, как правило, выполняют вручную
угольными или покрытыми металлическими электродами и используют
для чугуна, высоколегированных сталей, цветных металлов и сплавов.
Качество реза обычно низкое, с неровными кромками, покрытыми шла-
ком и сплавившимся металлом. Перед последующей сваркой требуется
обязательная механическая обработка. Производительность резки не-
высокая.
Однако этот способ не требует специального оборудования и может
быть осуществлен там, где выполняется дуговая сварка. Дуговая резка
возможна в различных пространственных положениях. Подобная универ-
сальность способствует применению (особенно в монтажных условиях)
дуговой резки для углеродистых и низколегированных сталей. Резку
можно выполнять как разделительную, так и поверхностную для выплав-
ления канавок в основном металле, удаления дефектов в сварных швах и
литейных отливках и т.д.
160
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
30-60°
При разделительной резке изделие устанавливают в положение, в
котором наиболее благоприятны условия для вытекания расплавленного
металла из места реза. При вертикальных резах резку ведут сверху вниз,
для того чтобы выплавляемый металл не засорял выполненный разрез.
Для отклонения дуги магнитным дутьем в направлении реза второй сва-
рочный кабель присоединяют сверху у начала разреза. Разделительную
резку начинают с кромки или с середины листа. В последнем случае вна-
чале прорезают отверстие. Затем, накло-
нив электрод так, чтобы кратер был рас-
положен на торцовой кромке реза, оплав-
ляют ее (рис. 3.67). Если толщина разре-
заемого металла меньше диаметра элек-
трода, последний располагают перпенди-
кулярно поверхности и просто перемеща-
ют вдоль линии реза без дополнительных
колебаний.
Рис. 3.67. Дуговая резка
металлическим электродом
При поверхностной резке электрод наклоняют к поверхности под
углом 5 ... 20° и перемещают, частично погружая его конец в образовав-
шуюся полость. Широкие канавки выплавляют с поперечными колеба-
ниями электрода в вертикальном положении. Глубина канавки зависит от
скорости перемещения дуги и наклона электрода. Глубокие канавки вы-
полняют за несколько проходов. Для прорезания дугой круглых отвер-
стий различного размера электрод устанавливают перпендикулярно к
поверхности и возбуждают дугу возможно большей длины.
Для вырезки больших отверстий вначале прорезают маленькое от-
верстие, несколько отступив внутрь от края реза, а затем рез продолжают,
выводя его на края основного отверстия. Особое внимание при дуговой
резке следует обращать на предохранение от брызг и капель металла и
шлака, которые могут вызвать ожоги и загорания.
Для дуговой резки металлическим электродом используют толстопо-
крытыс электроды, обычно те же, что и для сварки. Род тока зависит от
марки электрода. На скорость разделительной резки основное влияние ока-
зывают толщина металла, диаметр электрода и величина тока (табл. 3.6).
С увеличением толщины металла скорость резко уменьшается. Для резки
угольными или графитовыми электродами используют постоянный ток
прямой полярности, так как в этом случае на изделии выделяется больше
теплоты. Науглероживание кромок реза затрудняет их последующую
механическую резку. Ширина реза больше, чем при использовании ме-
таллического электрода. При воздушно-дуговой резке металл расплавля-
ется угольной дугой и выдувается потоком воздуха, подаваемого парал-
лельно электроду под давлением 0,4 ... 0,6 МПа.
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ПРИМЕНЕНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ 161
3.6. Режимы дуговой резки металлическим электродом
Металл	Толщина, мм		Диаметр электрода, мм	Сила тока, А
Низкоуглеродистая сталь, чугун	6	... 50	4	300
			5	400
Коррозийно-стойкая сталь	6	... 25	4	225
			5	300
Медные сплавы	6	... 12	5	300
При строжке электрод располагают под углом 30 ... 45° к поверхно-
сти металла и, перемещая его рабочим концом вперед, несколько углуб-
ляют дугу. Глубина канавки зависит от силы тока, скорости резки и угла
наклона электрода. Чем круче наклон электрода, тем глубже выплавляе-
мая канавка. При необходимости получения уширенных канавок концу
электрода сообщают поперечные колебания. Диаметр электрода выбира-
ют на 2 ... 4 мм меньше ширины выплавляемой канавки.
При разделительной резке электрод располагают под углом 60 ...
90° к поверхности изделия и при повышенной толщине металла переме-
щают с колебаниями конца электрода от нижней к верхней кромке реза.
При резке металла толщиной более 20 мм рекомендуется последователь-
но выплавлять канавки. При каждом последующем проходе желательно
использовать электрод меньшего диаметра. При поз душ но-дуговой резке
используют постоянный ток обратной полярности. При резке чугуна
лучшие результаты дает переменный ток (табл. 3.7). Некоторое примене-
ние, например при производстве спирально-шовных труб, находит спо-
соб резки дугой, горящей под флюсом. При этом используют повышен-
ные плотности тока.
Сущность и техника дуговой сварки и резки под водой. Сварка и
резка под водой возможны в специальных обитаемых камерах (кессонах),
когда место сварки свободно от воды. При этом техника сварки не отли-
чается от обычной сварки на воздухе. Однако в большинстве случаев при
ремонтных и монтажных работах сварку приходится выполнять непо-
средственно в воде. В этом случае сварщик погружается под воду в водо-
лазном скафандре на глубину до 40 м.
о 7162
162
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
3.7. Режимы воздушнодуговой резки
Резка	Толщина металла, мм	Диаметр угольного электрода, мм	Сила тока. А
Поверхностная	—	6	250 ... 270
		8	350 ... 370
		10	450... 500
		12	550
Разделительная	До 10	6... 8	250... 350
	10... 14	8 ... 10	350... 450
	14... 25	10... 12	450... 550
При сварке в воде дуга горит в газовом пузыре, находящемся на
торце электрода и образованном за счет испарения и разложения воды,
продуктов электродного покрытия, паров металлов. Удержанию газового
пузыря на конце электрода способствует козырек, образующийся из-за
более медленного расплавления покрытия электрода, которое охлаждает-
ся водой. Газовый пузырь непрерывно изменяет свой объем, так как часть
газов удаляется на поверхность. Газ пузыря состоит преимущественно из
водорода. Это способствует наводороживанию металла шва и образова-
нию в нем пор, снижению его пластичности. Поэтому необходимо предо-
хранять покрытие электродов от насыщения водой.
Влага в покрытии приводит также и к его разрушению, что делает
электрод непригодным к работе. Водонепроницаемость покрытия элек-
трода, особенно при работе в морской соленой воде, необходима для
уменьшения утечек сварочного тока, которые могут достигать десятков
ампер. По этой причине при сварке и резке в воде применяют специаль-
ные держатели, изолированные по всей поверхности. Водонепроницае-
мость покрытию электродов придают пропиткой и покрытием поверхно-
сти электрода специальными водонепроницаемыми составами (парафин,
раствор целлулоида в ацетоне, бакелитовый лак и т.д.). При удовлетвори-
тельном изготовлении электродов луга горит так же устойчиво, как на
воздухе. ’’Мокрая сварка" может осуществляться механизировано порош-
ковыми проволоками с локальным осушением рабочей зоны - оттеснение
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ПРИМЕНЕНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ 163
воды из реакционной зоны из мини-бокса осуществляется с помощью
углекислого газа или смесью аргона с кислородом. Для сварки использу-
ются полуавтоматы.
С увеличением глубины погружения возрастает напряжение дуги и
ее проплавляющее действие. Сварка возможна в различных пространст-
венных положениях. Во время работы в воде образуется много мути за
счет конденсата паров дуги, что снижает видимость; кроме того, дугу
трудно поддерживать ввиду малой устойчивости сварщика, особенно при
быстром течении воды. В этих условиях наиболее рациональна сварка
опиранием электрода на козырек. По этой же причине наиболее благо-
приятны угловые швы в нахлесточных и тавровых соединениях, когда
кромка шва служит направляющей для перемещения электрода.
При сварке опиранием в нижнем положении электроду придают на-
клон в сторону перемещения на 60 ... 70° и в вертикальном и потолочном
положениях - на 35 ... 40°. Изменяя наклон электрода и скорость его пе-
ремещения, регулируют размеры шва. При большом объеме разделки ее
заполняют за несколько проходов (табл. 3.8). Наплавленный металл при
сварке низкоуглеродистых сталей имеет удовлетворительный химиче-
ский состав и механические свойства. Однако при сварке закаливающих-
ся сталей свойства сварного соединения понижены из-за подкалки вслед-
ствие интенсивного охлаждения водой.
Сварку в воде можно выполнять также плавящимся или вольфрамо-
вым электродом в аргоне или плавящимся электродом в среде защитного
газа. В этом случае дуга горит в пузыре, образованном защитным газом
на срезе сопла. Сварку вольфрамовым электродом выполняют вручную, а
плавящимся электродом - с помощью полуавтоматов. Качество швов при
сварке вольфрамовым электродом выше, чем при плавящемся электроде.
3.8. Режимы ручной дуговой сварки под водой
Толщина металла, мм	Диаметр электрода мм	Сила тока, А	Примечание
4...6	4	200 ... 230	—
6... 10	5	250 ... 300	—
Свыше 10	4	220 ... 240	1-й слой
	5 ...6	300 ... 400	2-й и последующие слои
164
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Механизмы подачи присадочной проволоки помещают в водонепрони-
цаемые контейнеры и спускают под воду. Аппаратные ящики расползта-
ют над водой. Имеется положительный опыт сварки под водой с исполь-
зованием плазмы.
Резку под водой можно выполнять двумя способами. При одном
способе используют электроды со сплошным металлическим стержнем и
водонепроницаемым покрытием. Электроды для резки отличаются от
электродов для сварки повышенной толщиной покрытия, составляющего
до 30 % массы электрода, обычно специального состава. После возбуж-
дения дуги электрод отклоняют в сторону, противоположную резу, и,
надавливая на него, перемещают вниз по кромке. При этом расплавлен-
ный металл удаляется давлением дуги и соскабливанием ею козырьком
покрытия. При достижении нижней кромки электрод быстро возвращают
к верхней кромке реза и процесс повторяют.
При плохой видимости резку выполняют образованием ряда отвер-
стий - проколов и разрезкой перемычек между ними. Для образования
прокола вертикально расположенным к поверхности электродом возбуж-
дают ду|у и, нажимая на электрод, пос'1ененно углубляют его конец в ван-
ну металла, расплавляемого горящей под козырьком дугой, до образования
отверстия. Резкой можно удалять дефекты в сварных швах и разделывать
трещины. Для этого элекзрод устанавливают с наклоном на 15 ... 30°.
При выплавке вертикальных трещин процесс ведут сверху вниз. Го-
ризонтальные трещины выплавляют продольными возвратно-поступа-
тельными движениями, соскабливая козырьком покрытия расплавленный
металл. Недостатком подводной резки является необходимость использо-
вания больших токов (500 ... 1000 А) и быстрое снижение скорости резки
с возрастанием толщины металла (табл. 3.9).
3.9. Режимы дуговой резки под водой
Толщина стали, мм	Диаметр электрода, мм	Сила тока, /А
До 8	5	400
8... 15	5	500
15 ...30	6	700
30... 40	7	800
40 ... 60	8	900 ... 1000
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ПРИМЕНЕНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ 165
Возможна также механизированная подводная разделительная резка
порошковыми проволоками.
При другом способе резки - электрокислородном - процесс основан
на нагревании металла теплотой дуги, сжигании его и выдувании продук-
тов сжигания струей режущего кислорода. При этом плавится и сгорает и
сам электрод. Электрод представляет собой цельнотянутую или сверну-
тую из ленты трубку из низкоуглеродистой стали с наружным диаметром
7 ... 10 мм и отверстием диаметром 1,5 ... 4 мм. длиной 350 ... 450 мм.
На поверхность трубки наносят влагонепроницаемое покрытие.
Режущий кислород подается к месту реза по внутреннему каналу
электрода через держатель, который осуществляв! и токоподвод. Резку
обычно ведут методом опирания. Для этого после пуска кислорода (если
нет специального клапана) возбуждают дугу и перемещают электрод
вдоль оси до прорезания металла на всю толщину (табл. 3.10). При не-
большой толщине металла электрод можно перемещать и вдоль линии
реза. При начале реза не с кромки изделия необходимо прорезать круглое
отверстие. Основным недостатком этого способа резки является большой
расход электродов.
Сущность и техника сварки дугой, вращающейся в магнитном
поле. Интересно применение дуги при перемещении ее специально соз-
даваемым внешним магнитным полем. На рис. 3.68, а показана схема
сварки кольцевых стыков труб. Дуга вращается по внутренней поверхно-
сти кольцевого медного охлаждаемого водой электрода и по внешней
поверхности свариваемых кромок труб. Взаимодействие магнитного поля
дуги, создаваемого радиально направленным током и аксиально направ-
ленным магнитным полем в зазоре между грубами и электродом, созда-
ваемым внешним электромагнитом, вызывает перемещение дуги. После
3.10. Режимы электрокислородной резки под водой
Толщина стали, мм		Сила тока, А		Давление кислорода, атм	
5 ..	10	300.	. 200	3 .	.4
10.	.. 20	320.	. 340	4 .	. 5
20.	.. 50	340.	.360	5 .	.6
50.	.. 80	360 .	.375	6.	. 7
166
СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Рис. 3.68. Сварка дугой, вращающейся в магнитном поле:
а - дуга, горящая между неплаяящимся электродом и поверхностью 1рубы;
б - ду1а. горящая между кромками свариваемых труб;
в - дуга, горящая между вольфрамовым )лсктродом и поверхностью изделия:
/ - трубы; 2 - каtушка или катушки электромагнитов;
3 - дут а; 4 - электрод; .5 - трубная доска
необходимого разогрева кромок груб происходит их осадка вдоль оси
труб. Трубы с толщиной стенки до 1,5 мм собирают без зазора и свари-
вают без осадки.
При сварке по схеме, представленной на рис. 3.68, б, трубы собира-
ют с определенным зазором. Дуга возбуждается в зазоре между кромка-
ми; направление тока дуги совпадает с осью труб. Катушки создают
внешние магнитные потоки, направленные встречно, что приводит к соз-
данию в зазоре между трубами радиальной составляющей магнитного
поля. Взаимодействие радиальной составляющей с магнитным полем
дуги приводит к перемещению дуги по кромкам труб. После их оплавле-
ния производят осадку труб вдоль их оси.
Трубы к трубной решетке (рис. 3.68, в) также приваривают дугой,
перемещаемой под влиянием совместного взаимодействия продольного
магнитного поля и магнитного поля дуги. Анодное пятно дуги находится
на вольфрамовом электроде. Скорость перемещения дуги по кромке тру-
бы достигает нескольких метров в секунду, и зрительно создается впе-
чатление горения одной конусной дуги.
В рассмотренных случаях перемещения дуги в магнитном поле ее
скорость зависит от величины сварочного тока, напряженности внешнего
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
167
магнитного поля, металла изделия и ряда других условий сварки. Ис-
пользуя бегущее магнитное поле, такое же как в статорах электродвига-
телей переменного тока, можно управлять скоростью вращения дуги.
Контрольные вопросы
1.	Перечислите газы, применяемые при газопламенной обработке.
2.	Форма и строение газового пламени.
3.	Какие металлургические взаимодействия происходят в зоне свар-
ки при газопламенной обработке?
4.	Какие структурные превращения происходят в металле шва и
околошовной зоне при газовой сварке?
5.	Техника газовой сварки.
6.	Сущность и техника газовой резки.
7.	Сущность и техника ручной дуговой сварки покрытыми электро-
дами.
8.	Каковы приемы и последовательность сварки швов и заполнения
разделки?
9.	Назовите способы повышения производительности ручной дуго-
вой сварки покрытым электродом.
10.	Сущность и техника сварки угольным электродом без защиты.
11.	Сущность дуговой сварки под флюсом.
12.	Какое влияние оказывают параметры режима сварки пол флюсом
на форму и размеры шва?
13.	Техника автоматической сварки под флюсом.
14.	Защитные газы и их назначение при дуговой сварке.
15.	Сущность и техника сварки в защитных газах неплавящимся
электродом.
16.	Сущность и техника сварки в защитных газах плавящимся элек-
тродом.
17.	Сущность и техника сварки порошковыми проволоками.
18.	Сущность и техника сварки и резки плазменной струей.
19.	Сущность и техника электронно-лучевой и лазерной сварки.
20.	Сущность электрошлаковой сварки.
21.	Техника электрошлаковой сварки.
22.	Сущность и техника дуговой резки.
23.	Сущность и техника дуговой сварки и резки под водой.
Глава 4
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ И
ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ
4.1.	ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОБОРУДОВАНИЮ
Посты для электрической ручной и механизированной сварки и ус-
тановки для автоматизированной сварки плавлением содержат:
-	оборудование, обеспечивающее питание источника сварочной
теплоты - электрической дуги, шлаковой ванны, электронного или свето-
вого луча и т.п.;
-	сварочный манипулятор, предназначенный для закрепления и
перемещения детали при сварке (перемещение электрода может обеспе-
чиваться специальными устройствами в самоходных головках;
-	оборудование, обеспечивающее необходимую защиту сваривае-
мого металла от окисления и загрязнения с помощью флюса, потока или
атмосферы защитного газа или вакуума.
Источники питания сварочной дуги излагаются в специальном курсе
и в данной книге не рассматриваются.
Качество сварного шва зависит не только от применяемых свароч-
ных материалов. При ручной и полуавтоматической сварке оно во мно-
гом определяется искусством сварщика. При автоматической сварке - от
точности выдерживания параметров режима сварки: скорости подачи
электрода, сварочного тока, скорости сварки, направления электрода по
стыку и др.
Жесткие требования по точности выполнения устанавливаемых ре-
жимов предъявляются к манипуляторам и механизмам перемещения сва-
рочного источника теплоты в автоматизированных установках. Допусти-
мы следующие колебания скорости перемещения: при сварке под флю-
сом ±5 %; при аргонодуговой сварке тонколистовых металлов ±2 %; в
установках для электронно-лучевой и лазерной сварки менее ±1 %. Точ-
ность установки свариваемых изделий и отклонение положения стыка
при сварке не должно превышать 20 ... 25 % поперечного размера пло-
щади пятна ввода теплоты в изделие, т.е. при сварке под флюсом это со-
ставляете I ... 2 мм; при микроплазменной - не более 0,25 мм; при элек-
тронно-лучевой и лазерной (в зависимости от диаметра луча) от ±0,1 мм
до ±10 мкм.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОБОРУДОВАНИЮ 169
Конструкции сварочных установок имеют особенности, связанные с
защитой персонала от вредного воздействия различного характера в про-
цессе выполнения сварочных операций. В качестве примера можно ука-
зать на наличие устройств для отсоса вредных газов при термической
резке и сварке; экранов и щитков, предохраняющих персонал от интен-
сивного ультрафиолетового и светового излучения при дуговой, плаз-
менной или лазерной сварке; элементов конструкций установок для элек-
тронно-лучевой сварки, обеспечивающих защиту от рентгеновского из-
лучения.
Пример комплектации стационарного поста для ручной сварки при-
веден на рис. 4.1.
Основной инструмент при ручной дуговой сварке - электрододер-
жатель. Основные параметры и технические требования, предъявляемые
к электроде держателям, маркировка, методы испытания их установлены
ГОСТ 14651-78 (в ред. 1989 г.).
Конструкция электрододержателя должна обеспечивать замену элек-
трода в течение не более 4 с и закрепление электрода в одной плоскости не
менее чем в двух положениях - перпендикулярно и под углом, а также на-
дежное присоединение многожильных кабелей с медными жилами.
Рис. 4.1. Стационарный пост для ручной сварки:
/ - источник питания; 2 - сварочный стол; 3 - газоотсос;
4 - ящик для инструмента; 5 - электрододержатель; б - ящик с электродами
170
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Рис. 4.2. Электрододержатель ЭП:
/ - защитный пружинный колпачок; 2 - пружина;
3 - рычаг с верхней губкой; 4 - теплоизоляция; 5 - нижняя губка;
6 - конус резьбовой втулки крепления сварочного кабеля
Эле ктродо держатели серии ЭП (рис. 4.2) пассатижного типа предна-
значены для использования при сварочных токах 50 и 250 А. Усилием
цилиндрической пружины электрод зажимается между нижней губкой,
по которой к нему подводится электрический ток, и рычагом. Канавки в
зажиме, расположенные под различными углами, позволяют закреплять
электрод под двумя углами к продольной оси электрододержателя. Ога-
рок освобождается нажатием на рычаг. Сварочный кабель подсоединяет-
ся к электрододержателю путем механического зажатия кабеля с раскли-
ниванием конца между корпусом нижней губки и конусом втулки. Элек-
трододержатель изолируется теплостойкими полимерными деталями.
Для ручной дуговой сварки не плавящимся электродом в защитных
газах разработаны и серийно выпускаются держатели типа ЭЗР (рис. 4.3).
Наружная цанга держателя электрода поворотом колпачка / втягивается
и фиксирует сопло 5. Одновременно наружная цанга сжимает внутрен-
нюю цангу, которая закрепляет вольфрамовый электрод концентрично
относительно сопла. На пластмассовой рукоятке расположен вентиль
регулировки подачи газа 2.
Имеются держатели с водяным и воздушным охлаждением. Держа-
тели типа ЭЗР предназначены для работы на постоянном и переменном
токе.
АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И 11АПЛАВКИ 171
Рис. 4.3. Электрододержатель для сварки неплавящимся электродом ЭЗР:
/ колпачок: 2 - газовый вентиль; 3 - корпус;
4 - газо- и токополводящие коммуникации; 5 - сопло
4.2.	АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ
Для обеспечения высокого качества сварного соединения, которое
выражается в идентичности параметров полученного шва по всей его
длине, необходимо, чтобы сварочная аппаратура обеспечивала выполне-
ние следующих операций:
-	подвод к электроду и изделию сварочного тока;
-	нагрев электродного или присадочного металла и свариваемых
кромок;
-	подачу в сварочную ванну этого металла со скоростью, равной
скорости его плавления;
-	перемещение электрода вдоль шва с необходимой точностью;
-	защиту' зоны сварки от воздействия воздуха.
В зависимости от необходимого конкретного технологического ре-
жима аппаратура должна обеспечивать и некоторые вспомогательные
операции (колебания электрода, искусственное формирование ванны,
засыпку и уборку флюса и т.п.). Эти операции выполняют вручную или с
помощью сварочного автомата.
При дуговой сварке качество шва получается стабильным, если на
протяжении его выполнения сохраняется заданный режим сварки, т.е.
совокупность следующих факторов:
Основные:
-	сила сварочного тока, А;
-	скорость подачи электродной проволоки, м/ч;
172
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
-	сечение электродной проволоки, мм2;
-	напряжение на электроде при холостом ходе и горении дуги, В;
-	скорость образования шва (скорость сварки), м/ч;
-	отклонение электрода от оси шва, мм.
Дополнительные:
-	поперечное перемещение электрода:
а) размах, мм; б) частота, Гц;
-	вылет электрода, мм;
-	состав и строение флюса, покрытие электрода,
-	температура основного металла, °C;
-	наклон электрода или проволоки, °;
-	расход защитного газа, л/мин;
-	положение изделия в месте сварки.
Все отклонения от установленного режима или траектории шва уст-
раняют вручную, ориентируясь по показаниям приборов, или с помощью
автомата.
В данной главе рассмотрены лишь основные типы наиболее распро-
страненной аппаратуры для дуговой сварки и приведены характеристики
этой аппаратуры.
Основное назначение регуляторов сварочного режима - стабилиза-
ция или регулирование тока и напряжения дуги - основных параметров,
определяющих тепловложение в шов.
Регулирующее воздействие при этом оказывают: а) скорость подачи
электрода v3T1; б) напряжение (или эдс) источника питания О'нст; в) сопро-
тивление сварочной цепи Zc.
Все регуляторы по сложности систем регулирования деля гея на три
основные группы: саморегулирование, регулирование одного параметра
и регулирование двух параметров.
В основу принципа саморегулирования положена постоянная ско-
рость подачи электродной проволоки вне зависимости от напряжения,
тока сзарки или длины дуги. Устойчивость процесса сварки обеспечива-
ется изменением скорости плавления электродной проволоки при слу-
чайных колебаниях тока дуги, которые происходят при изменении ее
длины. Каждой фиксированной скорости подачи электродной проволоки
соответствует свой режим горения дуги, при котором скорость подачи
равна скорости плавления металла. При небольшом изменении длины
дуги меняются режим плавления электрода и упомянутые две скорости.
В результате длина дугового промежутка начнет восстанавливаться.
АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ 173
Экспериментальные и расчетные
данные и длительный производствен-
ный опыт эксплуатации сварочных
аппаратов с постоянной скоростью
подачи электродной проволоки, ис-
пользующих саморегулирование ду-
ги, показали, что существуют пре-
дельные значения тока, ниже которых
процессы установления заданного
режима сварки за счет саморегулиро-
вания дуги при его случайных изме-
нениях недопустимо затягиваются
(кривая А на рис. 4.4), и предельные
значения токов, ниже которых устой-
чивость горения дуги становится не-
достаточной для получения качествен-
ных сварных соединений (кривая 6).
Рис. 4.4. Кривые зависимости
силы тока дуги от
диаметра проволоки
Значения тока, лежащие выше кривой Л, обеспечивают хорошие ре-
зультаты при сварке аппаратами с постоянной скоростью подачи элек-
тродной проволоки. Для значений токов, находящихся ниже кривой
устойчивый процесс сварки под флюсом на переменном токе вообще не-
возможен. Заштрихованное между кривыми Л и Я пространство соответ-
ствует тем значениям токов, при которых нельзя получить устойчивый
процесс сварки при постоянной скорости подачи электродной проволоки.
Аппараты с постоянной скоростью подачи проволоки отличаются
простотой и надежностью. Настройка скорости подачи производится или
ступенчато (сменные шестерни или ролики, коробка скоростей), или
плавно (механические вариаторы, двигатели постоянного тока).
Установку, в которой автоматизирован только режим горения дуги,
принято называть полуавтоматом для дуговой сварки, а установку в ко-
торой автоматизировано еще и перемещение головки вдоль стыка - сва-
рочным автоматом.
Полуавтоматы для дуговой сварки имеют высокие эксплуатацион-
ные свойства за счет применения тонкой сварочной проволоки (диамет-
ром до 2,5 мм) при высоких, до 200 А/мм2, плотностях тока. Процесс са-
морегулирования режима горения дуги происходит достаточно интен-
сивно и позволяет компенсировать все колебания длины дугового про-
межутка, возникающие при ручном ведении сварочной головки вдоль
стыка. В этих условиях скорость подачи электрода устанавливается в
174
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
соответствии с необходимым режимом сварки и остается неизменной в
течение всего времени выполнения шва.
В состав наиболее распространенных - шланговых - полуавтоматов
входят (рис. 4.5): горелка / или комплект горелок со шлангом 2; меха-
низм подачи электродной проволоки 3: кассета, катушка или другие уст-
ройства 4, являющиеся емкостями для электродной проволоки; шкаф или
блок управления 5 (если он конструктивно не объединен с источником
питания); источник питания 6; провода для сварочной цепи 7 и цепей
управления 8; редуктор и аппаратура для регулирования и измерения
расхода газа 9; шланг для газа 10 (в полуавтоматах для сварки в защит-
ных газах); подогреватель газа (в полуавтоматах для сварки в углекислом
газе); специальный инструмент, запасные и быстроизнашивающиеся со-
ставные части полуавтомата, а также эксплуатационная документация.
Полуавтоматы для сварки без внешней защиты не имеют газовой
аппаратуры.
Основные параметры полуавтоматов для дуговой сварки плавящим-
ся электродом должны соответствовать ГОСТ 18130-79 (в ред. 1989 г.).
Для того чтобы полуавтоматическая сварка могла успешно соперни-
чать с прогрессивными методами ручной сварки, она должна сочетать
преимущества автоматической сварки с маневренностью, универсально-
стью и гибкостью ручной.
Рис. 4.5. Шланговый полуавтомат для сварки в защитных газах
АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ 175
Высокие эксплуатационные свойства современных сварочных полу-
автоматов достигаются за счет применения тонкой электродной проволоки,
проталкиваемой к электрической дуге по гибкому направляющему шлангу,
который позволяет разместить относительно тяжелый механизм для пода-
чи проволоки на значительном расстоянии от зоны сварки (рис. 4.6).
Сварочный полуавтомат (рис. 4.6) содержит кассету с проволокой /,
подающее устройство 2, гибкий направляющий шланг 3 и ручной держа-
тель или горелку 4. Электродная проволока 5 сматывается с кассеты и
проталкивается ведущим 6 и прижимным 7 роликами через канал и го-
релку в дугу. В канале проволока находится в сжатом состоянии; усилие
сжатия изменяется от максимального при входе в канал до нуля в нако-
нечнике 8 горелки.
Для мягких проволок или проволок из металла с высоким коэффи-
циентом трения, а также для проволок малого диаметра (менее 0,8 мм)
полуавтоматы толкающего типа неприменимы. В этом случае применя-
ются полуавтоматы тянущего типа, т.е. с механизмом подачи, располо-
женным в рукоятке горелки (рис. 4.7).
Сварку со шлангами большой длины можно осуществлять путем
применения так называемых систем "тяни-толкающего" типа (рис. 4.8).
Они содержат механизм подачи /, проталкивающий проволоку через ка-
нал J, и тянущий ее механизм 2. При такой схеме подачи в канале устра-
няется волнообразное расположение проволоки, снижается число точек
трения между проволокой и каналом.
Рис. 4.6. Шланговый полуавтомат толкающего типа
176
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Рис.4.7. Шланговый полуавтомат тянущего типа:
/ - тянущие ролики; 2 - механизм подачи; 3 - кассета с проволокой;
4 - гибкий шланг
Рис. 4.8. Шланговый полуавтомат "тяни-толкаюшего" типа
Размещение тянущего механизма в ручной горелке излишне ее утя-
желяет. Поэтому такие устройства применяют в исключительных случаях.
В настоящее время при производстве электросварочного оборудова-
ния все шире используют принципы унификации и агрегатирования, по-
зволяющие из малого числа составных элементов получать аппараты раз-
АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ 177
личного назначения. Этот метод дает большой экономический эффект на
всех стадиях: от проектирования аппаратуры до эксплуатации и ремонта.
Показательна в этом отношении серия унифицированных полуавто-
матов для сварки в защитных газах. Основное преимущество полуавто-
матической сварки - большая гибкость и универсальность при сварке
самых различных конструкций - реализуется только при условии воз-
можного изменения компоновочной схемы аппарата.
Переносной полуавтомат (рис. 4.9, а) отличается малыми габарит-
ными размерами (362 х 234 х 153 мм). В передвижном варианте полуав-
томата (рис. 4.9, б) запас проволоки может быть увеличен до 20 кг, а для
работы с тяжелой бухтой проволоки массой 80 ... 100 кг механизм пода-
чи укрепляют на специальной тележке (рис. 4.9, в). При стационарной
Рис. 4.9. Компоновка полуавтомата
для дуговой сварки плавящимся электродом:
а - переносною для сварки в труднодоступных местах; б - передвижного;
в - передвижного с большим запасом проволоки; г - стационарного;
/ - газовый баллон; 2 - источник питания; 3 - блок управления;
4 - механизм подачи электродной проволоки; 5 - горелка;
6 кассета с электродной проволокой
178
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
работе полуавтомата механизм подачи устанавливают на поворотной
консольной балке, обеспечивая при повороте максимальный радиус дей-
ствия во всех направлениях (рис. 4.9, г).
Наибольшее расстояние между механизмом подачи и источником
питания или шкафом управления 15 м.
Электродвигательный привод - единый для всех типов механизмов
подачи. Он включает в себя специальный электродвигатель постоянного
тока, цилиндрический редуктор и устройство подачи проволоки с веду-
щими роликами. Механизм подачи снабжают тормозным устройством, на
котором закреплены различные унифицированные кассеты с проволокой:
КО-01 на 5 кг проволоки, КО-02 на 12 кг и КУ-01 на 20 кг проволоки.
При использовании тележки проволоку укладывают в большую кассету
КУ-03. На механизме подачи может быть размещен выносной пульт
управления полуавтоматом.
Полуавтоматическая сварка осуществляется унифицированными го-
релками (рис. 4.10), соединенными с механизмом подачи трехметровым
шлангом с помощью быстродействующих разъемов.
Наконечники, сопла, разъемы и другие элементы горелок унифици-
рованы между собой, что позволяет в процессе эксплуатации легко вы-
брать и использовать наиболее удобную в данных условиях сварочную
горелку. Рабочий инструмент полуавтомата - горелка (см. рис. 4.10) со-
Рис. 4.10. Горелка для полуавтоматической сварки
плавящимся электродом в защитных газах
АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ 179
держит изогнутый мундштук 5 с переходной втулкой 2 и наконечником
6У рукоятку / с гашеткой 4 пусковой кнопки, защитный щиток 7 и сопло 8
для создания вокруг зоны сварки защитной атмосферы 9. Сопло изолиро-
вано от наконечника и может легко заменяться. Переходная втулка имеет
ряд отверстий 5, расположенных перпендикулярно направлению подачи
проволоки и предназначенных для подвода в зону сопла защитного газа.
Это обеспечивает получение ламинарного газового потока.
При сварке в углекислом газе брызги прилипают к соплу и наконеч-
нику, ухудшая газовую защиту зоны сварки и образуя токоведущую пе-
ремычку между соплом и наконечником горелки. Для снижения вероят-
ности прилипания брызг применяют различные сопла: охлаждаемые, со-
ставные с изоляционной прокладкой, металлокерамические и др. Не-
сколько снижают прилипание брызг теплостойкие покрытия или хроми-
рование сопла. Эффективно применение защитных смазок, например,
силиконовых (раствора кремнийорганических соединений). При наличии
смазки на поверхности сопла и наконечника, брызги металла не привари-
ваются, а только прилипают, поэтому они легко удаляются.
Основные пути повышения технико-экономических показателей по-
луавтоматов, по которым разрабатывали серии унифицированных аппа-
ратов, следующие:
1.	Увеличение глубины регулирования и стабильности скорости по-
дачи проволоки с помощью современных схем управления, мощных
электродвигателей и специальных ведущих роликов без насечек.
2.	Применение в полуавтоматах для сварки легких металлов, леги-
рованных сталей и сплавов импульсных источников питания дуги.
3.	Дистанционное управление режимом сварки с выносного пульта
управления.
4.	Возможность использования при необходимости большого запаса
проволоки в любом исполнении полуавтомата.
5.	Возможность установки в кассетах стандартных бухт проволоки
без предварительной перемотки.
6.	Создание быстродействующих соединительных разъемов, обеспе-
чивающих минимальное время монтажа оборудования, и их унификация
по различным группам аппаратов.
7.	Исключение из компоновки промежуточного шкафа управления
при однопостовом питании благодаря встраиванию аппаратуры управле-
ния в источник.
Унифицированные полуавтоматы обеспечивают повышение произ-
водительности труда не только благодаря возможности вести сварку на
180
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
форсированных режимах (при больших скоростях подачи проволоки) и
импульсной дугой, но также благодаря сокращению затрат на подготови-
тельно-заключительные и вспомогательные операции и обслуживание
оборудования.
При защите шва газом полуавтомат комплектуют газовым баллоном
с регулирующей аппаратурой.
Для автоматической сварки применяют аппараты различных ти-
пов. В качестве основного оборудования для автоматической дуговой
сварки (наплавки) используют сварочные автоматы, станки и установки.
Автоматы для дуговой сварки применяются как с плавящимся, так и
с неплавящнмся электродами. В промышленности наибольшее распро-
странение получили сварочные автоматы для сварки плавящимся элек-
тродом. Поэтому ниже рассматриваются главным образом эти автоматы.
Автоматы для дуговой сварки (наплавки) плавящимся электродом
обеспечивают выполнение механизмами без непосредственного участия
человека, в том числе и по заданной программе, следующих операций:
возбуждение дуги в начале сварки; поддержание дугового процесса; по-
дачу сварочных материалов (электрода или присадочного материала, за-
щитного газа или флюса) в зону дуги; относительное перемещение дуги
вдоль линии сварного соединения путем перемещения сварочного авто-
мата или изделия; прекращение процесса сварки.
Автоматы тракторного типа для дуговой сварки (наплавки) плавя-
щимся электродом классифицируются по следующим признакам
(ГОСТ 8213-75): а) способу защиты зоны дуги (Ф - для сварки под флю-
сом, I' - для сварки в защитных газах, ФГ - для сварки как в защитных
газах, гак и под флюсом); б) роду применяемого сварочного тока (для
сварки постоянным, переменным, переменным и постоянным током);
в) способу охлаждения (с естественным охлаждением токопроводящей
части сварочной головки и сопла, с принудительным охлаждением - во-
дяным или газовым); г) способу регулирования скорости подачи элек-
тродной проволоки (с плавным регулированием, плавно-ступенчатым и
ступенчатым); д) способу регулирования скорости сварки (с плавным
регулированием, плавно-ступенчатым и ступенчатым); е) способу подачи
электродной проволоки (с независимой от напряжения на дуге подачей и
зависимой от напряжения на дуге подачей); ж) расположению автомата
относительно свариваемого шва (для сварки внутри колеи, для сварки
внутри и вне колеи).
Аналогично можно классифицировать автоматы подвесные, само-
ходные и несамоходные.
АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ 181
В состав сварочных (наплавочных) дуговых автоматов входят: сва-
рочный инструмент (сварочные мундштуки или горелки); механизм по-
дачи электродного или присадочного материала; механизм перемещения
вдоль линии соединения; механизм настроечных, вспомогательных и
корректировочных перемещений; устройства для размещения электрод-
ного или присадочного материала; флюсовая или газовая аппаратура;
системы управления; источники сварочного тока; средства техники безо-
пасности.
Основные параметры автоматов тракторного типа для дуговой свар-
ки плавящимся электродом должны соответствовать ГОСТ 8213-75.
Аналогично этому подвесные самоходные и несамоходные автоматы для
дуговой сварки плавящимся электродом имеют примерно такие же ос-
новные параметры.
Для направления движения автомата вдоль стыка разработаны раз-
личные конструкции указателей положения головки, копирующих роликов
и систем слежения за стыком. Указатели, жестко связанные с мундштуком,
движутся впереди него по стыку и позволяют оценить отклонение дуги от
середины свариваемого стыка. Это отклонение сварщик устраняет вруч-
ную. Ручные корректоры обеспечивают точность направления электрода
-t(l,5... 2,5) мм и эффективны при скоростях сварки до 60 м/ч.
Ведущие копирные ролики - опорные для тележки трактора автомата
при сварке следуют непосредственно по разделке стыка (рис. 4.11, а и б)
или шаблону, копирующему форму стыка (рис. 4.11, в). Механические
копиры просты, надежны в работе, но требуют глубокой разделки, посто-
янного зазора в стыке или установки специального направляющего шаб-
лона, а также специальных выездных площадок для начала или оконча-
ния швов.
Следящие системы косвенного действия (бесконтактные) применя-
ют в тех случаях, когда невозможно использовать механические копиры
(стыковые швы без зазора и разделки кромок, швы прямолинейные и др.).
Как правило, такие системы содержат датчик Д (рис. 4.12), регистри-
рующий отклонение шва /, усилитель-преобразователь УП, перерабаты-
вающий информацию, исполнительный механизм ИМ, воздействующий
на положение мундштука М. При компоновке (см. рис. 4.12, а), когда
датчик установлен впереди мундштука, система обладает рядом недос-
татков, свойственных механическим копирам.
Более точное копирование достигается при компоновке по так назы-
ваемой линии 2 или установленному шаблону (рис. 4.12, б). Опорной ли-
нией может служить риска, нанесенная параллельно кромкам одновре-
182
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Рис. 4.11. Механические роликовые копиры
Рис. 4.12. Схема действия бесконтактных следящих систем
менно с обработкой последней, линия, проведенная краской (или окраска
кромок), наклейка цветной полосы и др. Однако нанесение опорной ли-
нии связано с выполнением дополнительной операции и снижает произ-
водительность процесса.
Эффективное решение задачи копирования применение запоми-
нающего устройства ЗУ (рис. 4.12, в). Датчик Д, расположенный на рас-
АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ 183
стоянии / впереди мундштука А/, передает через усилитель УП сигнал
записывающему устройству ЗУ. Сигнал записывается на магнитной или
бумажной ленте. Лента движется относительно записывающей 3 и считы-
вающей Ч головок со скоростью, равной скорости сварки. Таким образом,
за то время, пока мундштук пройдет путь /, записанный сигнал попадает
под считывающую головку Ч, которая через усилитель передает команду
исполнительному механизму ИМ. Надежность и эффективность следящей
системы зависят в первую очередь от типа и конструкции датчика.
Фотоэлектрический датчик основан на изменении величины фото-
тока в элементе / (рис. 4.13, а) в зависимости от интенсивности отражен-
ного опорной линией 2 светового потока, излучаемого осветителем 3 и
сфокусированного оптической системой 4. При отклонении луча от
опорной линии интенсивность потока изменяется, что передается через
усилитель 5 к исполнительному механизму 6 следящей системы. Недос-
татком этого способа копирования является чувствительность фотодат-
чика к посторонним источникам света, в том числе к бликам дуги.
Электромагнитный датчик основан на изменении магнитной прони-
цаемости сплошного тела и тела, собранного из двух частей (рис. 4.13, б).
При расположении среднего стержня электромагнита против стыка
(х = 0) магнитный поток в обеих ветвях магнитопровода одинаков. Так
как магнитные потоки в каждой из ветвей направлены встречно, суммар-
ная эдс системы равна нулю. При смещении системы поперек шва (х * 0)
равенство двух магнитных потоков нарушается. Электромагнитные дат-
чики весьма чувствительны к величине зазора и отсутствию зазора, а
также к превышению кромок. Определенное влияние оказывает окалина,
присутствующая на поверхности свариваемых кромок.
Рис. 4.13. Схема действия бесконтактных датчиков
слежения за стыком:
а - фотоэлектрического; б - электромагнитного
184
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Существуют датчики, основанные на использовании излучения ра-
диоактивных изотопов, состоящие из источника а-, Р- или у-излучения и
приемника излучения, расположенных по обе стороны стыка. Сваривае-
мое изделие ослабляет интенсивность излучения, пропуская только узкий
пучок лучей против стыка. Кроме того, существуют пневматические и
другие датчики, которые практически не получили распространения.
Отклонение мундштука по вертикали приводит к изменению длины
дуги, в результате чего изменяется настройка системы дуга - источник
питания, температура предварительного разогрева электрода и, следова-
тельно, скорость его плавления. Это может вызвать непровар кромок,
искажение формы шва и другие изменения.
В аппаратах рельсового типа применяют ручные или механизиро-
ванные с ручным управлением корректоры для изменения или поддержа-
ния длины дуги. При механическом копировании весь сварочный аппарат
или только головку подвешивают таким образом, что они могут плавать
по вертикали, упираясь в одну из свариваемых кромок. Устройства тако-
го типа применяют в тех случаях, когда масса плавающей части аппарата
сравнительно невелика и когда есть площадка для выхода упорного ро-
лика или устройство для его фиксации в конце шва.
Рис. 4.14. Электромеханический
регулятор вылета электрода
В аппаратах тяжелого типа часто
применяют релейно-контактные системы
регулировки длины дуги (рис. 4.14). За-
зор / между кнопками выключателя оп-
ределяет допустимые колебания длины
дуги. При минимально допустимой дли-
не h под действием ролика 2 рычаг 3
нажимает на концевик 4 и по команде
усилителя У электродвигатель М подни-
маем всю систему 1 на заданный шаг. То
же происходит при предельном увеличе-
нии длины дуги.
4.3.	АППАРАТУРА ДЛЯ СВАРКИ
НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ И ПЛАЗМЕННОЙ СВАРКИ
Схема процесса сварки неплавяшимся электродом показана на
рис. 4.15, а. В качестве электрода / применены стержни из вольфрама,
графита или других тугоплавких электропроводных материалов. Сварка
происходит в газовой среде, которая защищает зону сварки и разогретый
АППАРАТУРА ДЛЯ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ 185
Рис. 4.15. Схема процесса сварки неплавящимся электродом:
/ - электрод; 2 зажим электрода; 3 сопло. 4 дуга;
5 - сварочная ванна; 6 - присадочный стержень
электрод от контакта с воздухом и которая вследствие ионизации создает
условия для устойчивого существования дугового разряда. Как правило,
сварку неплавящимся электродом ведут в инертном газе или азоте и
только при использовании 1рафитового электрода применяют углекис-
лый газ.
Шов при сварке неплавящимся электродом образуется за счет оп-
лавления кромок. При необходимости используют присадочную прово-
локу б (рис. 4.15, б).
Сварку неплавящимся электродом выполняют вручную, полуавто-
матически (механизирована подача присадочной проволоки) или автома-
тически, когда механизированы передвижение электрода и подача приса-
дочной проволоки.
При сварке с присадочной проволокой последняя подается по гиб-
кому направляющему каналу так, как это имеет место в шланговых полу-
автоматах для плавящегося электрода. Проволока электрически изолиро-
вана от сварочного напряжения дуги. Скорость подачи присадочной про-
волоки выбирают в соответствии с ее диаметром и мощностью дуги. I 1о-
скольку проволока поступает в ванну по касательной к поверхности сва-
риваемой детали, желательно режим сварки выбрать таким образом, что-
бы скорость сварки и скорость подачи присадочной проволоки были рав-
ными. В этом случае оператор как бы опирается на конец подаваемой
проволоки, контролируя при этом скорость движения горелки.
186
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
При ручной сварке сварщики подают присадочный материал вруч-
ную, прутками.
Автоматическая сварка неплавящимся электродом сводится к пере-
мещению сварочной горелки или изделия по заданной траектории с за-
данной скоростью. Подача вольфрамового электрода вследствие незна-
чительного его расхода (порядка сотых долей грамма на 1м шва), как
правило, не механизируется.
На рис. 4.16, а представлена схема горелки для механизированной
сварки вольфрамовым электродом. Электрод 10 зажат в токоподводящей
цанге 2 при помощи маховика 7. Для изменения положения электрода
относительно сопла / служит маховик 5, при вращении которого охлаж-
даемая проточной водой обойма 6 передвигается в корпусе 4. Цанга 2 -
сменная деталь, предназначенная для электродов определенного диамет-
ра. Газ поступает через штуцер 8 по зазору между обоймой и корпусом 9.
Рис. 4.16. Головка для автоматической сварки неплавящимся электродом
АППАРАТУРА ДЛЯ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ 187
Требования к конструкции сопл и характеру истечения газа при
сварке неплавяшимся электродом такие же, как и при сварке плавящимся
электродом, однако отсутствие брызг позволяет широко применять кера-
мические сопла и газопроницаемые сеточные вкладыши 3 (газовые лин-
зы) для получения ламинарного потока газа.
При сварке неплавяшимся электродом качество шва в большой сте-
пени зависит от величины дугового промежутка. В большинстве случаев
достаточно применения ручных корректоров или механических копир-
ных устройств, аналогичных ранее описанным. Когда дуговой промежу-
ток должен соблюдаться с большой точностью, применяют автоматиче-
ские регуляторы, реагирующие на изменение напряжения дуги, интен-
сивность ее светового излучения или на изменение расстояния между
изделием и электромагнитным щупом.
Автоматическую сварку с подачей присадочной проволоки выпол-
няют головками (рис. 4.16, 6), снабженными кроме горелки /, механиз-
мом подачи проволоки 2, катушкой 3, направляющим шлангом 4 с нако-
нечником 5 и системой корректоров 6-8. Последние определяют поло-
жение наконечника 5 относительно горелки /. В ряде случаев для надеж-
ного прижатия проволоки к свариваемым кромкам служит ролик. Иногда
по технологическим соображениям (например, для повышения произво-
дительности сварки или наплавки) присадочную проволоку предвари-
тельно подогревают при помощи ТВЧ или пропусканием через участок
проволоки электрического тока.
При обычной дуговой сварке дуга горит свободно между электро-
дом и изделием. Однако если при помощи каких-либо приемов не дать
возможность дуге занять ее естественный объем, принудительно сжать
ее, то температура дуги (плазменной струи) значительно повысится.
В плазмотронах сжатие дуги чаще всего осуществляется газовым
потоком, который, проходя сквозь узкое сопло, ограничивает поперечные
размеры дуги (рис. 4.17). Газ, подаваемый внутрь плазмотрона, выходит
сквозь узкое отверстие в сопле, оттесняя дугу от стенок. Для устойчивой
работы плазмотрона стенки сопла охлаждаются водой и при работе оста-
ются холодными. Пристеночный охлажденный слой газа изолирует плаз-
му от сопла как в электрическом, так и в тепловом отношении. Поэтому
дуговой разряд между электродом внутри горелки и изделием (или со-
плом) стабилизируется и проходит сквозь центральную часть отверстия в
сопле. Способ сварки сжатой дугой часто называют также плазменно-
дуговой сваркой или сваркой плазменной струей.
188
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Рис. 4.17. Конструкция плазмотронов с аксиальной (а) (прямого действия) и
тангенциальной (0 (косвенного действия) подачей газа
Для сжатия дуги также иногда применяют продольное магнитное
поле, ось которого совпадает с осью столба дуги. Сжатый в области со-
пла столб дуги сохраняет свои поперечные размеры на значительном
удалении от него, до 15 ... 20 мм.
На практике находят применение два основных способа включения
плазменных горелок (см. рис. 4.17). В первом - дуговой разряд существу-
ет между стержневым катодом, размещенным внутри горелки по ее оси и
нагреваемым изделием (плазменная струя прямого действия). Такие
плазмотроны имеют кпд выше, так как мощность, затрачиваемая на на-
грев металла, складывается из мощности, выделяющейся в анодной об-
ласти, и мощности, передаваемой аноду струей плазмы.
Во втором - дуга горит между катодом и соплом, которое подклю-
чается к положительному полюсу источника питания (плазменная струя
косвенного действия). Струей газа, истекающей из сопла, часть плазмы
столба дуги сжимается и выносится за пределы плазмотрона. Тепловая
энергия этой плазмы, складывающаяся из кинетической и потенциальной
энергий ее частиц, используется для нагрева и плавления обрабатывае-
мых изделий. В большинстве случаев общая и удельная тепловые энер-
гии невелики, поэтому такие плазмотроны используют для сварки тонких
изделий в микроплазменных установках для пайки и обработки неметал-
лов, так как изделие не обязательно должно быть электропроводным.
АППАРАТУРА ДЛЯ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ 189
Для надежной стабилизации дуги и оттеснения ее от стенок сопла
применяют осевую или тангенциальную подачу газа (см. рис. 4.17). Для
устранения турбулентностей в осесимметричных потоках их формируют
с помощью специальных конструкций сопл и вкладышей.
В дуговых процессах с неплавящимся электродом изменение силы
гока при изменении напряжения дуги приводит к неравномерности глу-
бины проплавления металла и нарушению стабильности процесса. По-
этому при плазменно-дуговой сварке оптимальными внешними характе-
ристиками источника питания являются крутопадающие или даже верти-
кальные характеристики, позволяющие значительно изменять напряже-
ние при постоянстве силы тока. Источники питания с вертикальными
характеристиками появились сравнительно недавно, применительно к
плазменно-дуговым процессам.
Существует специальное оборудование для ручной и механизиро-
ванной плазменно-дуговой сварки, наплавки и резки. Оно отличается от
ранее описанных сварочных устройств конструкцией горелки-плазмо-
трона. Существует множество горелок, отличающихся конструкцией ка-
тода (стержневой, полый, дисковый), способом охлаждения (водой, воз-
духом), способом стабилизации дуги (газом, водой, магнитным полем),
родом тока, составом плазмообразующей среды и т.д.
С увеличением скорости истечения
плазменной струи нарушается ламинар-
ность потока. Кроме того в засопловом
участке степень обжатия столба дуги
уменьшается. В связи с этим в последние
годы получают все большее распростране-
ние горелки с вторичным фокусирующим
и защитным потоком газа (рис. 4.18). Газ
подается под углом к оси горелки и как бы
омывает столб дуги, интенсивно охлаждая
его, благодаря чему при удалении от сопла
несколько уменьшается диаметр столба
дуги. При этом высокая концентрация
плазменного потока достигается при срав-
нительно малой скорости истечения. Такие
горелки, называемые иглоплазменными
или микроплазменными, позволяют полу-
чить остроконечную плазменную дугу в
области малых токов (0,5 ... 30 А).
Рис. 4.18. Схема
микроплазменной
горелки для сварки
плазменной дугой:
/ - рабочий газ;
2 - фокусирующий газ
190
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
4.4.	АППАРАТУРА ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ
Автоматы состоят из следующих узлов: самоходного сварочного ап-
парата, с которым связаны медные водоохлаждаемые башмаки, форми-
рующие шов; источника питания; бункера с флюсом; кассет с электрод-
ной проволокой; аппаратуры управления.
Электрошлаковая сварка вертикальных швов предусматривает од-
новременное выполнение следующих операций: нагрев шлаковой ванной
свариваемых кромок и присадочного материала до температуры их плав-
ления; подачу в зазор между кромками электродного и дополнительного
металла; подвод к электроду сварочного тока; удерживание сварочной
ванны в зазоре; перемещение источника нагрева и формирующих уст-
ройств по мере образования шва; возвратно-поступательное перемещение
источника нагрева в зазоре для равномерного проплавления кромок тол-
стого металла и др.
Указанные операции выполняет комплекс механизмов, образующих
сварочный аппарат. В зависимости от назначения и от степени механиза-
ции такой аппарат содержит механизмы, способные выполнять все пере-
численные функции.
Как и для дуговой сварки, рассматриваемые в настоящем разделе
аппараты по способу перемещения разделяются на самоходные (рельсо-
вые и безрельсовые) и подвесные. Конструкция сварочного аппарата за-
висит также от типа электрода: для сварки проволочными и пластинча-
тыми электродами или плавящимся мундштуком. Многие элементы ап-
паратов аналогичны устройствам того же назначения в аппаратах для
дуговой сварки.
На рис. 4.19 схематически показана конструкция безрельсовового
автомата для сварки вертикальных швов, где связь между тележкой и
изделием обеспечивается действием мощных пружин 7, прижимающих
ходовые ролики 5 к обеим сторонам свариваемого изделия /. Шлаковая
ванна 2 формируется ползунами 3, жестко связанными с тележкой. На
тележке же расположен и бункер с флюсом 6. Подающие ролики 8 про-
талкивают электродную проволоку 4 сквозь мундштуки в шлаковую ван-
ну. С помощью корректоров 9 устанавливают положение сварочных
электродов относительно краев ванны. Кассеты 10 с проволокой могут
размещаться непосредственно на тележке или на полу, если установка
стационарная.
При неизбежных колебаниях режима сварки при постоянных скоро-
стях подачи электрода и скорости перемещения аппарата может произой-
ти изменение уровня шлаковой ванны или жидкого металла. Уровень
АППАРАТУРА ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ
191
Рис. 4.19. Автомат для электрошлаковой сварки вертикальных швов
тремя проволочными электродами
шлаковой ванны поддерживается постоянным регулированием подачи
флюса. Контроль осуществляется визуально или с помощью щупа, опус-
каемого в ванну. Уровень металлической ванны стабилизируется путем
воздействия на скорость перемещения аппарата, так как если воздейство-
вать на скорость подачи электрода, это вызовет изменения сварочного
тока, а следовательно, и тепловложения в шлаковую ванну.
Для получения непосредственной информации о положении метал-
лической ванны могут быть использованы дифференциальные термопары
/, впаянные в ползун 2 (рис. 4.20, а) и образующие две встречно-включен-
ные пары: константан - медь и медь - константан. Один спай располагают
выше требуемого уровня металлической ванны, другой - ниже. Результи-
рующая эдс пропорциональна разности температур в местах спая и равна
нулю, когда уровень металлической ванны находится между точками при-
пайки термопар. Колебания уровня нарушают баланс эдс и через блоки
управления (БУ) подают сигнал исполнительному механизму на повыше-
ние или понижение скорости движения аппарата. Регуляторы такого типа
чувствительны к интенсивности охлаждения ползуна, расстоянию между
электродом и ползуном и к толщине шлаковой корки.
192
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Рис. 4.20. Схемы действия датчиков регулирования
уровня металлической ванны
Применяются системы, в которых перед одним из ползунов разме-
щен контейнер с излучателем (например, изотоп кобальта Со60), а на дру-
гом, противоположном ползуне, помещена счетная трубка (регистратор).
Действие датчика основано на разнице в коэффициентах поглощения
у-излучения расплавленными шлаком и металлом. Однако регуляторы
такого типа относительно сложны и требуют принятия особых мер безо-
пасности* Известны регуляторы, основанные на изменении магнитной
проводимости нагретого металла при достижении точки Кюри, воспри-
нимаемом магнитным датчиком, встроенным в ползун.
Наибольшее распространение получила система, основанная на из-
мерении падения напряжения в расплавленном шлаке между щупом 4 и
металлической ванной 3 (рис. 4.20, б). Щуп питается от специального
трансформатора. Паление напряжения в шлаке пропорционально рас-
стоянию / и служит сигналом исполнительному механизму. При малом
расстоянии между щупом и металлической ванной падение напряжения
на щупе незначительно, что вызовет движение аппарата вверх. С увели-
чением падения напряжения скорость перемещения аппарата уменьшится
вплоть до его остановки.
Весьма эффективна система, основанная на сопротивлении металли-
ческой и шлаковой ванн вихревым токам, индуктируемым обмотками (0(
и аъ (рис. 4.20, в). Обмотки выбраны таким образом, чтобы они создавали
в среднем стержне встречные, равные по величине потоки. При смеще-
нии положения уровня металлической ванны равенство нарушается,
вследствие чего в обмотке со3 индуктируется эдс, являющаяся сигналом
исполнительному механизму.
АППАРАТУРА ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ
193
Кроме специфичных схем автоматического поддержания уровня ме-
таллической ванны, для таких аппаратов характерны три рабочих меха-
низма: подачи электродных проволок, вертикального перемещения аппа-
рата, возвратно-поступательного перемещения электродов поперек шва.
Аппараты для электрошлаковой сварки различаются: способом пе-
ремещения, числом и типом электродов, наибольшей толщиной свари-
ваемого металла. Аппараты рельсового типа обладают рядом преиму-
ществ. так как дают возможность отказаться от специальных устройств
для выхода аппарата в конце шва, позволяют создать установки, в кото-
рых рельс, а. следовательно, и аппарат крепятся к несущей конструкции
независимо от изделия (что особенно важно при сварке кольцевых швов),
создать наибольшее количество комбинаций узлов при сварке различных
швов и изделий. В зависимости от толщины металла применяются одно-,
двух- и трехэлектродные аппараты.
При сварке металла юлщиной до 100 мм можно обойтись без ряда
сложных механизмов, свойственных универсальным аппара гам тяжелого
гипа. Поскольку наиболее длинные швы встречаются при сварке металла
сравнительно небольшой толщины (до 100 мм), язя сварки таких изделий
целесообразно применять безрельсовые аппараты, перемещающиеся не-
посредственно по изделию, копируя его при сварке. При этом возможна
сварка швов практически любой длины.
Сварка электродами большого сечения. Применение электродов
большого сечения позволяет значительно упростить как технику элек-
грошлаковой сварки, так и аппаратуру язя их осуществления, по сравне-
нию с электрошлаковой сваркой электродной проволокой. Из других
преимуществ этого способа можно назвать возможность получения на-
плавленного металла, однородного по химическому составу с основным,
простоту изготовления электродов.
Способ электрошлаковой сварки электродами большого сечения
включает в себя сварку пластинчатым электродом, сварку ленточным
электродом, сварку по бифилярной схеме. Способ сварки пластинчатым
электродом широко применяется при изготовлении изделий из меди,
алюминия, титана, коррозионно-стойких и жаропрочных сталей. При
сварке углеродистых и низколегированных сталей этот способ применя-
ется крайне редко в связи с использованием язя этих целей электрошла-
ковой сварки плавящимся мундштуком.
Аппарат для сварки плавящимся мундштуком содержит только ме-
ханизм подачи электродов и устройство подвода тока к мундштуку. Он
снабжен струбциной для закрепления его на свариваемом изделии.
7	7162
194
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Механизм позволяет подавать по каналам плавящегося мундштука
одну - четыре проволоки. Для точной установки мундштука относитель-
но зазора между кромками струбцина обеспечивает аппарату пять степе-
ней свободы. Струбцина электрически изолирована от аппарата.
Аппарат можно подвешивать над свариваемым изделием или закре-
плять на консольной или портальной стационарной установке.
4.5.	УСТАНОВКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ
Для создания электронного луча требуется довольно глубокий ва-
куум, такой, чтобы средняя длина свободного пробега электронов бы-
ла больше расстояния от катода, где они образуются, до свариваемого
изделия.
Установки для электронно-лучевой сварки состоят из следующих
узлов: вакуумной камеры с откачной системой; сварочной электронной
пушки, создающей электронный луч; сварочного стола в системе пере-
мещения деталей; источника силового питания электронной пушки; сис-
темы управления установкой. В зависимости от размеров свариваемого
изделия в электронно-лучевых установках используют камеры соответст-
вующих размеров, позволяющие перемещать изделие для получения
сварных швов заданной конфигурации.
Часто в камере размещают сварочные манипуляторы на несколько
изделий, это значительно увеличивает производительность установок.
Так как поперечные размеры источника сварочной теплоты (элекгронно-
го луча) в этих установках малы, к точности работы манипуляторов
предъявляются повышенные требования. Так, отклонение свариваемого
стыка от необходимого положения допускается от нескольких микромет-
ров до 0,2 мм; отклонение скорости сварки не должно превышать ± 1 %
от номинального значения.
Электронный луч - источник теплоты, разогревающий и расплав-
ляющий металл, создается электронной пушкой, питающейся от блока
силового источника питания и блока нагрева катода, а управление энер-
гетическими параметрами луча осуществляется от блока управления мо-
дулятором (регулируется сила тока в луче), блока системы фокусировки
(регулируется поперечное сечение луча) и блока системы отклонения
луча (определяется местонахождение луча на детали и перемещение луча
по ней) (рис. 4.21).
Скорость перемещения луча по детали при сварке (скорость сварки)
определяется скоростью перемещения (вращения) самой детали или ско-
ростью отклонения луча. Механизмы сварочного манипулятора питаются
УСТАНОВКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ
195
Рис. 4.21. Блок-схема питания установки
для электронно-лучевой сварки
от блока питания системы перемещения детали. Система питания ваку-
умных насосов и система измерения и контроля вакуума в различных
частях установки также выделены в отдельные блоки.
Работа отдельных блоков общей электросхемы согласуется с помо-
щью блока коммутации и управления.
Электронные пушки. Электронно-лучевая пушка предназначена
для создания электронного луча, который и служит источником свароч-
ной теплоты. Параметры электронного луча, соответствующие техноло-
гическому процессу сварки, определяют основные требования к конст-
рукции электронной пушки.
В сварочных установках электронная пушка состоит из следующих
основных элементов: катод - источник электронов; анод - электрод с
отверстием в середине для пропускания луча к изделию, подключенный к
положительному полюсу силового выпрямителя; фокусирующий прика-
тодный электрод (модулятор), регулирующий силу тока в луче: фокуси-
рующая магнитная линза; отклоняющая магнитная система.
В диодных пушках прикатодный электрод имеет потенциал катода,
в триодных - на него подается отрицательный относительно катода по-
тенциал иц для управления силой тока в пушке. Комбинированные пуш-
7-
196
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Рис. 4.22. Схема
электронно-оптической системы
электронно-лучевой сварки:
/ - изделие; 2 - элекгронный луч;
3 - катод; 4 - прикатодный
управляющий элекзрод;
5 - анод; 6 - магнитная линза;
7 - система отклонения пучка;
8 фокусное пятно;
<7ф п - диаметр луча в фокусе
ки, т.е. с электростатической и
электромагнитной фокусировкой
пучка одновременно наиболее рас-
пространены в сварочных установ-
ках (рис. 4.22). В них применяются
термоэлектронные катоды.
В сварочных установках като-
ды обычно изготовляют из туго-
плавких металлов (тантала, вольф-
рама) или из гексаборида лантана.
Конструкции катода уделяется осо-
бое внимание, так как условия его
работы чрезвычайно тяжелые: вы-
сокая температура и интенсивное
разрушение под влиянием ионной
бомбардировки, а требования к
точности и сохранению размеров
его при работе очень высокие. От
самых незначительных деформаций
катода зависят в значительной сте-
пени параметры электронного луча.
Обычно срок службы катода со-
ставляет не более 20 ч непрерывной
работы, редко до 50 ч.
Мощность электронного луча
определяется произведением Рп =
= Ut /л и регулируется путем изме-
нения тока в нем (/л), что в любых
электронных пушках достигается
изменением температуры нагрева
катода. Но такой способ очень
инерционен и неудобен тем, что эта
зависимость нелинейна. Новый те-
пловой режим, а следовательно, и
новое значение тока устанавлива-
ются лишь через несколько секунд.
Более распространен метод регулирования тока путем подачи отри-
цательного (1 ... 3 кВ) относительно катода, потенциала на управляющий
катод. Скорость установления тока луча при импульсном открывании
УСТАНОВКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ
197
электронной пушки составляет примерно 2 мА/мкс. Для импульсного
управления током луча в электрической схеме установки предусмотрены
специальные электронные схемы, которые вырабатывают сигнал, пода-
ваемый на модулятор. Обычно схема позволяет плавно управлять вели-
чиной тока в луче.
Плотность тока в луче можно регулировать, меняя диаметр фокус-
ного пятна на изделии без изменения значения общего тока, используя
магнитную линзу. Такая линза представляет собой катушку с током, ось
которой совпадает с осью луча. Для повышения эффективности работы
ее помещают в ферромагнитный экран. В этом случае магнитное поле
концентрируется в узком немагнитном зазоре. Фокусное расстояние лин-
зы расстояние от середины этого зазора до минимального сечения про-
шедшего сквозь линзу пучка - определяется конструкцией линзы, анод-
ным напряжением пушки и током, протекающим по обмотке линзы.
Фокусное расстояние линейно зависит от анодного напряжения ус-
тановки, но не зависит от силы тока в луче. Параметры сварного шва не-
посредственно зависят от постоянства энергетических характеристик
электронного луча, в том числе его диаметра, так как размер последнего
определяет удельную мощность луча. Поэтому в электронно-лучевых
установках особое внимание уделяется постоянству анодного напряже-
ния. Применяют специальные меры для стабилизации его, что позволяет
устранить влияние колебаний напряжения сети, пульсаций силового вы-
прямителя и т.п.
Отклоняющие системы применяют для установки луча на шов или
некоторой корректировки его положения относительно стыка, перемеще-
ния луча вдоль оси стыка при выполнении сварного шва; периодического
отклонения луча при сварке с поперечными или продольными колеба-
ниями луча и при слежении за стыком во время сварочной операции.
Магнитное поле направлено поперек направления движения электронов,
а сила, отклоняющая траекторию электрона, действует перпендикулярно
оси луча и направлению магнитного поля.
Поскольку электронный пучок при отклонении расфокусируется, то
в сварочных установках отклонение его осуществляется на небольшие
углы, не более 7 ... 10°.
При сварке толстолистовых металлов, а также при сварке в проме-
жуточном вакууме неизбежно повышение ускоряющего напряжения, так
как этим путем прежде всего можно заметно уменьшить рассеяние пучка.
Однако повышение ускоряющего напряжения затрудняет совмещение
луча со стыком, требует специальной защиты персонала от рентгеновско-
го излучения; аппаратура усложняется.
198
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Рабочие камеры. Ввиду необходимости создания вакуума в камере,
где образуется и формируется поток электронов, в большинстве случаев
при электронно-лучевой сварке и само изделие размещают внутри ваку-
умной камеры, чтобы устранить рассеяние электронов. Это также обес-
печивает хорошую защиту металла шва. Но, с другой стороны, при этом
существенно ограничиваются возможности применения такого способа
сварки главным образом вследствие ограничения размеров свариваемых
изделий и малой производительности процесса, так как много времени
уходит на подготовку деталей к сварке. Поэтому наряду с высоковакуум-
ными установками разрабатывают и такие, где электронный луч выво-
дится из камеры пушки, в которой поддерживается высокий вакуум, и
сварка производится в низком вакууме (10'2... 10'1 мм рт. ст.).
Специальные установки разрабатывают для микросварки в произ-
водстве модульных элементов и различного рода твердых радиосхем.
Особенности заключаются в первую очередь в точном дозировании теп-
ловой энергии, перемещении луча по изделию с помощью отклоняющих
электрических и магнитных полей, совмещении нескольких технологиче-
ских функций, выполняемых электронным лучом в одной камере. По-
скольку вакуумные камеры и вакуумные системы стоят дорого, рацио-
нальности выбора их конструкций уделяется большое внимание.
Вес из существующих конструкций можно разделить условно на
следующие группы:
1)	универсальные установки для сварки изделий средних размеров;
2)	универсальные и специализированные для микросварки малога-
баритных деталей;
3)	специализированные установки для сварки изделий малых и
средних размеров;
4)	установки для сварки крупногабаритных изделий с полной их
герметизацией;
5)	установки для сварки крупногабаритных изделий с частичной
герметизацией места стыка;
6)	установки для сварки в промежуточном вакууме.
Установки первой группы предназначены в основном для использо-
вания в исследовательских и заводских лабораториях, а также в промыш-
ленности при единичном и мелкосерийном производстве. Они имеют
вакуумные камеры объемом 0,001 ... 4,0 м3 и манипуляторы для переме-
щения свариваемых деталей, позволяющие осуществлять наиболее уни-
версальные перемещения при выполнении сварных швов. Такие установ-
ки снабжают также системами наблюдения за областью сварки. Элек-
АППАРАТУРА ДЛЯ СВАРКИ ЛУЧОМ И ЛАЗЕРОМ
199
тронная пушка стационарная или перемешается внутри камеры с целью
начальной установки луча на стык.
Установки для сварки крупногабаритных деталей отличаются нали-
чием дорогостоящих вакуумных камер большого объема, куда детали
помещаются целиком. Часто электронные пушки, которые имеют гораздо
меньшие размеры, чем изделие, размещают внутри камеры. Сварной шов
выполняется при перемещении самой электронной пушки. Иногда, осо-
бенно при сварке обечаек кольцевыми швами, на камере размещают не-
сколько пушек, позволяющих за счет ликвидации продольного переме-
щения изделия уменьшить размеры камеры.
Для снижения затрат на оборудование и повышения производитель-
ности установок последние выполняют иногда лишь с местным вакууми-
рованием в области свариваемого стыка. Тогда откачиваемый объем со-
кращается, размеры установки в целом также получаются меньше, чем в
том случае, если все изделие помещать в камеру. Иногда, например, при
сварке трубопроводов (непосредственно при их укладке) без местного
вакуумирования, задачу решить не представляется возможным.
В некоторых случаях рабочая камера установки может быть откача-
на лишь до промежуточного вакуума (10‘* ... 10'2 мм рт. ст.). Диффузи-
онный насос для откачки рабочей камеры становится ненужным (для ка-
меры пушки он по-прежнему необходим, но малой мощности и малога-
баритный). В таких установках лучепровод, соединяющий камеру пушки
с камерой детали, проектируют с учетом создания необходимого перепа-
да давлений между камерами; иногда в лучепроводе предусматривают
даже промежуточную ступень откачки.
В электронно-лучевых установках особо важное значение приобре-
тает точность изготовления и сборки свариваемых деталей и слежение за
положением луча относительно свариваемого стыка. В системах слеже-
ния используют вторично-эмиссионные датчики, сигнал с которых пре-
образуется и направляет электронный луч на стык с помощью откло-
няющих катушек.
4.6.	АППАРАТУРА ДЛЯ СВАРКИ СВЕТОВЫМ ЛУЧОМ
И ЛУЧОМ ЛАЗЕРА
Источником света в таких установках служит либо мощная дуговая
лампа высокого давления, либо квантовый генератор. С помощью зеркал
и оптических линз свет фокусируется на свариваемом изделии в пятно
диаметром от 2 ... 3 мм до 20 ... 50 мкм.
200
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Рис. 4.23. Установка для сварки
световым лучом:
/ - дуговая лампа; 2 - отражатель;
3 - экранирующая насадка; 4 - стол
для закрепления свариваемых деталей
Схема конструкции уста-
новки с дуговой лампой как ис-
точником нагрева показана на
/ рис. 4.23. Источником света
служит дуговая ксеноновая лам-
па высокого давления, мощно-
стью 5 ... 10 кВт. Для фокуси-
ровки пучка на детали исполь-
зуют только отражательную оп-
тику, которая обеспечивает
меньшее поглощение света, чем
4 линзовая. Точное выполнение
поверхности рефлектора позво-
ляет получить пятно нагрева
диаметром 5 ... 6 мм при плот-
ности выделяемой энергии до
2500 Дж/см2.
Важное преимущество та-
ких установок - нагрев без не-
посредственного контакта с на-
гревателем, поглощение издели-
ем значительного количества
теплоты в установившемся ре-
жиме сварки и возможность на-
грева не только металлов, но и
непроводящих материалов.
В качестве другого источ-
ника световой энергии при свар-
ке применяют квантовый гене-
ратор (лазер).
Для технологического использования энергии света необходима его
фокусировка на минимально возможной площади, что в случае полихро-
матического излучения неосуществимо. При монохроматическом излу-
чении теоретически диаметр сфокусированного луча находится в преде-
лах 1,0 ... 0,4 мкм, но отсутствие идеальной монохроматичности и коге-
рентности луча может несколько увеличить этот диаметр. Монохромати-
ческий свет достаточной интенсивности получить при помощи обычных
источников не представляется возможным.
АППАРАТУРА ДЛЯ СВАРКИ ЛУЧОМ И ЛАЗЕРОМ
201
Традиционное для радиотехники генерирование колебаний при по-
мощи электронных потоков в данном случае оказалось неосуществимым
и получение когерентных электромагнитных колебаний в оптическом
диапазоне было осуществлено средствами квантовой электроники.
Квантовая электроника оперирует
отдельными молекулами и атомами, ис-
пользуя для генерации колебаний их резо-
нансные свойства.
Атомы, молекулы и кристаллы пред-
ставляют собой сложные микросистемы,
состоящие из ядер и электронов. Энергия
относительного движения частиц, состав-
ляющих атом или молекулу, в соответст-
вии с современными физическими воззре-
ниями может принимать только строго
определенные значения. Эти значения
энергии е0,	е2> •••> еп называют
уровнями энергии (рис. 4.24).
€
Рис. 4.24. Энергетические
уровни атома
Система энергетических уровней составляет энергетический спектр
атома; "нижний" уровень с минимальной энергией называется основным,
а остальные - возбужденными. Энергетический спектр атома зависит от
его структуры, а число электронов, обладающих данной энергией, назы-
вается населенностью уровня.
Если атому, находящемуся на основном уровне 80» сообщить энер-
гию, он может перейти на один из возбужденных уровней. Наоборот,
возбужденный атом может самопроизвольно (спонтанно) перейти на
один из нижележащих уровней, испустив при этом определенную пор-
цию энергии в виде кванта света (фотона). Именно такие спонтанные
процессы излучения и происходят в нагретых телах. Нагрев переводит
часть атомов в возбужденное состояние и при переходе в нижние состоя-
ния они излучают свет. Это излучение атомов происходит независимо
друг от друга. Кванты света хаотически испускаются атомами в виде так
называемых волновых цугов, которые не согласованы друг с другом во
времени и имеют различную фазу. Поэтому спонтанное излучение неко-
герентно. Кроме спонтанного излучения возбужденного атома существу-
ет индуцированное (вынужденное) излучение, когда атомы начинают
202
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
излучать энергию под действием внешнего электромагнитного поля. Яв-
ление вынужденного излучения дает возможность управлять излучением
атомов с помощью электромагнитных колебаний и таким путем усили-
вать или генерировать когерентное световое излучение.
Чтобы это осуществить практически, необходимо выполнение сле-
дующих условий:
1.	Необходим резонанс - совпадение частоты падающего света с од-
ной из частот vmn энергетического спектра атома. При этом переход атома
с уровня на уровень ея будет соответствовать переходу между анало-
гичными уровнями других таких же атомов, в результате чего будет осу-
ществлена генерация когерентного излучения.
2.	Наряду с вынужденным излучением света атомами, находящими-
ся на верхнем уровне происходит резонансное поглощение энергии
атомами, находящимися на нижнем уровне ст . Для генерации когерент-
ного света необходимо, чтобы число атомов на верхнем уровне е„ было
больше числа атомов на нижнем уровне гт, между которыми происходит
переход. В естественных условиях на более высоком уровне при любой
температуре всегда меньше частиц, чем на более низком. Для возбужде-
ния когерентного излучения надо принять специальные меры, чтобы из
двух выбранных уровней верхний был "заселен" больше, чем нижний.
Такое состояние вещества в физике называется "активным", или состоя-
нием с инверсной (обращенной) заселенностью. Для получения инверсии
заселенности уровней используется некоторое вспомогательное излуче-
ние (подкачка).
3.	В процессе генерации часть излучаемой световой энергии должна
все время оставаться внутри рабочего вещества, вызывая вынужденное
излучение все новыми порциями атомов, т.е. осуществляя обратную
связь. Это обычно выполняется при помощи зеркал по схеме, изображен-
ной на рис. 4.25. Зеркало / при этом отражает всю падающую на него
энергию. Зеркало 2 полупрозрачно и часть энергии оно пропускает из
рабочего пространства наружу (полезная энергия), а отраженная энергия
служит для вовлечения в генерацию новых порций рабочего вещества.
4.	Усиление, обеспечиваемое кристаллом, должно превышать неко-
торое пороговое значение, зависящее от коэффициента отражения полу-
прозрачного зеркала. Чем меньше этот коэффициент, тем больше должно
быть пороговое усиление, обеспечиваемое рабочим веществом, иначе
генерируемое рабочим веществом излучение затухнет.
АППАРАТУРА ДЛЯ СВАРКИ ЛУЧОМ И ЛАЗЕРОМ
203
Смммоя
энергия накачки
Рис. 4.25. Схема генерации излучения в твердотельном лазере
Выполнение этих условий позволяет создавать систему, способную
генерировать когерентное световое излучение. Такая система получила
название "оптический квантовый генератор" (ОКГ), или лазер.
Любой лазер независимо от конструктивного выполнения и схемы,
других конкретных особенностей состоит из следующих основных эле-
ментов:
I.	Рабочее зело (вещество), состоящее из ансамбля атомов или мо-
лекул, для которых может быть создана инверсия населенности.
2.	Система, позволяющая осуществлять инверсию необходимого
значения. Эта система обычно называется "системой накачки" и может
быть основана на различных физических явлениях.
3.	Оптический резонатор, который служит для осуществления взаи-
модействия излучения с рабочим веществом и в котором происходит от-
бор энергии от ансамбля генерирующих излучение частиц.
4.	Устройство для вывода энергии из резонатора.
5.	Системы управления концентрацией энергии и пространственной
ориентацией генерированного излучения.
6.	Различные специальные системы, связанные с конкретным при-
менением лазера.
В зависимости от типа применяемого рабочего вещества лазеры де-
лят на твердотельные, газовые, жидкостные и полупроводниковые.
По способу накачки энергией рабочего вещества лазеры делят на
ряд разновидностей, использующих следующие виды энергии:
оптическая накачка энергией в результате облучения вещества
мощным световым потоком;
- электрическая накачка, осуществляемая при прохождении через
вещее гво электрического тока;
химическая накачка, когда инверсия возникает вследствие хими-
ческой реакции, в которой принимает участие рабочее вещество.
204
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
В зависимости от режима работы лазеров они делятся на устройства,
работающие в непрерывном и импульсно-периодическом режимах.
В твердотельных лазерах в качестве рабочего вещества используют
твердые тела (синтетический рубин, итгриево-алюминиевый гранат, нео-
димовое стекло).
Схема твердотельного лазера приведена на рис. 4.26. Стержень /, из-
готовленный из рабочего вещества, помещается между двумя зеркалами.
Зеркало 2 полностью отражает все падающие на него лучи, а зеркало 3 по-
лупрозрачно. Для накачки энергии используется газоразрядная лампа 4,
которая для большей эффективности облучения кристалла помешается
вместе с ним внутрь отражающего кожуха 5, выполненного в виде эллип-
тического цилиндра. При размещении лампы и кристалла в фокусах эл-
липса создаются наилучшие условия равномерного освещения кристалла.
Питание лампы обычно осуществляется от специальной высоковольтной
батареи конденсаторов 6.
Рис. 4.26. Схема твердотельного лазера
АППАРАТУРА ДЛЯ СВАРКИ ЛУЧОМ И ЛАЗЕРОМ
205
В газовых лазерах в качестве рабочего тела используют газообраз-
ные вещества, причем накачка энергии в этих веществах, как правило,
осуществляется вследствие эффектов, связанных с прохождением элек-
трического тока через газ.
В качестве активных газов в этих лазерах используют аргон, неон,
криптон, ксенон, смеси гелия и неона, углекислый газ с примесью азота и
гелия (рис. 4.27).
Наибольшую мощность и кпд имеют газовые лазеры, генерирующие
колебания на молекулярных переходах. Типичный представитель этой
группы - лазер на углекислом газе. Молекула СО2 возбуждается элек-
тронными ударами в газовом разряде, причем для увеличения мощности
к СО2 добавляют молекулярный азот N2. Выходная мощность возрастает
благодаря резонансной передаче энергии от возбужденных молекул N2
молекулам СО2. Отношение парциальных давлений СО2 и N2 обычно вы-
бирается в пределах 1:1 ... 1:5 при суммарном рабочем давлении в не-
сколько сотен паскалей.
Мощность лазера на углекислом газе еще больше повышается при
добавлении к смеси гелия, поэтому в настоящее время газовые лазеры на
углекислом газе используют смесь СО2 » N2 + Не. Лазеры на углекислом
газе имеют весьма высокий кпд (теоретически - до 40 %, практически -
К ... 30%).
Электрический разряд в лазере на углекислом газе возбуждается в
охлаждаемой газоразрядной трубке, выполняемой обычно из стеклянной
трубы диаметром до 60 мм. Излучение с длиной волны 10.6 мкм выво-
дится через окно, выполненное из материала, пропускающего инфра-
красные лучи. Для этой цели используются кристаллы КВг, NaCl или Se.
Для лазера данной схемы с продольной прокачкой с 1 м длины резонато-
ра можно снимать мощность не более 50 Вт, из-за чего приходится зна-
чительно увеличивать длину трубы резонатора.
Рис. 4.27. Схема газового лазера с продольной прокачкой
206
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Наиболее эффективны лазеры на углекислом газе с поперечной от-
носительно линии электрического тока продувкой газа. Схема такого ла-
зера мощностью до 10 кВт приведена на рис. 4.28. Эта разновидность
газового лазера использует интенсивную прокачку газа через резонатор 3
с охлаждением его в теплообменнике 4. Электрический разряд возбужда-
ется между анодной плитой 2 и секционированным катодом /.
В качестве рабочего газа используют смесь СО2 + N2 + Не в соотно-
шении 1:20:20 при статическом давлении в разрядной камере 5 ... 8 кПа.
Расход газовой смеси через разрядную камеру составляет 2 ... 3 ь?/ч, для
чего используется мощная насосная система.
В лазере этого типа можно получить съем мощности до 16 Вт с 1 см5
газа при кпд до 17 %. Электроразрядные лазеры с поперечной прокачкой
газа работают в непрерывном режиме генерации и развивают мощность
до 50 кВт.
Падающий на поверхность вещества поток лучистой световой энер-
гии частично поглощается, а частично отражается. Из оптики известно,
что доля отраженной энергии зависит от длины волны излучения и со-
стояния поверхности вещества.
Данные свидетельствуют о том, что значительная доля световою
потока отражается от поверхности и кпд передачи энергии потоком света
значительно меньше, чем для электронного луча.
Рис. 4.28. Схема газового лазера на углекислом газе
с поперечной прокачкой
АППАРАТУРА ДЛЯ СВАРКИ ЛУЧОМ И ЛАЗЕРОМ
207
Дэя реальных поверхностей, покрытых окислами и имеющих мень-
шую чистоту обработки, значение коэффициента отражения уменьшает-
ся. С ростом температуры вещества на его поверхности стимулируется
образование оксидов и других соединений, которые также увеличивают
поглощение. Подача в зону обработки кислорода или других газов интен-
сифицирует этот процесс. В результате можно добиться того, что 20 ...
40 % энергии светового потока будет усвоено веществом.
Еще большего поглощения энергии можно добиться при нанесении
на поверхность веществ с малыми коэффициентами отражения (газовая
сажа, краска), но в этом случае возможно взаимодействие нанесенного
вещества с основным материалом, что не всегда допустимо.
Поглощенное веществом излучение передает свою энергию его
электронам, в связи с чем глубина проникновения световой энергии в
вещество соответствует средней длине пробега электронов, что для
большинства распространенных веществ составляет 5 ... 50 нм. Даль-
нейшая передача энергии из этой зоны вглубь осуществляется вследствие
теплопроводности. В отличие от электронного луча энергия светового
излучения при взаимодействии с веществом в основном превращается в
теплоту, а доля возникающего при этом излучения (типа рентгеновского)
пренебрежимо мала.
По мере увеличения плотности энергии потока, что достаточно про-
сто и оперативно осуществляется путем его фокусировки, возможен на-
грев и плавление поверхностных слоев материала. Последующее увели-
чение конценлрации энергии приводит к увеличению глубины проплав-
ления, одновременно начинает все больше проявляться эффект испарения
веществ.
При дальнейшем увеличении концентрации энергии доля испарен-
ного вещества начинает резко увеличиваться, образуются отдельные кап-
ли и частички вещества, которые под действием паров выбрасываются из
зоны обработки. Дтя некоторых веществ возможно сублимационное ис-
парение, т.е. переход из твердого состояния сразу в парообразование.
Схема изменения характера взаимодействия светового потока с вещест-
вом в зависимости от концентрации энергии приведена на рис. 4.29.
К числу технологических преимуществ мощного когерентного излу-
чения следует отнести:
I.	Возможность передачи энергии в виде светового луча на расстоя-
ние (в том числе и через прозрачную разделительную перегородку или по
специальному оптическому волноводу).
208
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
/ // ///
Рис. 4.29. Схема взаимодействия лазерного излучения с веществом:
/ - нагрев: II - плавление: III - испарение
2.	Отсутствие непосредственного силового и электрического кон-
такта источника энергии с изделием.
3.	Возможность плавного регулирования энергии в пятне Haipeea
изменением фокусировки луча.
4.	Высокая концентрация энергии в пятне нагрева благодаря "ост-
рой" фокусировке излучения.
5.	Возможность достижения высоких температур в зоне воздействия
излучения.
6.	Возможность получения как импульсов энергии весьма малой
длительности (до 109 с), так и непрерывного излучения.
7.	Малые зоны обработки, размеры которых не превышают несколь-
ких микрометров.
8.	Возможность оперативного перемещения луча системы развертки
при неподвижном объекте обработки с высокой точностью и скоростью.
9.	Возможность модуляции мощности луча во времени по требуе-
мому закону.
10.	Возможность осуществления технологического процесса в лю-
бой оптически прозрачной для излучения среде.
Исследование перечисленных особенностей лазерного излучения
привело к возникновению целого ряда групп технологических процессов,
в основе которых лежат те или иные физические явления и эффекты.
Лазерная сварка как технологический процесс, связанный с локаль-
ным плавлением, находит все более широкое применение, конкурируя
как с традиционными способами сварки, так и с электронно-лучевой
сваркой.
Импульсные твердотельные лазеры применяют для сварки малораз-
мерных деталей в микроэлектронике, приборостроении, т.е. там, где важ-
но получать малоразмерные швы с минимальным разогревом окружаю-
щего зону сварки материала.
АППАРАТУРА ДЛЯ СВАРКИ ЛУЧОМ И ЛАЗЕРОМ
209
Сварка может вестись как отдельными точками, так и герметичными
швами при последовательном наложении точек с их перекрытием. Мощ-
ные газовые лазеры позволяют проплавлять за один проход, как и при
электронно-лучевой сварке, значительные толщины. Экспериментально
установлено, что для стали глубина проплавления металла в диапазоне до
5 мм требует I кВт мощности излучения на I мм толщины металла. Од-
нако при дальнейшем увеличении мощности светового луча глубина
проплавления увеличивается меньшими темпами и для сварки толщин
более 20 мм требуются уже весьма мощные лазеры, потребляющие
(с учетом кпд) из сети сотни киловатт электрической мощности. Элек-
тронно-лучевая сварка пока позволяет сваривать за один проход значи-
тельно бблыиие толщины (до 200 мм) при меньшей потребляемой от сети
мощности. Так же как и электронно-лучевая сварка, сварка лазером дает
узкий шов "кинжального" типа с малыми деформациями свариваемых
деталей, что позволяет применять этот способ для соединения оконча-
тельно обработанных узлов и деталей.
Сварка лазером неметаллических материалов (в основном стекла и
керамики) возможна потому, что излучение лазера на углекислом газе с
длиной волны 10,6 мкм достаточно хорошо поглощается этими материа-
лами и может быть использовано для их нагрева, плавления и последую-
щей сварки.
Резка материалов лазерным излучением основана на локальном
плавлении материала и его дальнейшем удалении под действием сил тя-
жести, конвективного потока или газовой струи.
Эффективность резки может быть значительно повышена в резуль-
тате введения в зону резки активного газа, например кислорода. Экзо-
термическая реакция между разрезаемым материалом и кислородом зна-
чительно увеличивает выделение энергии в месте взаимодействия излуче-
ния с материалом. На этом принципе основан процесс газолазерной резки
(ГЛР). Кислород в этом процессе осуществляет следующие функции:
-	значительно увеличивает поглощательную способность материала
вследствие создания на его поверхности оксидов, имеющих меньший
коэффициент отражения по сравнению с основным металлом;
-	обеспечивает в результате реакции окисления выделение части
энергии, необходимой для резки;
-	снижает поверхностное натяжение расплавленных металлов,
имеющих жидкотекучие оксиды;
-	благодаря газодинамическому давлению способствует удалению
расплавленных оксидов из зоны реза;
-	охлаждает кромки разрезанного материала.
210
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
При газолазерной резке металлов лазер непрерывного излучения на
углекислом газе мощностью до 5 кВт позволяет в струе кислорода резать
малоуглеродистые стали толщиной до 10 мм, легированные и коррозион-
но-стойкие стали - до 6 мм, никелевые сплавы - до 5 мм, титан - до 10 мм.
Металлы, образующие тугоплавкие оксиды с малой вязкостью, газола-
зерной резкой разделяются плохо, так как удаление оксидов из зоны рез-
ки в этом случае затруднено. К таким металлам относятся алюминий и
его сплавы, магний, латунь, хром и целый ряд других металлов, которые
выгоднее резать плазменной резкой.
4.7.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ.
ГАЗОВЫЕ РЕДУКТОРЫ И ГАЗОВЫЕ КОММУНИКАЦИИ
Назначение и классификация редукторов. Редукторы при газо-
пламенной обработке материалов предназначены для понижения давле-
ния газа, отбираемого из баллона или газопровода, и для поддержания
постоянства расхода и давления газа в пределах, требуемых данным тех-
нологическим процессом.
В зависимости от конструкции и назначения редукторы можно клас-
сифицировать по следующим признакам:
1)	по пропускной способности и рабочему давлению - баллонные,
постовые (сетевые) и центральные (рамповые);
2)	по принципу действия - прямого и обратного действия;
3)	по числу камер (ступеней) редуцирования - однокамерные (одно-
ступенчатые) и двухкамерные (двухступенчатые);
4)	по конструкции - безрычажные и рычажные, пружинные и бес-
пружинные;
5)	по виду редуцируемого газа - кислородные, ацетиленовые, воз-
душные, пропановые, водородные и др.;
6)	по давлению газа перед редуктором - высокого давления (16,5 ...
40 МПа) и среднего давления (11,5 ... 4 МПа).
В технике применяют также редукторы специализированного назна-
чения, отвечающие заданным условиям работы машины или прибора, в
комплект которого они входят.
Типы и основные параметры редукторов, выпускаемых в России,
регламентированы ГОСТ 13861—89, согласно которому существует сис-
тема обозначения.
Первая буква обозначает назначение редуктора: Б - балонный,
С - сетевой, Р - рамповый; вторая - редуцируемый газ: А - ацетилен,
В - водород, К - кислород, М - метан, П - пропан; третья - число ступе-
ней редуцирования и способ задания рабочего давления: О - одна сту-
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ 211
пень с пружинным заданием, Д - две ступени с пружинным заданием,
3 - одна ступень с пневматическим задатчиком; цифры - наибольшую
пропускную способность редуктора в м3/ч.
В каждом из редукторов имеется предохранительный клапан, сраба-
тывающий, если давление из-за неисправности редуктора возрастает
сверх установленного.
Все редукторы должны нормально работать в следующем интервале
температур: кислородные - 30 ... +50 °C; ацетиленовые -25 ... +50 °C и
пропановые-15 ... +43 °C.
Принцип действия редуктора. На рис. 4.30 показаны принципи-
альные схемы редукторов прямого и обратного действия. Для понижения
давления газа используют процесс дросселирования сжатого газа с по-
мощью редуцирующего клапана.
Рис. 4.30. Схема работы однокамерного редуктора:
а - обратного действия; б - прямого действия;
/ - мембрана; 2 - шток с передаточным диском; 3 - штуцер впуска газа;
4 - манометр высокого давления; 5 - вспомогательная пружина; 6 - камера
высокого давления; 7 - редуцирующий клапан; 8 - предохранительный клапан;
9 - манометр низкого (рабочего) давления; 10 - камера низкого давления;
П - главная нажимная пружина; /2 - регулирующий винт
212
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Для поддержания рабочего давления газа постоянным служит гибкая
мембрана /, которая, с одной стороны, находится под давлением газа после
редуцирующего клапана 7 (рабочим давлением), а с другой - под действи-
ем усилия главной нажимной пружины // или установочного давления
(в редукторах с беспружинной регулировкой рабочего давления).
При изменении давления газа в рабочей камере 10 редуктора мем-
брана деформируется и через шток 2 увеличивает или уменьшает пло-
щадь проходного сечения редуцирующего клапана, что, в свою очередь,
приводит к уменьшению или увеличению степени дросселирования дав-
ления газа. При уменьшении проходного сечения клапана расход газа
уменьшается, а степень дросселирования возрастает, при увеличении
сечения - наоборот.
Рис. 4.31. Конструкция однокамерного (одноступенчатого)
кислородного редуктора БКО-50:
/ - накидная гайка; 2,13- фильтры; 3,8 - манометры;
4 - регулирующий винт; 5 - нажимная пружина; 6 - толкатель;
7 - мембрана; 9- ниппель; 10 - предохранительный клапан;
/ / - запорная пружина: 12 - редуцирующий клапан; 14 - седло;
А - камера высокого давления; Б - рабочая камера
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ 213
В редукторе прямого действия давление газа до редуцирования дейст-
вует на клапан снизу, стремясь его открыть (рис. 4.30, б), а в редукторе
обратного действия - на клапан сверху, стремясь его закрыть (рис. 4.30, а).
Наибольшее применение получили редукторы обратного действия,
так как они более компактны, проще по конструкции, имеют меньше де-
талей и надежнее в работе. Это объясняется тем, что в редукторах обрат-
ного действия упрощается связь редуцирующего клапана с мембраной и,
кроме того, основная рабочая характеристика - зависимость давления
газа на выходе от расхода газа из баллона - возрастающая, у редукторов
прямого действия - падающая.
На рис. 4.31 показана конструкция однокамерного кислородного ре-
дуктора БКО-50.
Разработаны и рекомендованы к производству перспективные моде-
ли баллонных редукторов (рис. 4.32) для различных газов.
Рис. 4.32. Конструкция перспективной модели
однокамерного баллонного редуктора БКО-50-2:
1 - накидная гайка; 2 - седло; 3 редуцирующий клапан; 4 - крышка;
5 - маховик; 6 - регулирующая пружина; 7 - мембрана; 8 - ниппель
214
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Трубопроводы и шланги для горючих газов и кислорода
Кислородопроводы. Трубопроводы для газообразного кислорода
следует проектировать в соответствии с правилами техники безопасности и
указаниями по проектированию и монтажу трубопроводов газообразного
кислорода. Согласно указаниям все трубопроводы газообразного кислоро-
да в зависимости от рабочего давления делятся на четыре категории:
Категория.......................... I	II III IV
Рабочее (избыточное)
давление, МПа.................. 6,4	... 60 2,5 ... 6,4 1,6 ...2,5 До 1,6
Выбор материала труб для кислородопроводов определяется воз-
можностью загорания стали в кислороде. Опытами установлено, что
стальные трубопроводы для кислорода могут загораться при наличии в
потоке газа частиц окалины, сварочного грата, угля, кокса. Загорание
обычно происходит на участке после колена трубы, где возникают удар и
зрение твердых частиц о стенку трубы, при давлении 1,8 ... 3,0 МПа и
скорости потока 30 ... 85 м/с.
Для наземных и подземных трубопроводов газообразного кислоро-
да применяют стальные трубы при скорости кислорода в трубопроводе
до 8 м/с.
Если при рабочем давлении скорость потока кислорода превышает
допустимые пределы, применяют трубы из меди или латуни. Все надзем-
ные кислородопроводы давлением 6,4 МПа и выше изготовляются только
из медных или латунных труб. Для изготовления труб для транспорти-
ровки жидкого кислорода применяют медь, алюминиевые сплавы и кор-
розионно-стойкую сталь, сохраняющие прочность и вязкость при крио-
генных температурах.
Межцеховые кислородопроводы можно выполнять подземными и
надземными.
При эксплуатации кислородопровод следует систематически кон-
тролировать на герметичность. Повышение концентрации кислорода в
окружающей среде при наличии открытого пламени, искры или нагретых
предметов может привести к пожару.
Ацетиленопроводы. В зависимости от рабочего давления ацетиле-
нопроводы делят на зри 1руппы: низкого давления - до 0,01 МПа (вклю-
чительно); среднего давления - свыше 0,01 до 0,15 МПа (включительно);
высокого давления - свыше 0,15 МПа. Ацетиленопроводы всех групп
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ 215
должны быть изготовлены из стальных бесшовных труб. Стальные свар-
ные трубы можно применять только для ацетиленопроводов низкого дав-
ления, расположенных на участке от генератора до водяного затвора.
Не допускается применение труб, арматуры и деталей из меди и
сплавов, содержащих более 70 % Си. Возможна подземная прокладка
труб в траншеях с засыпкой землей и антикоррозионной защитой.
В цехах-потребителях ацетиленопроводы, как правило, проклады-
вают открыто по стенам либо колоннам здания или, если это неосущест-
вимо, в каналах, засыпаемых песком и перекрываемых несгораемыми
плитами. Запрещается прокладка через дымоходы, вентиляционные воз-
духопроводы, а также на расстоянии менее I м от горячих поверхностей с
температурой свыше 423 К. Высота прокладки над полом должна быть не
менее 2,2 м. Газопроводы должны быть удалены от электрокоммуника-
ций и источников искрообразования или открытого пламени на расстоя-
ние 0,5 ... 1,5 м.
Ацетиленопроводы низкого и среднего давления испытывают на
прочность гидравлическим давлением в 1,5 раза выше рабочего, ацетиле-
нопроводы высокого давления - в 2 раза выше рабочего. После испыта-
ния на прочность производят пневмоиспытание воздухом под давлением
0,3 МПа. После всех испытаний ацетиленопроводы продувают азотом
чистотой не менее 97,5 % в количестве нс менее 3 - 4-кратного объема
продуваемого трубопровода. Перед пуском в эксплуатацию ацетилено-
провод продувают ацетиленом. Ацетиленопроводы окрашивают в белый
цвет. Все обнаруженные неплотности в ацетиленопроводе в процессе
эксплуатации должны немедленно устраняться.
Резиновые шланги. Шланги изготовляют из вулканизированной
резины с тканевыми прокладками. По ГОСТ 9356-75 выпускают шланги
следующих типов:
Тип.................... 1	2	3
Рабочее давление, МПа...	0,63	0,63	2,0... 4,0
Для ацетилена и Для бензина и Для
городского газа керосина кислорода
Испытание проводят в соответствии с ГОСТ 9350-75.
Внутренний диаметр шлангов для горелок малой мощности 6 мм,
для горелок и резаков нормальной и повышенной мощности 9, 12 и
16 мм. Запас прочности должен быть не менее трехкратного по отноше-
216
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
нию к рабочему давлению. Шланги типа 2 изготовляют из бензостойкой
резины. Они должны иметь цветной наружный слой: для кислорода -
синий, для ацетилена - красный, для жидкого топлива - желтый.
Для свободного манипулирования горелкой или резаком длина
шланга должна составлять 8 ... 20 м. При длине более 20 м сильно воз-
4	6)
Рис. 4.33. Баллоны
для сжатых газов:
а - ацетиленовый;
б - пропановый
В зависимости от
растают потери давления в шланге.
Баллоны. Баллоны (рис. 4.33) представля-
ют собой цилиндрические сосуды с запорным
вентилем, предназначенные для хранения и
транспортировки сжатых газов. Баллоны могут
иметь различные емкости, но наибольшее при-
менение в газопламенной обработке нашли бал-
лоны емкостью 40 дм3 с наружным диаметром
корпуса 219 мм, высотой 1390 мм и толщиной
стенки от 5,2 до 9,3 мм.
Для создания устойчивости в вертикальном
положении на нижнюю часть баллона насажива-
ется башмак, имеющий опорную плоскость
больше диаметра баллона. Для предохранения
запорного вентиля на верхнюю часть баллона -
горловину с помощью специального кольца на-
ворачивается защитный колпак, ограждающий
вентиль от возможных ударов при транспор ти-
ровке.
В зависимости от рола газа баллоны окра-
шивают в различные цвета и наименование газа
наносят на корпус баллона контрастным цветом.
Требования к баллонам регламентированы
’’Правилами устройства и безопасной эксплуата-
ции сосудов, работающих под давлением", ут-
вержденными Госгортехнадзором России,
давления газов баллоны могут быть выполнены
сварным, как, например, для пропан-бутана, или цельнотянутыми, как
для ацетилена и других газов с давлением до 19,6 МПа. Баллоны сталь-
ные для газов с < 19,6 МПа изготовляют пяти типов (табл. 4.1) в зави-
симости от условного давления и материала.
Баллоны типа 100 используют для хранения и транспортировки рас-
творенного ацетилена; баллоны типа 150 и 150 Л - для кислорода, водо-
рода, азота, сжатого воздуха, городского и природного газа; баллоны ти-
па 200 или 200 Л используются для метана и сжатого воздуха.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ 217
4.1. Типы баллонов
Номер п/п	Тип баллона	Давление		
		условное рр, МПа	пробное	
			гидравлическое	пневматическое
1	100	10	полуторное рабочее	рабочее
2	150	15	225	150
3	200	20	300	200
4	150 Л	15	225	150
5	200 Л	20	300	200
Горелки для газопламенной обработки
Горелка - это устройство, предназначенное для получения устой-
чиво горящего пламени необходимой тепловой мощности, размеров и
формы. Конструкция горелок обеспечивает смешение горючих газов и
кислорода в требуемых соотношениях и плавное регулирование мощно-
сти пламени и состава горючей смеси. Все существующие конструкции
газопламенных горелок можно классифицировать следующим образом:
-	по способу подачи горючего газа в смесительную камеру - инжек-
торные и безынжекторные;
-	по мощности пламени - микромошные (5 ... 60 дм3/ч ацетилена),
малой мощности (25 ... 400 дм3/ч ацетилена), средней мощности (50 ...
2800 дм3/ч ацетилена) и большой мощности (2800 ... 7000 дм7ч ацетиле-
на);
-	по назначению - универсальные (сварка, резка, пайка, наплавка,
подогрев), специализированные (только сварка или только подогрев, за-
калочные и др.);
-	по числу рабочих пламен - однопламенные и многопламенные;
-	по способу применения - для ручных способов газопламенной об-
работки, для механизированных процессов.
Инжекторные горелки. Кислород через ниппель / (рис. 4.34) ин-
жекторной горелки проходит под избыточным давлением 0,1 ... 0,4 МПа
и с большой скоростью выходит из центрального канала инжектора /3.
смесь
Рис. 4.34. Горелка инжекторная:
/ - кислородный ниппель: 2 - рукоятка; 3 - кислородная трубка;
4 - корпус; 5 - ретуширующий кислородный вентиль;
6 - ниппель наконечника; 7 - мундштук ацстиленокислородной горелки;
8 - мундштук пропан-бутан-кислородной горелки; 9 - штуцер;
10 - подогреватель; // - трубка для подачи горючей смеси;
12 - смесительная камера; 13 - инжектор; 14 - рстулирующий вентиль горючего таза;
15 - трубка для подачи горючего газа;
16- ниппель горючего газа;
1 - сменный наконечник для ацетиленокислородной горелки;
//-то же. для пропан-буган-кислородной горелки
218	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ 219
При этом струя кислорода создает разрежение в ацетиленовых каналах,
за счет которого ацетилен подсасывается (инжектируется) в смеситель-
ную камеру /2, откуда образовавшаяся горючая смесь направляется в
мундштук 7 и на выходе сгорает. Инжекторные горелки нормально рабо-
тают при избыточном давлении поступающего ацетилена от 0,001 МПа.
Повышение давления горючего газа перед горелкой облегчает работу
инжектора и улучшает регулировку пламени, хотя при этих условиях прихо-
дится прикрывать вентиль горючего газа на горелке. Поэтому при использо-
вании инжекторных горелок рекомендуется поддерживать перед ними дав-
ление ацетилена (при работе от баллона) в пределах 0,02 ... 0,05 МПа.
Инжекторные горелки рассчитывают таким образом, чтобы они
обеспечивали некоторый запас ацетилена, т.е. при полном открытии аце-
тиленового вентиля горелки расход ацетилена увеличивался бы по срав-
нению с паспортным для инжекторных горелок не менее чем на 15 %.
Безынжекторные горелки. В отличие от инжекторных в безынжек-
торных горелках сохраняется постоянный состав смеси в течение всего
времени работы горелки. Ацетилен и кислород поступают в смеситель-
ное устройство под равными давлениями и при нагреве не меняется их
процентное содержание, поскольку при нагреве мундштука если и
уменьшается поступление газов в горелку, то оно одинаково как для ки-
слорода, так и для ацетилена. В инжекторных же горелках нагрев мунд-
штука и смесительной камеры ухудшает инжектирующее действие струи
кислорода, вследствие чего поступление ацетилена уменьшается и смесь
обогащается кислородом. Это приводит к хлопкам и обратным ударам
пламени - приходится прерывать сварку и охлаждать наконечник.
На рис. 4.35, а показана схема безынжекторной горелки, на рис.
4.35, б - схема устройства для питания безынжекторной горелки ГАР
(горелка ацетиленовая равного давления) кислородом и ацетиленом через
постовой бсспружинный регулятор.
На рис. 4.36 в качестве примера показана конструкция инжекторной
горелки средней мощности Г2-05 (ГЗ-05), а в табл. 4.2 приведены техни-
ческие характеристики указанной сварочной горелки.
Горелки для заменителей ацетилена можно подразделить на сле-
дующие группы:
-	горелки с подо1ревом горючей смеси до ее выхода из мундштука;
-	обычные горелки для ацетиленокислородной сварки, укомплекто-
ванные инжекторами, смесительными камерами и мундштуками с рас-
ширенными проходными сечениями;
-	камерно-вихревые горелки;
-	горелки, работающие на жидком горючем.
220
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Рис. 4.35. Горелка безынжекторная:
/ мундштук; 2 - трубка наконечника; 3 - вентиль кислорода;
4 - ниппель кислорода; 5 ниппель ацетилена; б - вентиль ацетилена;
7 - редуктор кислородный; 8 - редуктор ацетиленовый;
9 - регулятор ДКР; 10 - шланги; 11 - горелка Г АР
Рис. 4.36. Конструкция серийно выпускаемой горелки Г2-05 (ГЗ-О5):
/ - вентиль кислорода; 2 - ствол; 3 - штуцер для кислородного рукава;
4 - штуцер для горючего газа; 5 - вентиль горючего газа;
6 - смесительная камера; 7 - трубка для подачи горючей смеси; 8 - мундштук
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ 221
4.2. Технические характеристики горелки Г2-05
1 Указатель	Номер наконечника					
	0	1	2	3	4	5
Толщина свариваемой ста- ли, мм	0,2... 0,5	0,5... 1	1 ...2	2.4	4.6	6.9
Номинальное давление на входе в горелку ацетилена, МПа	0,003	0,03	0,01	0,01	0,01	0,01
Номинальный расход ацети- лена, дм5/ч	35	75	150	300	530	770
Длина ядра пламени (не ме- нее), мм	6	7	8	10	12	14
Примечания: 1. Номинальное давление на входе в горелку кислорода
0,25 МПа.
2. Масса комплекта основной поставки не более 0,85 кг.
3. Габаритные размеры с наконечником № 5 не более 480 х 55 х 160 мм.
Горелки с подогревом горючей смеси до выхода ее из мундштука
(рис. 4.37) выпускаются промышленностью и комплектуются на базе се-
рийных ацетиленокислородных горелок. Часть смеси (5 ... 10 %) выходит
через дополнительные сопла подогревателя и сгорает, образуя факелы,
Рис. 4.37. Наконечник с подогревателем для сварки на пропан-бутане:
/ - мундштук; 2 - недосевающая камера: 3 - подогреватель;
4 - сопла подогревателя; 5 - трубка для подачи горючей смеси;
6 - подогревающее пламя
222
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Рис. 4.38. Горелка ГВ-1:
/ - цилиндрический стабилизатор; 2 - сопло; 3 - технологическая грубка;
4 - шарониппельный присоединительный элемент;
5 одновентильный корпус; 6 - рукоятка; 7 - газоподводящий штуцер
подогревающие камеру из коррозионно-стойкой стали. Температура сме-
си на выходе из мундштука повышается на 300 ... 350 °C и соответствен-
но возрастают скорости сгорания и температура основного сварочного
пламени.
Для низкотемпературного нагрева изделий из черных, цветных ме-
таллов и неметаллических материалов разработана горелка инжекторного
типа с подсосом воздуха из атмосферы ГВ-1 (рис. 4.38).
Камерно-вихревые горелки. Для некоторых процессов газопла-
менной обработки - нагрева, пайки, сварки пластмасс и т.п. - не требует-
ся высокой температуры ацетиленокислородного пламени. Для этих про-
цессов можно использовать камерно-вихревые горелки, работающие на
пропан-воздушной смеси. В этих горелках вместо мундштука имеется
камера сгорания, в которую поступают пропан и воздух под давлением
0,05 ... 0,2 МПа.
Пропан подается в камеру через центральный канал, а воздух, вызы-
вающий также вихреобразование, поступает по многозаходной спирали,
обеспечивающей ’’закрутку" газовой смеси в камере сгорания. Продукты
сгорания выходят через концевое сопло камеры сгорания с большой скоро-
стью, образуя пламя достаточно высокой температуры (1173 ... 1973 К).
Горелки, работающие на жидком горючем (рис. 4.39), рекомендуют-
ся для подогрева, сварки, правки, наплавки и пайки черных и цветных
металлов.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ 223
Рис. 4.39. Керосинокислородная горелка ГКР-67
Применяемая в настоящее время горелка ГКР-67 для керосинокис-
лородного и бензинокислородного пламени в отличие от старых бснзос-
варов, работающих по принципу испарения жидкого горючего, работает
по принципу пульверизатора (распыления).
Для подачи керосина служит бачок БГ-02 вместимостью 8 дм\ Го-
релка укомплектована тремя однопламенными и двумя сетчатыми мунд-
штуками. Расход керосина в зависимости от мундштука составляет 0,3 ...
3.4 кг/ч.
Для порошковой наплавки применяют горелку ГАЛ-2-68 (рис. 4.40),
работающую по схеме двухступенчатой инжекции на ацетилене и пропа-
не. На горелке установлен бункер, из которого нажатием рычага пусково-
го механизма самофлюсуюшийся порошок твердых сплавов подается
через пламя в зону наплавки.
Рис. 4.40. Горелка ГАЛ-2-68:
/ - ствол; 2 - инжекционно-смесительный узел: 3 - наконечник;
4 - пусковой механизм; 5 - бункер
224
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Для газофлюсовой сварки применяют промышленную установку
КГФ-3-71. Установка состоит из флюсопитателя ФГФ-3-71 (рис. 4.41),
осушителя ОАФ-3-71 и стандартной ацетиленокислородной горелки. При
работе установки ацетилен проходит осушитель, подается к штуцеру во
флюсопитатель, далее он попадает в золотниковую трубку 5 и оттуда в
зависимости от положения рукоятки регулятора 4 либо весь идет в горел-
ку, минуя флюсопитатель, либо по трубке 8 в резервуар /, омывая фитиль
9, пропитанный жидким флюсом марки БМ-1, насыщается его парами, а
затем по трубке 3 поступает в горелку. Флюс в пламени горелки сгорает,
образуя оксид бора (борный ангидрид), который хорошо связываез окси-
ды свариваемых цветных металлов и сплавов.
Рис. 4.41. Флюсопитатель ФГФ-3-71:
/ - рабочий резервуар; 2 - запасной резервуар; 3 - газоотводная трубка;
4 - флюсорегулирующая рукоятка; 5 - золотниковая трубка;
6 - обратный клапан; 7 - входной вентиль; 8 - газоподводящая трубка;
9 - физ иль: 10 - смотровые стекла: 11- выходной вапиль
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ
225
Флюс БМ-1 состоит из 75,5 % тетраметилбората (CH3O)jB и 24,5 %
метанола (СН3ОН), температура кипения жидкости 327 К. Расход флюса
70 ... 100 г на I м3 ацетилена.
4.8.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ
В настоящее время термическая резка является одним из основных
процессов, связанных с удалением небольших объемов металла методами
химического и электрофизического воздействия с целью получения заго-
товок из листовых материалов, труб, профильного проката, литья, поко-
вок и т.п. для последующего изготовления сварных металлоконструкций.
В зависимости от источника энергии различают кислородную, плазмен-
ную, лазерную резку и дуговые способы резки.
Кислородная резка - один из наиболее распространенных в прак-
тике технологических процессов термической резки.
За последние годы достигнуты серьезные успехи в разработке и вы-
пуске средств механизации процесса кислородной резки и прежде всего
координатных портальных и портально-консольных машин с фотокопи-
ровальным и числовым программным управлением. Применение много-
резаковых машин обеспечило значительное повышение уровня механи-
зации газорезательных работ, повышение производительности труда в
заготовительном производстве и экономию материалов. В настоящее
время в ведущих отраслях промышленности, таких, как тяжелое, транс-
портное, энергетическое, химическое машиностроение, где перерабаты-
вается наибольший объем металла, уровень механизации газорезатель-
ных работ составляет 70 ... 80 %.
Высокий уровень механизации процесса резки на современных ма-
шинах с фотокопировальным и в особенности с числовым программным
управлением создал предпосылки для разработки и внедрения в произ-
водство поточных комплексно-механизированных и гибких автоматизи-
рованных линий термической резки листовой стали, в которых механизи-
рованы не только процесс резки, но и подготовка листа, его подача к
режущей машине, разборка вырезанных заготовок, их разметка и склади-
рование.
Ручные резаки. Резак служит инструментом для кислородной резки
и содержит узлы для смешения горючего газа и подогревающего кисло-
рода, подачи режущего кислорода, подсоединения к источнику питания
горючим газом и кислородом, а также вентили для регулирования состава
К - 7162
226
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
и мощности подогревающего пламени и запорный вентиль для режущею
кислорода. Ручные резаки для кислородной резки классифицируются по
роду горючего газа, на котором работают, по принципу смешения горю-
чего газа с подогревающим кислородом и но назначению.
По виду применяемого горючего резаки делятся на:
работающие на ацетилене (ацетиленокислородные);
-	работающие на газах-заменителях ацетилена (природный газ, про-
пан и т.д.);
-	работающие на жидком горючем (керосин, бензин, бензол).
По типу смешения горючего газа с подогревающим кислородом ре-
заки делятся на:
-	инжекторные;
-	внутрисоплового;
-	внешнего смешения.
По назначению различают резаки:
-	универсальные (для прямолинейной и фигурной резки стали тол-
щиной до 300 мм);
-	специального назначения (для резки металла больших толщин, для
срезки заклепок, вырезки отверстий, для подводной резки и т.п.).
Универсальные резаки. В настоящее время выпускается большое
количество ручных резаков для резки стали с использованием в качестве
горючего ацетилена, ( азов - заменителей ацетилена, керосина.
На рис. 4.42 представлен ацетилснокислородный резак Р2А-02.
В корпус 13 резака, в котором имеются отверстия для прохода кислорода и
горючего газа, установлены вентили подогревающего и горючего газов и
впаяны две трубки со штуцерами для подвода кислорода //и горючего
газа 12. На трубки надета рукоятка 10. К корпусу накидной гайкой 7 под-
соединена смесительная камера 6 с инжектором 8, в которой происходит
смешение подогревающего кислорода и горючего газа. Применение инжек-
тора обеспечивает работу от сетей горючего газа с низким (до 0,98 кПа),
средним и высоким давлением. Подогревающий кислород, проходя через
инжектор, обеспечивает в смесительной камере 6 разрежение, чем и дос-
тигается подсос горючего газа. Далее горючая смесь по трубке 5 подается
в головку 3 резака, а из нее поступает в шлицевые каналы, расположен-
ные на внутреннем мундштуке 2. Резак имеет в комплекте шесть внут-
ренних мундштуков, обеспечивающих резку металла в диапазонах тол-
щин 3 ... 5, 5 ... 25. 25 ... 50, 50 ... 100, 100 ... 200, 200 ... 300 мм, и два
наружных мундштука /. Режущий кислород через вентиль 9 и трубку 4
подается в головку и далее во внутренний канал мундштука 2.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ
227
Рис. 4.42. Ручной универсальный резак Р2А-02
Резак, работающий на газах-заменителях ацетилена имеет ту же
конструкцию и отличается от Р2А-02 увеличенным размером инжектора
и выходных шлицевых каналов. Применение шлицевых выходных кана-
лов для горючей смеси обеспечило значительное повышение устойчиво-
сти работы резаков по сравнению с ранее выпускаемыми щелевыми реза-
ками "Пламя", "Факел", РЗР-62, поскольку у резаков последнего тина
грудно было обеспечить центровку внугреннего мундштука по отноше-
нию к наружному.
По требованию потребителя указанные выше резаки могут быть ос-
нащены опорной тележкой и циркулем.
Резаки для работы в тяжевых условиях. При резке прибылей, от-
ливок, поступающих на обрубной участок часто в нагретом состоянии и
имеющих большое количество пригара в виде шлака и земли, режим ра-
боты аппаратуры крайне тяжел. Мундштуки резаков перегреваются, в
зону пламени из разреза попадают расплавленные брызги и шлак, что
приводит в случае применения универсальных резаков к частым хлопкам
и обратным ударам пламени. Для этих условий могут быть рекомендова-
ны резаки РС-2А и РС-ЗП с внутрисопловым смешением горючего газа и
подогревающего кислорода. Основное их отличие от универсальных ре-
заков состоит в том, что горючая смесь образуется непосредственно в
выходном канале мундштука, чем и обеспечивается высокая устойчи-
вость их работы в тяжелых условиях. Пуск режущего кислорода осуще-
ствляется более удобным в работе рычажным механизмом с клапаном.
Уплотнение каналов режущего, подогревающего кислорода и горючего
газа осуществляется конусом головки резака и коническими поверхно-
стями мундштука. Газы подводятся к головке но отдельным трубкам.
8*
228
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Вставные резаки. При монтажных, ремонтных и других работах
часто один рабочий выполняет операции сварки и резки. В целях эконо-
мии аппаратуры и времени, быстрого перехода с одного вида работ на
другой применяют вставные резаки: для разделительной резки РВ1А-02 и
РВ2А-02, для срезки заклепок РАЗ, для резки труб РАТ, для вырезки от-
верстий РАО.
Резак типа PBIА (рис. 4.43) предназначен для резки низкоуглероди-
стых и низколегированных сталей толщиной 3 ... 70 мм. Резак закрепля-
ется на сварочной горелке ГС-3 с помощью накидной гайки 6. В корпусе
2 поступающий кислород разделяется на режущий кислород, который
через вентиль 3 по трубке / подается в головку резака 7 и далее в режу-
щий канал внутреннего мундштука и подогревающий кислород, кото-
рый, проходя через инжектор 5, в смесительной камере 4 смешивается с
горючим газом, поступающим в камеру 4 через отверстие Л. Подогре-
вающее пламя выходит из щели, образуемой внутренним 8 и наружным 9
мундштуками.
Рис. 4.43. Вставной резак РВ1А (РВ2А-02)
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ
229
В настоящее время автогенная промышленность выпускает ком-
плекты для сварки и резки КГС-l на базе горелки малой мощности Г2-О5
и вставного резака PBIA-02 и КГС-2 на базе горелки средней мощности
ГЗ-О5 и вставного резака РВ2А-02. Комплект КГС-2 обеспечивает резку
металла толщиной 3 ... 200 мм и сварку низкоуглеродистой стали тол-
щиной 0,5 ... 20 мм, комплект КГС-l обеспечивает резку от 3 ... 70 мм и
сварку до 0.5 ... 9 мм.
Резаки для резки стали с использованием жидкого горючего.
На строительных площадках и в полевых условиях для кислородной рез-
ки низкоуглеродистых и низколегированных сталей широко применяют
керосинорезы РК-02. В качестве горючего для резки используют пары
керосина. Резак (рис. 4.44) состоит из ствола 10, в котором смонтированы
вентиль 9, регулирующий подачу подогревающего кислорода, и пуско-
вой вентиль режущего кислорода 8, инжекторной камеры 17, головки 3
резака с подпревающим соплом 18 и внутреннего / и наружного 2
мундштуков.
Керосин подается в резак от бачка БГ-02 с ручным насосом по спе-
циальному шлангу под давлением 20 ... 200 кПа.
Рис. 4.44. Керосинорез РК-02:
/ - мундштук внутренний; 2 - мундштук наружный; 3 - головка;
4 - трубка для подачи подогревающего кислорода; 5 - трубка
для подачи режущего кислорода; 6 - трубка для подачи керосина;
7 вентиль режущего кислорода; 8,9 - вентили регулировки пламени;
10 — ствол; / / - ниппель для подачи кислорода;
12 - трубка для подачи керосина; 13 - обратный клапан;
14 - маховичок; 15 - тройник; 16 - испаритель;
17 -инжекторная камера; 18 - подогревающее сопло
230
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
После заливки и герметизации бачка в него насосом закачивается
воздух, благодаря которому керосин по шлангу поступает к резаку. Ки-
слород через ниппель, вентиль, трубку и инжектор подается в смеситель-
ную камеру, расположенную в головке резака, в которой смешивается с
парами горючего, поступающего из испарителя. Керосин от штуцера че-
рез трубку 12 подается в заполненный асбестовой набивкой испаритель
/б, который в процессе работы керосинореза нагревается пламенем до-
полнительного сопла. Расход паров горючего регулируется маховичком
14. жестко связанным с трубкой инжектора.
При работе с керосинорезом необходимо соблюдать ряд особых
правил. В частности, для предотвращения обратного удара в кислород-
ный шланг давление в бачке горючего должно быть всегда меньше рабо-
чего давления кислорода, что исключает перетекание керосина в кисло-
родный рукав; при перерывах в работе резак нужно располагать головкой
вниз для свободного вытекания горючего в случае неплотного закрытия
вентиля. Необходимо следить за исправностью обратного клапана, уста-
новленного на линии кислорода.
Специальные резаки. Резак РЗР-З предназначен для резки поковок
и прибылей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей толщи-
ной 300 ... 800 мм. Резак работает по принципу внутрисоплового смеше-
ния горючего газа и подо1ревающего кислорода (рис. 4.45). Смешение
газов осуществляется в шлицевых каналах, образуемых внутренним
мундштуком / и наружной гильзой 2. Режущий и подогревающий кисло-
род и горючий газ подаются по отдельным трубкам в головку 3 резака.
Из нее режущий кислород поступает в центральный канал внутреннего
мундштука, подогревающий кислород и горючий газ - в кольцевые кана-
лы внутреннего мундштука, из которых в шлицевые каналы просверлено
попарно восемь калибрующих отверстий. Надежное уплотнение плоско-
сти головки и внутреннего мундштука с гильзой обеспечивается накид-
ной гайкой. Применение внутрисоплового смешения горючего газа и по-
догревающего кислорода обеспечивает надежную работу резака (без
хлопков. и обратных ударов) в сложных условиях металлургического
производства. Регулировка пламени осуществляется вентилями подогре-
вающего кислорода 5 и горючего газа 6.
Резак может работать от цеховых сетей кислорода и горючего газа
либо от кислородной 10-баллонной рампы с редуктором ДКР-500 и
12-баллолной ацетиленовой рампы с редуктором БАО или 10-баллонной
пропановой рампы с редуктором БПО-5-1.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ
231
1000
Рис. 4.45. Резак РЗР-З для резки низкоуглеродистой стали
толщиной до 800 мм:
/ внутренний мундштук; 2 - гильза; 3 - головка;
4 - вентиль режущего кислорода; 5 - вентиль подогревающего кислорода;
6 вет иль горючего ('аза
При монтажных и аварийных работах в местах, удаленных от источ-
ника питания газами, используется переносная установка ПГУ-3. Она
предназначена для ручной сварки, пайки металлов и резки низкоуглсроди-
стых и низколегированных сталей. В качестве горючего установка исполь-
зует пронан-бутановую смесь. Установка состоит из малогабаритных бал-
лонов кислорода и пропан-бутана, каркаса, горелки ГЗУ-З, вставного реза-
ка, работающего на пропан-бутане, редукторов кислородного БКО-25-1
и пропан-бутанового БПО-5-1 и рукавов. Установка обеспечивает сварку
низкоуглеродистой стали толщиной до 4 мм и резку стали толщиной
до 12 мм. Максимальное потребление кислорода при сварке составляет
0,9 м3/ч, при резке 3,0 м3/ч, пропан-бутана - 0,5 м3/ч. Вместимость ки-
слородного баллона составляет 5 дм3, пропан-бутана - 4 дм3.
232
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
4.9.	МАШИНЫ ДЛЯ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ
В настоящее время в промышленности широко применяется механи-
зированная резка, выполняемая с помощью машин, оснащенных, как пра-
вило, несколькими резаками. Применение механизированной термиче-
ской резки в металлообработке обеспечивает резкое повышение произво-
дительности труда, повышение точности заготовок, сокращение трудо-
емкости последующих сборочных работ, улучшение условий труда рез-
чика и т.п.
Типы машин. По конструктивному исполнению машины делятся
на стационарные, устанавливаемые в определенном месте заготовитель-
ного участка, и переносные, перемещаемые оператором в рабочую зону.
В зависимости от вида обработки различаются машины для резки листо-
вого проката, труб, профильного проката, стальных отливок и т.д. В зави-
симости от устанавливаемой на машине режущей оснастки различают
машины для кислородной, пламенной, лазерной резки.
В целях унификации выпускаемых в стране наиболее многочислен-
ных типов машин для резки листовой стали разработан ГОСТ 5614 74
(в ред. 1990 г.)» который предусматривает разделение стационарных ма-
шин на портальные, портально-консольные, шарнирные. В зависимости
от способа управления машинами различают: машины с числовым про-
граммным управлением, с фотокопировальным управлением, магнитно-
копировальным и механическим управлением. На машинах портального
типа обрабатываемый лист размещается под ходовой частью машины
(порталом); на большинстве портально-консольных машин лист разме-
щается под консольной частью машины, фотокопировальная головка ус-
танавливается на портале. На шарнирных машинах обрабатываемый лист
расположен под шарнирной рамой (рис. 4.46).
В зависимости от числа листов, укладываемых под обработку, ма-
шины делятся на одноместные с шириной обработки 3,5 м и многомест-
ные с шириной обработки 5 м и более.
Машинные резаки. У стационарной газорежущей машины в на-
правляющих кареток перемещаются ползуны, на которых смонтированы
суппорты. Суппорты снабжены устойчивыми в работе машинными реза-
ками с внутрисопловым смешением и датчиками "плавания", обеспечи-
вающими поддержание постоянным расстояния между торцом мундшту-
ка и поверхностью разрезаемого металла.
МАШИНЫ ДЛЯ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ
233
Рис. 4.46. Схема машин для термической резки листовой стали:
а - портальная: / - каретка; 2 - портал; 3 - привод продольного хода;
4 - рельсовый путь с опорой (5); 6 - раскройный стол;
6 - портально-консольная: / портал; 2 каретка с фотоголовкой; 3 - копир;
4 - привод продольного хода; 5 - каретка с резаком; 6 - раскройный стол;
в - шарнирная: 1 - колонна с поворотным хоботом; 2 - шарнирная рама;
3 - копир; 4 - привод; 5 - суппорт с резаком; 6 - раскройный стол;
г - переносная: / - тележка; 2 - направляющий рельс;
3 - разрезаемый лист; 4 - раскройный стол
На каждом из суппортов имеются февки с электроискровым поджи-
гом газа для зажигания пламени резака.
Иногда на штуцере режущего кислорода резака (рис. 4.47) установ-
лен фотоэлектрический датчик контроля непрореза. При кислородной
резке на лобовой поверхности реза шлаки имеют высокую температуру,
что обеспечивает сильное свечение зоны реза. Световой поток от лобовой
поверхности реза проходит через центральный канал мундштука и попа-
дает на фотосопротивление. При срыве процесса световой поток переста-
ет попадать на фотосопротивление. В этом случае в системе управления
формируется сигнал об останове машины и выключении подачи режуще-
го кислорода.
234
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Рис. 4.47. Резак внутрисоплового смешения
с датчиком контроля процесса резки:
/ - датчик контроля процессе резки; 2 - кожух; 3 - головка резака;
4 уплотняющий конус; 5 - гайка; 6 - внутренний мундштук;
7 - наружный мундштук; 8 - корпус
в)
Рис. 4.48. Схемы установок для кислородно-флюсовой резки:
а - установка с внешней подачей флюса;
б - установка с однопроволной подачей порошка инжекторного типа;
в - установка с однопроводной подачей порошка механического типа;
/ - рукав для подачи порошка; 2 - флюсопитатель; 3 - рукав для подвода
флюсонесуицего газа; 4 - рукав для подвода режущего кислорода
МАШИНЫ ДЛЯ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ
235
Оборудование для кислородно-флюсовой резки. Для кислородно-
флюсовой резки разработаны различные установки, отличающиеся спо-
собом подачи порошка в рез (рис. 4.48). В нашей стране наибольшее рас-
пространение получила схема с внешней подачей флюса (рис. 4.48, а).
Железный порошок струей кислорода, воздуха или азота подастся из бач-
ка флюсопитателя к серийному резаку для кислородной резки, снабжен-
ному специальной оснасткой для подачи порошка в рез. Газофлюсовая
смесь, выходя из отверстий оснастки под небольшим (до 20°) углом к оси
режущей струи, проходит через подогревающее пламя, где частички по-
рошка нагреваются до температуры воспламенения, и поступает в режу-
щую часть. Частички порошка в струе режущего кислорода сгорают с
выделением определенного количества теплоты и поступают в рез. По
этой схеме работают наиболее широко распространенные в промышлен-
ности установки.
Общий вид установки для кислородно-флюсовой резки показан на
рис. 4.49.
Наибольшую производительность прожигания отверстий в материа-
лах обеспечивает процесс порошково-копьевой резки, сочетающий ха-
рактерные особенности обычного кислородного копья, проникающего
непосредственно в зону расплавления материала, и кислородно-флюсо-
вой резки.
Для порошково-копьевой резки материалов разработана установка
УФР-5 (рис. 4.50), состоящая из флюсопитателя ФРП /, размещенного на
тележке 2 и копье держателя РФК 3, в который флюс подается струей
сжатого воздуха под давлением 245 ... 294 кПа. В копье держателе закре-
пляются стальные трубы длиной 3 ... 6 м. Для повышения эффективности
процесса к железному порошку ПЖ4М, ПЖ5М добавляют алюминиевый
порошок.
Наряду с кислородной резкой в промышленности широко применя-
ют другие способы термической резки, при которых нагрев металла осу-
ществляется не газовым пламенем, а электрической дугой, низкотемпера-
турной плазмой или лучом лазера.
236
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Рис. 4.49. Установка для кислородно-флюсовой резки УГПР:
/ тележка; 2 - циклонное устройство;
3 - бачок флюсопитателя; 4 - кислородный редуктор;
5 - ручной резак; б - рукава
Режущие плазмотроны. Несмотря на большое разнообразие конст-
рукций режущих плазмотронов, все они содержат два основных блока:
катодный и сопловой. Они электрически изолированы друг от друга и
содержат узлы для подачи плазмообразующих газов, основного и вспо-
могательного тока, крепления электрода, а также систему охлаждения
электрода и сопла (рис, 4.51).
МАШИНЫ ДЛЯ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ
237
Рис. 4.50. Установка УФР-5
ozoi
Рис. 4.51. Схема режущего плазмотрона:
/ - катодный блок; 2 - катодная вставка; 3 - изолирующая втулка;
4 - сопло; 5 - разрезаемый металл; 6 - дут овая камера;
7 плазменная луга; 8 штуцер для подачи плазмообразующего газа;
9 - штуцер подачи охлаждающей воды; 10- штуцер слива воды;
/ / - источник питания; 12 - балластное сопротивление
238
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ
Катодный и сопловой узлы образуют дуговую камеру, в которой
возбуждается дуговой разряд при подаче плазмообразующих газов.
В зависимости от способа плазменно-дуговой резки в качестве элек-
тродов применяют вольфрамовый лантанированный стержень (при ис-
пользовании в качестве рабочего газа аргона, азота, водорода) или мед-
ный водоохлаждаемый электрод с циркониевой или гафниевой вставкой
(при использовании окислительных сред - воздуха, обогащенного возду-
ха, кислорода). Цирконий и гафний при воздействии высокой температу-
ры дугового разряда образуют на поверхности тугоплавкую оксидную
пленку, в дальнейшем предохраняющую электрод от эрозии в процессе
резки. Однако стойкость этих электродов ввиду воздействия крайне вы-
соких температур невысока, и время их работы не превышает, как пра-
вило, 2 ... 4 ч.
Оборудование для плазменно-дуговой резки. В состав оборудова-
ния для плазменно-дуговой резки входят режущий плазмотрон, пульт
газовый с газорегулирующей и измерительной аппаратурой, блок элек-
трооборудования, источник питания, устройство передвижения плазмо-
трона. Для плазменно-дуговой резки применяются те же типы машин, что
и для кислородной резки.
В целях достижения высокой стабильности горения дуги и устойчи-
вости процесса резки источник питания должен иметь крутопадающую
вольт-амперную характеристику и повышенное напряжение холостого
хода (рис. 4.52).
Рис. 4.52. Вольт-амперная характеристика источника тока
для плазменно-дуговой резки
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
239
Для механизированной воздушно-плазменной резки выпускаются
установки "Киев-5", "Киев-6", АПР-404. Источники тока установок "Ки-
ев-5" и "Киев-6" выполнены на базе управляемых кремниевых вентилей.
Крутопадающая характеристика обеспечивается системой управления.
В промышленности работает также большое количество установок пре-
дыдущего поколения - АПР-402 и АПР-403 с дросселями насыщения.
Для поджигания дежурной дуги в блоке питания имеется источник
питания цепи катод-анод высокочастотным разрядом. В комплект по-
ставки установок "Киев-5", "Киев-6" входит резак ВПР-15, установки
АПР-404 ПВР-402. Установки имеют пульт управления, обеспечиваю-
щий контроль и регулировку энергетических и газовых параметров.
Контрольные вопросы
1.	Какие типы шланговых полуавтоматов вы знаете?
2.	В каких случаях применяют шланговые полуавтоматы толкающе-
го типа?
3.	В каких случаях применяют дополнительную присадочную про-
волоку при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом?
4.	Для каких целей в плазмотронах для плазменной обработки ис-
пользуют тангенциальную подачу газа?
5.	В каких случаях используется элсктрошлаковая сварка плавящим-
ся мундштуком?
6.	Какова плотность энергии электронного луча в пятне нагрева при
максимальной фокусировке?
7.	В чем принципиальное отличие лазерной сварки от сварки свето-
вым лучом?
8.	Каково максимальное давление сжатого газа в кислородных бал-
лонах?
9.	Какие преимущества имеет редуктор обратного действия перед
редуктором прямого действия?
10.	Для каких целей установлен подогреватель на наконечнике у га-
зовой горелки, работающей на пропан-бутане?
11.	Какова особенность конструкции катода в плазмотронах для воз-
душно-плазменной резки?
12.	В чем особенность вольт-амперной характеристики источника
тока для плазменно-дуговой резки?
Глава 5
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА
ДУГОВОЙ СВАРКИ
5.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
При разработке технологического процесса сварки конструкции ли-
бо изделия из определенного материала необходимо выбрать способ
сварки, оборудование для сварки, сварочные материалы, конструктивный
тип соединения и элементы подготовки кромок, режимы сварки, методы
и нормы контроля качества сварных швов, предусмотреть мероприятия
по предупреждению или уменьшению сварочных деформаций.
К технологическим расчетам, необходимым непосредственно для
разработки технологии дуговой сварки плавлением, относятся расчеты,
связанные с оценкой ожидаемого химического состава и механических
свойств сварного шва и соединения в целом.
Выбор способа сварки определяется характером производства (еди-
ничное, серийное и др.), толщиной свариваемого материала, протяженно-
стью шва и пространственным положением его выполнения, требуемыми
свойствами сварного соединения. При этом учитывается наличие соот-
ветствующего оборудования.
Сварочные материалы выбираются в зависимости от способа сварки,
химического состава свариваемого металла, требований к свойствам
сварного соединения. Немаловажными являются также сопутствующие и
послесварочные операции (подогрев, термообработка и др.).
Элементы подготовки кромок и геометрия сварного шва (в том чис-
ле и площадь наплавленного металла FH) задаются соответствующими
ГОСТами или ТУ, в зависимости от способа сварки, толщины сваривае-
мого металла, пространственного положения сварки, конструкции свар-
ного соединения. В некоторых случаях, при сварке специальных изделий,
геометрия сварного шва выбирается конструктором или технологом.
Наиболее важным элементом разработки технологического процесса
сварки является определение режимов и техники сварки (сварочный ток
и напряжение, скорость сварки, длина швов и последовательность их на-
ложения и др.). Эти параметры оказывают существенное влияние на
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
241
свойства сварного соединения: металла шва и зоны термического влия-
ния (31 В). Механические и другие свойства сварного соединения (метал-
ла шва и ЗТВ) могут значительно различаться, так как они зависят от хи-
мического состава, структуры металла и погонной энергии сварки. Хи-
мический состав основного металла в ЗТВ известен и значительного его
изменения в процессе сварки не происходит (только диффузионные про-
цессы). Состав металла шва зависит от состава основного металла и сва-
рочных материалов (доли участия основного и электродного металлов
уо и ун см. гл. 2), металлургических взаимодействий в сварочной ванне на
стадии расплавления присадочного материала и в дуговом промежутке.
Все эти данные рассчитать теоретически в настоящее время мы не можем
ввиду сложности процессов, происходящих в сварочной ванне. Проплав-
ление основного металла при дуговых способах сварки происходит за
счет теплопередачи от плазменного потока дуги (прежде всего в голов-
ной части сварочной ванны), а при работе плавящимся электродом и за
счет тепла, приносимого в сварочную ванну расплавленным электродным
металлом. Кроме того, проплавление основного металла осуществляется
и теплопередачей на границе расплавленный металл - твердый металл.
Тепловой поток в сварочной ванне определяется перемещением потока
расплавленного металла. При теоретических расчетах необходимо знать
все эти взаимодействия. Но несмотря на большое количество научных
работ, посвященных этим вопросам, они не решены.
Приводимые в некоторых литературных источниках методы расчет-
но-экспериментального определения режимов сварки основаны на изуче-
нии уже готовых сварных соединений (определение FH и Fnp, у0 и ун). Для
определения химического состава шва нужно также учесть металлурги-
ческие процессы (легирование или угар тех или иных элементов). В ли-
тературе они приводятся в общем виде, на практике же могут значитель-
но различаться. Таким образом, имея экспериментальный шов, проще и
точнее можно провести химический анализ металла. При этом, зная хи-
мический состав металла шва и термический цикл сварки, можно судить
о его механических и других свойствах, а с учетом теплового цикла в
ЗТВ и о свойствах сварного соединения в целом. Структура металла и его
свойства определяются с помощью термокинетических и изотермических
диаграмм распада аустенита. Для высоколегированных, хромоникелевых
и аустенитных сталей фазовый состав металла можно приблизительно
определить по диаграмме Шеффлера. Более подробные сведения приво-
242
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА ДУГОВОЙ СВАРКИ
дятся ниже при рассмотрении технологии сварки тех или иных групп
металлов. Учитывая вышесказанное можно отметить» что выбор пара-
метров режима сварки и сварочных материалов производится по литера-
турным данным (таблицам, номограммам и др.). При необходимости па-
раметры режима сварки корректируются с целью получения требуемых
свойств сварного соединения. Основная задача, возникающая при выборе
параметров режимов сварки сводится к определению такого их сочета-
ния, при котором обеспечиваются требуемые свойства сварных соедине-
ний при максимальной производительности и минимальной стоимости
процесса. Простейшие приемы выбора некоторых параметров сварки
рассматриваются ниже.
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Учитывая тре-
бования к свойствам сварного соединения, выбирается тип электрода,
затем (см. гл. 2) по справочным данным или паспорту на электроды, где
приводятся их технологические и другие показатели, с учетом условий
выполнения сварки и имеющихся источников сварочного тока выбирает-
ся марка электрода. Часто выбор марки электродов производится сразу
по их паспортным данным. В паспорте на электроды приводятся сведе-
ния о их назначении, типичные химический состав и механические свой-
ства металла шва, технологические особенности сварки, рекомендуемые
род и сила сварочного тока, производительность наплавки, расход элек-
тродов и др. Следует помнить, что химический состав металла шва по его
длине изменяется. Это связано с нагревом электрода по мере его рас-
плавления, а значит с изменением скорости его расплавления, т.е. изме-
няется уо. Геометрические размеры швов задаются по соответствующим
ГОСТ или ТУ. Точность их исполнения зависит от квалификации свар-
щика и проверяется специальным шаблоном. При сварке многопроход-
ных швов стыковых соединений первые проход (корневой) должен вы-
полняться электродами диаметром 3 ... 4 мм для удобства провара корня
шва. Следует иметь ввиду, что максимальная площадь поперечного сече-
ния металла шва, наплавленного за один проход 30 ... 40 мм2. При сварке
угловых швов, за один проход, рекомендуется выполнять швы с катетом
8 ... 9 мм. При необходимости выполнения швов с большим катетом
применяется сварка за два прохода и более.
Дуговая сварка в защитных газах. Состав защитного газа, марка и
диаметр сварочной проволоки, основные параметры режима полуавтома-
тической и автоматической сварки выбираются по справочным данным, с
РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
243
учетом технологических рекомендаций (см. технологию сварки различ-
ных групп металлов). При полуавтоматической сварке геометрические
размеры шва зависят от квалификации сварщика и химический состав ме-
талла шва по его длине изменяется. При автоматической сварке параметры
шва более стабильны. Условия сварки многопроходных стыковых и угло-
вых швов такие же, как при ручной сварке покрытыми электродами.
Автоматическая сварка под слоем флюса. Выбор параметров ре-
жима сварки производится так же, как при сварке в защитных газах. Од-
нако, учитывая, что при сварке под флюсом потери электродного металла
на угар и разбрызгивание не превышают 5 %, должно выполняться соот-
ношение F,„vno;l > FHvCB.
Однако и в этом случае нужно знать зависимость скорости подачи
электрода упод от сварочного тока и других параметров режима (вылет
электрода, напряжение дуги см. гл. 3). Зная значение F-,n и FH (по ГОСТу
или чертежу), можно уточнить
F v
_ 110д
СВ “ г	•
FH
5.2. РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА ОЖИДАЕМЫХ
МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА ШВА
Прочность и работоспособность сварного соединения зависят от его
формы и соотношения механических свойств металла шва, околошовной
зоны (обычно зоны термического влияния) и основного металла.
При оценке ожидаемых механических свойств металла шва необхо-
димо учитывать действие следующих технологических факторов:
-	долю участия основного металла в формировании шва и его хими-
ческий состав;
-	тип и химический состав сварочных материалов;
-	метод и режим сварки;
-	тип соединения и число проходов в сварном шве;
-	размеры сварного соединения;
-	пластические деформации растяжения в металле шва при его ос-
тывании.
Влияние химических элементов, входящих в основной металл, мо-
жет быть значительным. Не учитывать этого нельзя. Роль химического
244
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА ДУГОВОЙ СВАРКИ
состава сварочных материалов также очевидна, так как их подбором
можно регулировать химический состав и механические свойства метал-
ла шва в самых широких пределах.
Метод сварки определяет тип защиты, ее химическую активность, а
режим сварки изменяет долю основного металла и объем жидкого флюса,
участвующих в химических реакциях, что, естественно, влияет на хими-
ческий состав металла шва и его свойства.
Тип соединения и число проходов влияют на химический состав ме-
талла шва, так как они определяют долю участия сварочных материалов в
формировании шва и характер химико-металлургических процессов в
зоне сварки.
Размеры сварного соединения влияют на характер температурного
поля и термического цикла, определяя также существенные для форми-
рования механических свойств металла шва характеристики: наиболь-
шую температуру нагрева Гтах, длительность выдержки металла в интер-
вале температур выше критических /в и скорость его охлаждения woxn.
Пластические деформации растяжения влияют в основном только на
предел текучести металла шва, повышая отношение атш /аП1Н до значе-
ний 0,75 ... 0,8 вместо обычных для прокатной стали - 0,65 ... 0,7.
В связи с этим недостаточно выбирать режим сварки и наплавки
только по показателям сплошности металла шва, правильного формиро-
вания, отсутствия дефектов, устойчивости и производительности процес-
са. Необходимо выбирать такие режимы, которые, обеспечивая выполне-
ние указанных выше требований, способствовали бы также получению
благоприятных структур и механических свойств металла шва и ЗТВ.
На основании изучения всех факторов, влияющих на механические
свойства металла шва, разработаны приближенные способы оценки ожи-
даемых механических свойств, многократная проверка которых показала,
что расчетные характеристики металла шва отличаются от эксперимен-
тальных на ±10 ... 15 %.
При сварке низкоуглеродистых сталей обычными методами химиче-
ский состав металла шва, характеризуемый эквивалентным содержанием
углерода С,ш, незначительно отличается от химического состава основ-
ного металла, характеризуемого также эквивалентным содержанием уг-
лерода С,о. Для этих сталей С,о = 0,21 ... 0,35 % и С,ш = 0,20 ... 0,30 %.
Механические свойства металла шва зависят в основном от скорости его
охлаждения и пластических деформаций растяжения, возникающих в
металле шва при его остывании.
РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
245
Существенное влияние скорости охлаждения металла шва на его
механические свойства связано с известными в металловедении особен-
ностями распада переохлажденного аустенита, с образованием вместо
равновесного перлита (содержащего 0,83 % С) псевдоэвтектоида, имею-
щего неравновесный состав и более мелкую структуру. Кроме того, наря-
ду с уменьшением количества углерода в псевдоэвтектоиде феррит обо-
гащается углеродом, становится также неравновесным и изменяет свои
свойства. Измельчаются зерна псевдоэвтсктоида и феррита.
Таким образом, с увеличением скорости охлаждения металла шва
вместо сравнительно мягких равновесных структур ферритно-перлитной
стали происходит образование неравновесных, мелкодисперсных струк-
тур сорбита, троостита и бейнита, что приводит к заметному повышению
прочности и уменьшению пластичности металла шва. Аналогичное явле-
ние происходит в сталях, которые с целью повышения их прочности под-
вергаются процессу так называемого термического упрочнения.
Используя график, приведенный на рис. 5.1, на котором показано
изменение безразмерных коэффициентов, влияющих на характеристики
металла шва/(НВ),/(ов),/(от) и/(ц/) в зависимости от скорости остыва-
ния шва можно рассчитать ожидаемые характеристики металла шва. Зная
механические свойства основного металла и режим сварки, рассчитыва-
Рис. 5.1. Изменение относительных характеристик механических свойств
металла шва в зависимости от скорости его охлаждения
246
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА ДУГОВОЙ СВАРКИ
ют скорость охлаждения по графику определяют соответствующие
безразмерные коэффициенты и затем ожидаемые механические свойства
металла шва по формулам:
ов ш  У(ов) оВЛ1, аг ш У(стт) п, о,
фш У(Ч>) Vo, НВШ —У(ав) НВО, 0,43ц/ш,
где овш> отш> V™, НВШ - соответственно предел прочности, предел теку-
чести, относительное поперечное сужение и твердость металла шва;
&во» Ото, Vo, НВ0 - соответствующие характеристики основного свари-
ваемого металла.
Для легированных сталей необходимо учитывать более точно хими-
ческий состав металла шва (рис. 5.2). При изучении комплексного леги-
рования металла шва с пределом легирования:
С < 0,3 %; Si < 1,0 % ; Мп < 2,5 %; Сг < 3,0 %; Ni < 3,0 %;
Мо < 1,0 %; Си < 3,0 %; А1 < 0,75 %; Ti < 0,35 %; W < 2,0 %,
установлено, что для данного диапазона легирования изменение механи-
ческих свойств металла шва пропорционально концентрации легирую-
щих элементов и что при комплексном их легировании действие всех
элементов подчиняется закону аддитивности.
Экспериментальное определение механических характеристик ме-
талла швов позволило установить коэффициенты влияния каждого эле-
мента и составить эмпирические уравнения для расчета ожидаемых ме-
ханических характеристик металла сварных низколегированных швов в
следующем виде:
для предела прочности шва, МПа
ов ш = 48 г 500С + 252Mn + 175Si 4 239Cr + 77Ni + 80 W +
4 700Ti 4- ]76Cu 4- 290А1 + 168Мо,	(5.1)
для относительного удлинения шва, %
6Ш = 50,4 - [21,8С - 15Мп 4- 49Si 4- 2,4Ni + 5,8Сг 4- 6,2Cu 4-
4- 2,2W + 6,6Ti] + 17,1 Al 4- 2,7Mo,	(5.2)
для ударной вязкости шва при Т = 20 °C, Дж/см2
КСУп ш = [23,3 - (25,7С + 6,4 Мп - 8,4Si 4- 2,4Сг 4- 1,6Ni 4- 4Cu +
4-0,5W+ 1,4Мо 4- 15,4Ti) 4- 18А1] 10,	(5.3)
РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
247
Содержание легирующего элемента
для предела текучести шва
атш = 7,3овш,	(5.4)
для относительного поперечного сужения
2,32 6Ш .
(5.5)
В приведенных формулах значение каждого компонента принято в
процентах. Формулы справедливы при условии» что концентрация от-
248 ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА ДУГОВОЙ СВАРКИ
дельных элементов находится в указанных выше пределах, суммарное
содержание всех легирующих элементов не превышает 5 % и скорость
охлаждения металла шва не превышает 2 °С/с (т.е. отсутствует эффект
закалки). При больших скоростях охлаждения необходимо учитывать
эффект закалки, используя данные рис. 5.3, на котором эффект закалки в
зависимости от скорости охлаждения приведен для двух эквивалентных
содержаний углерода С, = 0,26 иС,- 0,57. Для промежуточных значений
С, рекомендуется пользоваться интерполяцией и определять woxn. Экви-
валентное содержание углерода в шве подсчитывают по формуле
С, = С + Мп/6 + Сг/5 + V/5 т Мо/4 + Ni/15 + Cu/13 + Р/2,
где С, Мп, Сг, V, Мо и т.д. - процентное содержание легирующих эле-
ментов в металле шва. Медь и фосфор учитывают только в том случае,
если концентрация меди больше 0,5 %, а фосфора больше 0,05 %. Для
определения химического состава металла шва можно воспользоваться
правилом смешения.
Площадь наплавки можно рассчитать по формуле
fnp =’lnp-^L о,95 IO-4.
'•'св
Рис. 5.3. Коэффициенты, учитывающие влияние
скорости остывания низколегированного металла шва
на его механические свойства
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
249
Рис. 5.4. Зависимость полного теплового кпд от скорости сварки и плотности
тока в электроде (механизированная сварка под флюсом):
/ - 25 А/мм2; 2 - 30 Л/мм2; 3-40 Л/мм2;
4-80 Л/мм2; 5- 160 А/мм2; 6 - 250 А/мм2
Полный тепловой кпд г|пр зависит главным образом от скорости
сварки и плотности тока в электроде (рис. 5.4).
Все полученные расчетные данные следует уточнять при сварке
опытных образцов.
Контрольные вопросы
1.	От чего зависит выбор способа сварки и сварочных материалов?
2.	Влияние параметров режима на свойства сварных соединений.
3.	Приемы выбора параметров режима сварки покрытыми электро*
дам и, в защитных газах, под флюсом.
4.	Факторы учитываемые при оценке ожидаемых свойств металла
шва.
Глава 6
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ И
НИЗКОУГЛЕРОДИСГЫХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ
КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ
6.1.	СОСТАВ И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ
Сталь - это железный сплав, содержащий до 2 % С. В углеродистых
консзрукционных сталях, широко используемых в машиностроении, су-
достроении т.д., содержание углерода обычно оставляет 0,06 ... 0,9 %.
Углерод является основным легирующим элементом и определяет меха-
нические свойства этой группы сталей. Повышение его содержания в
стали усложняет технологию сварки и затрудняет возможности получе-
ния равнопрочного сварного соединения без дефектов.
По степени раскисления сталь изготовляют кипящей, спокойной и
полуспокойной (соответствующие индексы "кп", "сп" и "пс"). Кипящую
сталь, содержащую не более 0,07 % Si, получают при неполном раскис-
лении металла. Сталь характеризуется резко выраженной неравномерно-
стью распределения серы и фосфора по толщине проката. Местная по-
вышенная концентрация серы может привести к образованию кристалли-
зационных трешин в шве и околошовной зоне.
Кипящая сталь склонна к старению в околошовной зоне и переходу
в хрупкое состояние при отрицательных температурах. В спокойной ста-
ли, содержащей не менее 0,12 % Si, распределение серы и фосфора более
равномерно. Эти стали менее склонны к старению. Полуспокойная сталь
нанимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталью.
Стали с содержанием до 0,25 % С относятся к низкоуглеродистым, с
содержанием 0,26 ... 0,45% к среднеуглеродистым, к высокоуглероди-
стым относятся, стали, содержащие 0,45 ... 0,75 % С. Они отличаются
плохой свариваемостью и их не применяют для изготовления сварных
конструкций. Температурная область применения углеродистых сталей
от -40 до +425 °C, низколегированных от -70 до +475 °C. По качествен-
ному признаку низкоуглеродистые стали разделяют на две группы:
обыкновенного качества и качественные.
Сталь обыкновенного качества поставляют без термообработки в го-
рячекатаном состоянии. Изготовленные из нее конструкции обычно так-
СОСТАВ И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ
251
же не подвергают последующей термообработке. Эта сталь поставляется
по ГОСТ 380-94 на сталь углеродистую обыкновенного качества,
ГОСТ 5520-79 (в ред. 1990 г.) на сталь для котлостроения, ГОСТ 5521-86
на сталь для судостроения и т.д. (табл. 6.1).
6.1. Химический состав некоторых
углеродистых конструкционных сталей, %
Марка стали	ГОСТ	С	Мп	Si
Ст1кп	380-94	0,06 ...0,12	0,25 ... 0,50	не более 0,05
Ст1пс		0,06... 0,12	0,25 ... 0,50	0,05 ...0,15
Ст1сп		0,06 ...0,12	0,25 ... 0,50	0,15 ...0,30
Ст2кп		0,09... 0,15	0,25 ... 0,50	не более 0,05
Ст2пс		0,09 ...0,15	0,25 ... 0,50	0,05 ...0,15
Ст2сп		0,09 ...0,15	0,25 ... 0,50	0,15... 0,30
СтЗпс		0,14... 0,22	0,40... 0,65	0,05 ...0,15
СтЗсп		0,14... 0,22	0,40... 0,65	0,15... 0,30
10	1050-88	0,07 ...0,14	0,35 ... 0,65	0,17 ...0,37
15		0,12 ...0,19	0,35 ... 0,65	0,17... 0,37
20		0,17... 0,24	0,35 ... 0,65	0,17... 0,37
15Г	4543-71	0,12 ...0,19	0,70... 1,00	0,17...0,37
20Г		0,17... 0,24	0,70... 1,00	0,17...0,37
35Г		0,32 ... 0,40	0,70... 1,00	0,17... 0,37
12К	5520-79	0,08 ...0,16	0,40... 0,70	0,17... 0,37
15К		0,12... 0,20	0,35 ... 0,65	0,15... 0,30
20К		0,16... 0,24	<0,65	0,15... 0,30
22К		0,19 ...0,26	1,00	0,17 ...0,40
СтЗС	5521-86	0,14... 0,22	0,35 ... 0,60	0,12... 0,35
Примечания: I. Массовая доля хрома, никеля и меди в сталях марок Ст 1,
Ст2 и СтЗ различной выплавки должна быть не более 0,30 % каждого, серы не
более 0,050 %, фосфора не более 0,70 %.
2. Для проката из стали марок СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, предназначенного для
сварных конструкций, отклонение по содержанию углерода в сторону его уве-
личения не допускался.
252
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
Конструкционные стали с нормальным и повышенным содержанием
марганца (марки 15Г и 20Г) имеют пониженное содержание серы. Меха-
нические свойства некоторых марок углеродистой стали приведены в
табл. 6.2. Стали этой группы для изготовления конструкций обычно при-
меняют в горячекатаном состоянии и меньше - после термообработки,
нормализации или закалки с отпуском (термоупрочнение). Механические
свойства этих сталей зависят от термообработки (табл. 6.3).
6.2. Механические свойства некоторых марок
углеродистой стали и холодном состоянии
Марка стали	Временное сопротив- пение <ув, МПа	Предел текучести от, (МПа) для толщин, мм				Относительное удлинение б5 (%), для толщин, мм		
		До 20	20... 40	40... 100	Свыше 100	До 20	20... 40	Свыше 40
Ст1кп	310 ...400	—	-	-	—	35	34	32
Ст 1 пс	320 ... 420	—	—	-	—	34	33	31
Ст2кп	330... 420	220	210	200	190	33	32	30
Ст2пс	340 ... 440	230	220	210	200	32	31	29
СтЗкп	370 ... 470	240	230	220	200	27	26	24
СтЗсп	380 ... 490	250	240	230	210	26	25	23
СтЗГпс	380 ... 500	250	240	230	210	26	25	23
10	330	205	—	—	-	31	—	-
15	370	225	-	—	-	27	—	—
15	410	245	—	-	—	25	-	—
15Г	410	245	—	—	—	26	—	—
20Г	450	280	—	—	—	24	—	—
35Г	570	340	—	—	—	18	—	—
Примечание. Для сталей мирок 10, 15, 20, 15Г и 20Г механические свой-
ства определены на образцах из нормализованных заготовок.
63. Ударная вязкость некоторых углеродистых
конструкционных сталей (Дж/см2)
Марка стали	Вид проката стали	Располо- жение об- разца отно- сительно проката	Толщина, мм	Ударная вязкость (не менее), Дж/см2		
				при темпе- ратуре, °C		после меха- ничсского старения
				+20	-20	
СтЗпс	Листовая	Поперек	5...9 10... 25 26 ... 40	78 69 49	39 29	39 29
СтЗсп	Широкопо- лосная	Вдоль	10 ... 25 26 ... 40	78 69	29	29
	Листовая	Поперек	10... 30 31 ...40	69 49	29	29
СтЗГпс	Широкопо- лосная	Вдоль	5 ...9 10...30 31 ...40	98 78 69	49 29	49 29
Легированными называются стали, содержащие специально введен-
ные элементы. Марганец считается легирующим компонентом при со-
держании его в стали более 0,7 %, а кремний свыше 0,4 %. Поэтому угле-
родистые стали марок СтЗГпс, 15Г и 20Г с повышенным содержанием
марганца соответствуют низколегированным конструкционным сталям.
Легирующие элементы, вводимые в сталь, вступал во взаимодействие с
железом и углеродом, изменяют ее свойства. Это повышает механиче-
ские свойства стали и, в частности, снижает порог хладноломкости.
В результате появляется возможность снизить массу конструкций.
254 ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
При производстве сварных конструкций широко используют низко-
углеродистые низколегированные конструкционные стали (табл. 6.4 и
6.5). Суммарное содержание легирующих элементов в этих сталях обыч-
но не превышает 4,0 %, а углерода 0,25 %. Низколегированные стали в
зависимости от вводимых в сталь легирующих элементов разделяют на
марганцевые, кремнемарганцевые, хромокремненикелемедистые и т.д.
6.4. Химический состав некоторых низкоуглеродистых
низколегированных конструкционных сгалей
Марка стали	Химический состав, %				Тип стали
	С	Si	Мп	Прочие	
09Г2 14Г2 18Г2	<0,12 0,12... 0,18 0,14... 0,20	0,17 ...0,37 0,17...0,37 0,25 ... 0,55	1,4 ... 1,8 1,2 ... 1,6 1,2 ... 1,6	Си < 0,3 Сг < 0,3 Ni < 0,3	Марган- цевые
12ГС 16ГС 17ГС 092С 10Г2С1	0,09 ...0,15 0,12... 0,18 0,14... 0,20 <0,12 <0,12	0,5 ... 0,8 0,4 ... 0,7 0,4 ... 0,6 0,5 ... 0,8 0,8 ... 1,1	0,8 ... 1,2 0,9... 1,2 1,0... 1,4 1,3 ... 1,7 13 ... 1,65	Си < 0,3	Кремне- марганцо- вые
10Г2С1Д	<0,12	0,8 ... 1,1	1,3 ... 1,65	Си-0,15...0,3 Ni < 0,3 Сг < 0,3	Кремнс- марганцо- вомедистые
15ГФ	0,12... 0,18	0,17... 0,37	0,9 ... 1,2	V = 0,05 ... 0,10	Марган- цовована- диевая
14ХГС	0,11 ... 0,16	0,4 ... 0,7	0,9 ... 1,3	Сг = 0,5 ...0,8 Ni < 0,3 Си < 0,3	Хромок- ремнемар- ганцовая
10ХСНД	<0,12	0,8 ... 1,1	0,5 ... 0,8	Сг = 0,6... 0,9 Ni =0,5 ...0,8 Си = 0,4 ...0,65	Хромок- ремнени- келемеди- стые
15ХСНД	0,12... 0,18	0,4 ... 0,7	04 ... 0,7	Сг = 0,6 ... 0,9 Ni = 0,3 ... 0,6 Си = 0,2 ...0,4	
Примечание. Содержание серы и фосфора не более 0,035 %.
СОСТАВ И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ
255
6.5. Механические свойства некоторых
низкоуглеродистых низколегированных
конструкционных сталей в состоянии поставки
Марка стали	Ударная вязкость при температуре -40 °C, Дж/см2			S5, %
		Не менее. МПа		
0,9Г2	30	450	310	21
14Г2	34	470	340	21
18Г2	40	520	360	21
12ГС	-	470	320	26
16ГС	29	500	330	21
09Г2С	39	500	350	21
10Г2С1	40	520	380	21
15ГФ	39	520	380	21
14ХГС	39	500	350	22
10ХСНД	49	540	400	39
15ХСНД	39	500	350	39
Примечание. Прокат толщиной 4 .. 10 мм.
Наличие марганца в сталях повышает ударную вязкость и хладно-
ломкость, обеспечивая удовлетворительную свариваемость. По сравне-
нию с другими низколегированными сталями марганцевые позволяют по-
лучить сварные соединения более высокой прочности при знакоперемен-
ных и ударных нагрузках. Введение в низколегированные стали неболь-
шого количества меди (0,3 ... 0,4 %) повышает стойкость стали против
коррозии атмосферной и в морской воде.
Для изготовления сварных конструкций низколегированные стали
используют в горячекатаном состоянии. Термообработка значительно
улучшает механические свойства стали, которые, однако, зависят от тол-
щины проката. При этом может быть достигнуто значительное снижение
порога хладноломкости. Поэтому в последние голы некоторые марки
низколегированных сталей для производства сварных конструкций ис-
пользуют после упрочняющей термообработки.
256
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
6.2.	ОБРАЗОВАНИЕ ШВА И ОКОЛОШОВНОЙ ЗОНЫ
В сварочной ванне расплавленные основной и, если используют, до-
полнительный металлы перемешиваются. По мере перемещения источ-
ника ।еплоты вслед за ним перемещается и сварочная ванна. В результате
потерь ।еплогы на излучение, теплоотвод в изделие, а при электрошлако-
вой сварке - и в формирующие ползуны в хвостовой части ванны проис-
ходит понижение температуры расплавленного металла, который, за-
1вердевая, образует сварной шов.
Форма и объем сварочной ванны зависят от способа сварки и основ-
ных параметров режима. Ее объем может составлять от миллиметров до
со ген кубических сантиметров.
В результате этого изменяются и условия затвердевания (кристалли-
зации) металла сварочной ванны, которые также зависят от условий теп-
лоотвода, т е. от толщины свариваемого металла, типа сварного соедине-
ния, способа сварки, наличия шлака на поверхности сварочной ванны и
1.д. Таким образом, названные выше условия определяют и неодинаковое
время существования в расплавленном состоянии металла в различных уча-
стках сварочной ванны.
Кристаллизация металла сварочной ванны у границы с нераспла-
вившимся основным металлом (границы сплавления) протекает очень
быстро. По мере удаления от нее к центру ванны длительность пребыва-
ния металла в расплавленном состоянии увеличивается. Переход металла
из жидкого в твердое состояние - первичная кристаллизация на границе
сплавления начинается от час-
тично оплавленных зерен ос-
новного или ранее наплавлен-
ного металла (рис. 6.1) в виде
дендритов, растущих в направ-
лении, обратном теплоотводу,
т.е. в глубь сварочной ванны.
Таким образом, возникают об-
щие зерна.
При многослойной сварке,
когда кристаллизация начина-
ется от частично оплавленных
зерен предыдущего шва, воз-
можно прорастание кристаллов
из слоя в слой - образуется
транскристаллитная структура.
Затвердевший металл
Граница сплавления
Рис. 6.1. Строение зоны плавления
ОБРАЗОВАНИЕ ШВА И ОКОЛОШОВНОЙ ЗОНЫ
257
На различных этапах кристаллизации металла сварочной ванны и
роста дендритов состав кристаллизующего жидкого металла не одинаков.
Первые порции металла менее загрязнены примесями, чем последние.
В результате образуется зональная и внутридендритная химическая не-
однородность металла. Неоднородность химического состава в различ-
ных участках одного дендрита, когда его поверхностные слои более за-
грязнены примесями - внутридендритная ликвация, имеет преимущест-
венное развитие в сварном шве.
Ликвация в сварном шве зависит от его химического состава, формы
сварочной ванны и скорости кристаллизации. Способ сварки оказывает
существенное влияние на развитие ликвации.
Первичная кристаллизация металла сварочной ванны имеет преры-
вистый характер, вызванный выделением перед фронтом кристаллизации
скрытой теплоты кристаллизации. Это приводит к характерному слои-
стому сгроению шва и появлению ликвации в виде слоистой неоднород-
ное! и. которая в наибольшей степени проявляется вблизи (раницы
сплавления. Слоистая ликвация также зависит от характера и скорости
кристаллизации металла сварочной ванны. Слоистая и дендритная ликва-
ции уменьшаются при улучшении условий диффузии ликвирующих эле-
ментов в твердом металле.
Образовавшиеся в затвердевшем металле шва в результате первич-
ной кристаллизации столбчатые кристаллиты имеют аустенитную микро-
структуру (диаграмма состояния системы Fc-C сплавов на рис. 6.2, спра-
ва). При дальнейшем охлаждении металла, при температуре аллотропи-
ческого превращения Ас3 начинается процесс перестройки атомов про-
странственной решетки - перекристаллизация. В результате перекри-
сталлизации происходит распад части аустенита и превращение его в
феррит. Так как растворимость углерода в феррите меньше, чем в аусте-
ните, выделяющийся углерод вступает в химическое соединение с желе-
юм, образуя цементит.
Дальнейшее охлаждение стали ниже температуры превращения
Aci приводит к образованию: эвтектоидной смеси феррита и цементита -
перлита. Вторичная кристаллизация сопровождается значительным уве-
личением числа зерен, так как в пределах первичного зерна аустенита
образуется несколько зерен перлита и феррита. Это благоприятно влияет
на механические свойства стали. С увеличением в стали содержания уг-
лерода количество перлита возрастает. Одновременно может наблюдать-
ся и рост зерен. Количество и строение перлитной фазы зависит также от
скорости охлаждения металла шва.
9	7162
258
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
Низкочглсровистая сталь
Низколегированная сталь
Участок
закалки
Участок
отпуска
Рис. 6.2. Строение зоны термического влияния сварного шва при дуговой
сварке низкоуглеродистой и низколегированной сталей
При некоторых условиях может образоваться видманштеттова
структура, характеризующаяся выделением феррита из аустенита не
только по границам зерен, но и по кристаллографическим плоскостям
отдельных кристаллитов. Видманштеттова структура в сварных соедине-
ниях не желательна, так как снижает их механические свойства. Металл
шва при комнатной температуре и обычных для сварки скоростях охлаж-
дения в области температур перекристаллизации имеет ферритно-
перлитную или сорбитообразную структуру.
Теплота, выделяемая при сварке, распространяется вследствие теп-
лопроводности в основной металл. Этот процесс характеризуется терми-
ОБРАЗОВАНИЕ ШВА И ОКОЛОШОВНОЙ ЗОНЫ
259
ческим циклом. В каждой точке околошовной зоны температура вначале
нарастает, достигая максимума, а затем снижается. Чем ближе точка рас-
положения к границе сплавления, тем быстрее происходит нагрев метал-
ла в данном участке и тем выше максимальная температура, достигае-
мая в нем. При значительном удалении от шва нагрев основного металла
практически не происходит.
Таким образом, различные участки основного металла характеризу-
ются различными максимальными температурами и различными скоро-
стями нагрева и охлаждения, т.е. подвергаются своеобразной термообра-
ботке. Поэтому структура и свойства основного металла в различных
участках сварного соединения различны. Зону основного металла, в ко-
торой под воздействием термического цикла при сварке произошли фа-
зовые и структурные изменения, называют зоной термического влияния.
Характер этих превращений и протяженность зоны термического влия-
ния зависят от состава и теплофизических свойств свариваемого металла,
способа и режима сварки, типа сварного соединения и т.п.
На рис. 6.2 слева показаны поперечное сечение стыкового сварного
соединения при однослойной сварке низкоуглеродистой стали, кривая
распределения температур по поверхности сварного соединения в мо-
мент, когда металл шва находится в расплавленном состоянии, и струк-
туры различных участков зоны термического влияния шва после сварки,
образованные в результате действия термического цикла сварки. Эта
схема - условная, так как кривая распределения температур по поверхно-
сти сварного соединения во время охлаждения меняет свой характер.
На участке неполного расплавления объемы металла нагревались в ин-
тервале температур между солидусом и ликвидусом, что приводило к час-
тичному расплавлению (оплавлению) зерен металла. Пространство между
нерасплавившимися зернами заполнено жидкими прослойками, связанными
с металлом сварочной ванны. Поэтому в него могли проникать и элементы,
вводимые в металл сварочной ванны. В результате состав металла на этом
участке может отличаться от состава основного металла, а за счет нераспла-
вившихся зерен основного металла - и от состава металла шва.
Слоистая ликвация способствует увеличению химической неодно-
родности металла на этом участке по сравнению с металлом шва. Состав
и структура металла в этой зоне зависят также от диффузии элементов,
которая может проходить как из основного нерасплавившегося металла в
жидкий металл, так и наоборот. Этот участок по существу и является ме-
стом сварки. Его протяженность зависит от состава и свойств металла,
способа сварки и обычно не превышает 0,5 мм, но свойства металла в нем
могут оказывать решающее влияние на свойства всего сварного соединения.
260
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
На участке перегрева металл нагревался в интервале температур от
1100 ... 1150 °C до линии солидуса. Металл, нагревавшийся выше темпе-
ратуры Асъ полностью переходит в состояние аустенита, при этом про-
исходит рост зерна, размеры которого увеличиваются тем больше, чем
выше температура металла. Даже непродолжительное пребывание метал-
ла при температурах свыше 1100 °C приводит к значительному увеличе-
нию размера зерен. Крупнозернистая структура металла на этом участке
перегрева после охлаждения может привести к образованию неблагопри-
ятной видманштеттовой структуры.
Металл, нагретый незначительно выше температур Ас-», имеет мел-
козернистую структуру с высокими механическими свойствами. Этот
участок называется участком нормализации (перекристаллизации). На
участке неполной перекристаллизации металл нагревался до температу-
ры между АС| и Ас3. Поэтому он характеризуется почти неизменным фе-
роитным зерном и некоторым измельчением и сфероидизацией перлит-
ных участков.
Металл, нагревавшийся в интервале температур 500 ... 550 °C до Ас।
(участок рекристаллизации), по структуре незначительно отличается от
основного. Если до сварки металл подвергался пластической деформа-
ции, то при нагреве в нем происходит сращивание раздробленных зерен
основного металла - рекристаллизация. При значительной выдержке при
этих температурах может произойти значительный рост зерен. Механиче-
ские свойства металла этого участка могут несколько снизиться из-за
разупрочнения ввиду снятия наклепа.
При нагреве металла в интервале температур 100 ... 500 °C (участок
старения) его структура в процессе сварки не претерпевает видимых из-
менений. Однако в некоторых сталях, содержащих повышенное количе-
ство кислорода и азота (обычно кипящих), их нагрев при температурах
150 ... 350 °C сопровождается резким снижением ударной вязкости и со-
противляемости разрушению.
Многослойная сварка ввиду многократного воздействия термическо-
го цикла сварки на основной металл в околошовной зоне изменяет строе-
ние и структуру зоны термического влияния. При сварке длинными уча-
стками после каждого последующего прохода предыдущий шов подвер-
гается своеобразному отпуску. При сварке короткими участками шов и
околошовная зона длительное время находятся в нагретом состоянии.
Помимо изменения структур, это увеличивает и протяженность зоны
термического влияния.
Последующие слои термически воздействуют на ранее наплавлен-
ные швы, имеющие структуру литого металла, и создают в них зону тер-
ОБРАЗОВАНИЕ ШВА И ОКОЛОШОВНОЙ ЗОНЫ
261
мического влияния, строение и структура которой значительно отлича-
ются от зоны термического влияния в основном металле, подвергавшемся
прокатки. Эта зона на участке перегрева обычно не имеет крупного зерна и
характеризуется мелкозернистыми структурами с повышенными пластиче-
скими свойствами.
При газовой сварке более медленный нагрев по сравнению с дуговой
сваркой приводит к значительному росту нерасплавившихся зерен ос-
новного металла, прилегающих к границе сплавления. Начинающаяся от
них кристаллизация расплавленного металла сварочной ванны способст-
вует крупнозернистому строению металла шва. Этому способствуют и
умеренные способы охлаждения. Протяженность зоны термического влия-
ния при газовой сварке значительно больше, чем при дуговой (до 28 мм).
Поэтому и ширина различных участков зоны термического влияния
больше.
Структура металла швов при электрошлаковой сварке может харак-
теризоваться наличием трех зон (рис. 6.3, а): зоны / крупных столбчатых
кристаллов, которые растут в направлении, обратном отводу теплоты;
зоны 2 тонких столбчатых кристаллов с меньшей величиной зерна и не-
сколько большим их отклонением в сторону теплового центра; зоны 3
равноосных кристаллов, располагающейся посередине шва. В зависимо-
сти от способа электрошлаковой сварки, химического состава металла
шва и режима сварки может быть получено различное строение швов.
Повышение содержания в шве углерода и марганца увеличивает, а
уменьшение интенсивности теплоотвода уменьшает ширину зоны /.
Направленность кристаллизации зависит от коэффициента формы
шва. При его увеличении за счет уменьшения скорости подачи электрод-
ной проволоки (рис. 6.3, 6) происходит отклонение роста кристаллов в
сторону теплового центра сварочной ванны. Подобные швы имеют по-
вышенную стойкость против кристаллизационных трещин. Медленное
охлаждение швов при электрошлаковой сварке в интервале температур
фазовых превращений способствует тому, что их структура характеризу-
ется грубым ферритно-перлитным строением с утолщенной оторочкой
феррита по границам кристаллов.
Термический цикл околошовной зоны при электрошлаковой сварке
характеризуется длительным ее нагревом и выдержкой при температурах
перегрева и медленным охлаждением. Поэтому в ней могут образовы-
ваться грубые видманштеттовы структуры, которые по мере удаления
от линии сплавления сменяются нормализованной мелкозернистой
структурой. В зоне перегрева может наблюдаться падение ударной вязко-
сти, что устраняется последующей термообработкой (нормализация с
отпуском).
262 ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
1 2 3
а)	б)
Рис. 6.3. Строение металла шва при электрошлаковой сварке
Термический цикл электрошлаковой сварки, способствуя распаду
аустенита в области перлитного и промежуточного превращений, благо-
приятен при сварке низколегированных сталей, так как способствует по-
давлению образования закалочных структур.
Основным фактором, определяющим после окончания сварки конеч-
ную структуру металла в отдельных участках зоны термического влияния,
является термический цикл, которому подвергался металл этого участка при
сварке. Решающими факторами термического цикла сварки являются мак-
симальная температура, достигаемая металлом в рассматриваемом объеме,
и скорость его охлаждения. Ширина и конечная структура различных уча-
стков зоны термического влияния определяются способом и режимом свар-
ки, составом и толщиной основного металла. Общая протяженность зоны
термического влияния может достигать 30 мм. При более концентрирован-
ных источниках теплоты протяженность зоны меньше.
Рассмотренное разделение зоны термического влияния - приближенно.
При переходе от одного структурного участка к другому имеются промежу-
точные структуры. Кроме того, диаграмму железо - углерод мы рассматри-
вали статично, в какой-то момент существования сварочной ванны. В дей-
ствительности температура в точках зоны термического влияния изменяется
во времени в соответствии с термическим циклом сварки.
Повышение прочности низколегированных сталей достигается леги-
рованием их элементами, которые растворяются в феррите и измельчают
перлитную составляющую. Наличие этих элементов при охлаждении
тормозит процесс распада аустенита и действует равносильно некоторо-
му увеличению скорости охлаждения. Поэтому при сварке в зоне терми-
ческого влияния на участке, где металл нагревался выше температур Ась
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРИВАЕМОСТИ
263
при повышенных скоростях охлаждения могут образовываться закалоч-
ные структуры. Металл, нагревавшийся до температур значительно выше
Ась будет иметь более грубозернистую структуру.
При сварке термически упрочненных сталей на участках рекристал-
лизации и старения может произойти отпуск металла с образованием
структуры сорбита отпуска и понижением прочностных свойств металла.
Технология изготовления сварных конструкций из низколегированных
сталей должна предусматривать минимальную возможность появления в
зоне термического влияния закалочных структур, способных привести к
холодным трещинам, особенно при сварке металла больших толщин. При
сварке термически упрочненных сталей следует принимать меры, преду-
преждающие разупрочнение стали на участке отпуска.
6.3.	ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРИВАЕМОСТИ
Низкоуглсродистые и низкоуглеродистые низколегированные стали
обладают хорошей свариваемостью. Свариваемость среднеуглеродистых
сталей, используемых в нормализованном состоянии, затруднена, осо-
бенно при повышенной толщине металла. В некоторых случаях техноло-
гия их сварки схожа с технологией сварки низколегированных сталей с
повышенным содержанием углерода (см. гл. 7) и должна обеспечивать
определенный комплекс требований, основные из которых - обеспечение
надежности и долговечности конструкций (особенно из термически уп-
рочняемых сталей, обычно используемых при изготовлении ответствен-
ных конструкций).
Важное требование при сварке рассматриваемых сталей - обеспече-
ние равнопрочности сварного соединения с основным металлом и отсут-
ствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла
шва и околошовной зоны должны быть не ниже нижнего предела соот-
ветствующих свойств основного металла.
При сварке низкоуглеродистых и низкоуглеродистых низколегиро-
ванных сталей при применении соответствующих сварочных материалов
металл шва легирован кремнием и марганцем больше, чем основной ме-
талл. Поэтому его механические свойства в большинстве случаев выше,
чем у основного металла. В этом случае основное требование при сварке -
получение сварною шва с необходимыми геометрическими размерами и
без дефектов.
В некоторых случаях конкретные условия работы конструкций допус-
кают снижение отдельных показателей механических свойств сварного со-
единения. Однако во всех случаях, особенно при сварке ответственных кон-
струкций, швы не должны иметь трещин, непроваров, пор, подрезов.
264
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать
требуемым. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в
хрупкое состояния. Иногда к сварному соединению предъявляют допол-
нительные требования (работоспособность при вибрационных и ударных
нагрузках, пониженных температурах и т.д.). Технология должна обеспе-
чивать максимальную производительность и экономичность процесса
сварки при требуемой надежности конструкции.
Механические свойства металла шва и сварного соединения зависят
от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом
сварки, предыдущей и последующей термообработкой. Химический со-
став металла шва при сварке рассматриваемых сiалей незначительно от-
личается от состава основного металла (табл. 6.6). Это различие сводится
к снижению содержания в металле шва углерода для предупреждения
образования структур закалочного характера при повышенных скоростях
охлаждения. Возможное снижение прочности металла шва, вызванное
уменьшением содержания в нем углерода, компенсируется легированием
металла через проволоку, покрытие или флюс марганцем, кремнием, а
при сварке низколегированных сталей - также и за счет перехода этих
элементов из основного металла.
6.6. Средний химический состав металла шва, %
Металл	С	Si	Мп
Основной, типа СтЗ	0,14 ...0,22	0,05 ... 0,30	0,40 ... 0,45
Шва при сварке:			
покрытыми электродами	0,08 ...0,13	0,20 ... 0,25	0,30 ... 0,90
под флюсом	0,12 ... 0,18	0,15 ...0,40	0,65 ... 0,75
в среде углекислого газа	0,10 ...0,16	0,20 ... 0,47	0,57 ... 0,79
электрошлаковой	0,10...0,16	0,07 ...0,16	0,45 ... 0,60
Основной.низколегированная	0,16... 0,22	0,17 ...0,37	0,80... 1,15
сталь 19Г			
Шва при сварке:			
покрытыми электродами	0,09... 0,15	0,20 ... 0,30	0,40... 1,20
под флюсом	0,10... 0,14	0,15 ... 0,30	0,90 ... 1,80
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРИВАЕМОСТИ
265
Таким образом, химиче-
ский состав металла шва зави-
сит от доли участия основного
и дополнительного металлов в
образовании металла шва и
взаимодействий между метал-
лом, шлаком и газовой фазой.
Повышенные скорости охлаж-
дения металла шва также спо-
собствуют повышению его
прочности (рис. 6.4), однако
при этом снижаются его пла-
стические свойства и ударная
вязкость. Это объясняется из-
менением количества и строе-
ния перлитной фазы.
Критическая температура
перехода металла однослойно-
го шва в хрупкое состояние
Рис. 6.4. Зависимость между
скоростью охлаждения и
механическими свойствами
металла шва при дуговой сварке
низкоуглеродистых сталей
практически не зависит от скорости охлаждения. Скорость охлаждения
металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкци-
ей сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой из-
делия.
Влияние скорости охлаждения в наибольшей степени проявляется при
дуговой сварке однослойных угловых швов и последнего слоя многослой-
ных угловых и стыковых швов при наложении их на холодные, предвари-
тельно сваренные швы. Металл многослойных швов, кроме последних
слоев, подвергающийся действию повторного термического цикла свар-
ки, имеет более благоприятную мелкозернистую структуру. Поэтому он
обладает более низкой критической температурой перехода в хрупкое
состояние. Пластическая деформация, возникающая в металле шва под
воздействием сварочных напряжений, также повышает предел текучести
металла шва.
Обеспечение равнолрочности металла шва при дуговых способах
сварки низкоуглеродистьх и низколегированных нетермоупрочненных
сталей обычно не вызывает затруднений. Механические свойства металла
околошовной зоны зависят от конкретных условий сварки и от вида тер-
мообработки стали перед сваркой.
При сварке низкоуглеродиегых горячекатаных (в состоянии постав-
ки) сталей при толщине металла до 15 мм на обычных режимах, обеспе-
чивающих небольшие скорости охлаждения, структуры металла шва и
околошовной зоны примерно такие, как было рассмотрено выше (см.
266
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
рис. 6.2). Повышение скоростей охлаждения при сварке на форсирован-
ных режимах металла повышенной толщины, однопроходных угловых
швов, при отрицательных температурах и т.д. может привести к появле-
нию в металле шва и околошовной зоны закалочных структур на участ-
ках перегрева и полной и неполной рекристаллизации.
Как видно из данных табл. 6.7 и рис. 6.5 скорость охлаждения для
низкоуглеродистых сталей оказывает большое влияние на их механиче-
ские свойства. При повышении содержания марганца это влияние усили-
вается. Поэтому даже при сварке горячекатаной низкоуглеродистой стали
марки СтЗкп при указанных выше условиях не исключена возможность
получения в сварном соединении закалочных структур. Если сталь перед
сваркой прошла термическое упрочнение закалку, то в зоне термиче-
ского влияния шва на участках рекристаллизации и старения будет на-
блюдаться отпуск металла, т.е. снижение его прочностных свойств. Уро-
вень изменения этих свойств зависит oi погонной энергии, типа сварного
соединения и условий сварки.
При сварке низколегированных сталей изменение свойств металла шва
и околошовной зоны проявляется более значительно. Сварка горячекатаной
стали способствует появлению закалочных структур на участках перегрева
и нормализации (см. рис. 6.2). Уровень изменения механических свойств
металла больше, чем при сварке низкоуглеродистых сталей. Термообработка
низколегированных сталей, наиболее часто - закалка (термоупрочнение) с
целью повышения их прочностных показателей при сохранении высокой
пластичности (см. габл. 6.7) усложняет технологию сварки.
На участках рекристаллизации и старения происходит разупрочне-
ние стали под действием высокого отпуска с образованием структур пре-
имущественно троостита или сорбита отпуска. Это разупрочнение тем
6.7. Влияние термообработки на механические свойства стали
Марка	Вид термообработки	ат, МПа	а„, МПа	5S, %	Ф, %
СтЗкп	Отжиг	194	393	35,9	61,0
	Нормализация	255	418	32,8	64,1
	Закалка в масле	318	506	29,4	68,5
	Закалка в воде	421	588	18,2	67,9
14Г2	Отжиг	294	503	34,9	67,2
	Нормализация	338	532	30,1	65,5
	Закалка в масле	528	739	23,4	61,6
	Закалка в воде	880	1014	13,6	50,4
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРИВАЕМОСТИ
267
Рис. 6.5. Влияние скорости охлаждения при температуре 550 °C
на механические свойства сталей:
/ - С’тЗкп; 2 - 191,3 1412
больше, чем выше была прочность основного металла, полученная после
термообработки. При температурах выше Ас3 разупрочнение обусловле-
но совместно протекающими процессами высокого отпуска и фазовой
перекристаллизации. В этих процессах решающее значение имеют ско-
рость охлаждения металла шва (рис. 6.5) и в первую очередь погонная
энергия при сварке (табл. 6.8).
Таким образом, при сварке низколегированных сталей (особенно
термоупрочненных) получение равнопрочного сварного соединения вы-
зывает некоторые трудности и поэтому требует применения определен-
ных технических приемов (сварка короткими участками нетермоупроч-
ненных сталей и длинными термоупрочненных и др.). Протяженность
участков зоны термического влияния, |де произошло заметное изменение
268
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
6.8. Влияние погонной энергии (g/v) сварки
на предел прочности ав (МПа) сварных соединений
из термоупрочненной стали 14ХГС
Толщина стали, мм	11редел точности при сварке с q/v, Дж/см	
	16 800	8400
12	651	736
20	734	776
свойств основного металла под действием термического цикла сварки
(разупрочнение или закалка), зависит от способа и режима сварки, со-
става и толщины металла, конструкции сварного соединения др.
Повышение погонной энергии сварки (рис. 6.6) сопровождается
расширением разупрочненной зоны и снижением твердости металла в
ней. Это вызвано увеличением объема металла, подвергавшегося высо-
кому сварочному нагреву, и замедлением темпа охлаждения. Кроме того,
Рис. 6.6. Влияние погонной энергии на распределение твердости
металла по поперечному сечению шва на стали 14ХГС:
а - q/v = 8820 Дж/см; б - q/v - 49 560 Дж/см,
/ •• шов; // - зона перекристаллизации; /// - основной мшала
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРИВАЕМОСТИ
269
повышение погонной энергии уменьшает скорость охлаждения в субкри-
тичсском интервале температур, что уменьшает количество неравновес-
ных структур (снижает твердость) в прилегающих к шву участках пере-
грева и полной перекристаллизации. Околошовная зона, где наиболее
резко выражены явления перегрева и закалки, - вероятное место образо-
вания холодных трещин при сварке низколегированных сталей.
В процессе изготовления конструкций из низкоуглеродистых и низ-
колегированных сталей на заготовительных операциях и при сварке в
зонах, удаленных от высокотемпературной области, возникает холодная
пластическая деформация. Попадая при наложении последующих швов
под сварочный нагрев до температур около 300 °C, эти зоны становятся
участками деформационного старения, приводящего к снижению пласти-
ческих и повышению прочностных свойств металла и возможному воз-
никновению трещин, особенно при низких температурах или в концен-
траторах напряжений.
Высокий отпуск при температурах 600 ... 650 °C в этих случаях слу-
жит эффективным средством восстановления свойств металла (рис. 6.7).
Высокий отпуск применяют и для снятия сварочных напряжений. Нор-
мализации подвергают сварные конструкции для улучшения структуры
отдельных участков сварного соединения и выравнивания их свойств.
Гермообработка, кроме закалки сварных соединений, в которых шов и око-
лошовная зона охлаждались с повышенными скоростями, приведшими к
образованию на некоторых участках неравновесных структур закалочного
Рис. 6.7. Свойства стали СтЗкп в зависимости
от термообработки и деформационного старения:
/ - исходное горячекатаное состояние; 2 - после 10 %-ной деформации
растяжением при 250 °C; 3 - то же и последующего отпуска при 650 °C
270	ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
6.9. Влияние термообработки на механические свойства
металла шва при сварке низкоуглеродистой стали
Состояние металла шва	Последний слой многопроход- ных швов при автоматической сварке под флюсом					Электрон।лаковая сварка				
	от, МПа	о„ МПа	55, %	%‘А	Ударная вязкость, Дж/см2	стт, МПа	МПа	% *s8	ц/, %	Ударная вязкость. Дж/см2
После сварки	314	463	25,5	62,2	105	325	467	233	56,0	82
После отпуска при 660 °C	257	433	33,1	69,9	125	318	463	241	56,8	79
После нормали- зации	24,0	382	35,1	71,2	157	307	464	347	57,3	179
После отжига	230	396	35,3	71,5	134	—	—	-	—	—
После закалки	349	544	24,4	—	80	—	—	—	—	—
Примечание. Состав металла шва: при сварке под флюсом 0,12 % С;
0,75 % Мп; 0,22 % Si; при электрошлаковой сварке 0,14 % С; 0,80 % Мп; 0,07 % Si.
характера (угловые однослойные швы, последние проходы, выполненные
на полностью остывших предыдущих), приводит к снижению прочност-
ных и повышению пластических свойств металла в этих участках
(табл. 6.7 и 6.9).
При сварке короткими участками по горячим предварительно нало-
женным швам замедленная скорость охлаждения металла шва и около-
шовной зоны способствует получению равновесных структур. Влияние
термообработки в этом случае сказывается незначительно. При электро-
шлаковой сварке, когда скорость остывания металла шва околошовной
зоны сопоставима со скоростями охлаждения при термообработке, по-
следующая термообработка мало изменяет механические свойства ме-
талла рассматриваемых зон. Однако нормализация приводит к резкому
возрастанию ударной вязкости.
Швы, сваренные на низкоуглеродистых сталях всеми способами
сварки, обладают удовлетворительной стойкостью против образования
кристаллизационных трещин. Это обусловлено низким содержанием в
них углерода. Однако для низкоуглеродистых сталей, содержащих угле-
род по верхнему пределу (свыше 0,20 %), при сварке угловых швов и
первого корневого шва в многослойных швах, особенно с повышенным
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ СВАРКИ 271
зазором, возможно образование кристаллизационных трешин, что связа-
но в основном с неблагоприятной формой провара (узкая глубокая форма
провара с коэффициентом формы 0,8 ... 1,2). Легирующие добавки в низ-
колегированных сталях могут повышать вероятность образования кри-
сталлизационных трещин.
Низкоуглеродистые и низколегированные стали хорошо сваривают-
ся практически всеми способами сварки плавлением.
Сварку среднеуглеродистых сталей следует выполнять так, чтобы
снизить содержание углерода в металле шва, что достигается применени-
ем присадочной проволоки с низким содержанием углерода и уменьше-
нием доли основного металла в шве. Следует также обеспечить получе-
ние шва с большим коэффициентом формы, выбирать режимы сварки и
число слоев с учетом получения минимальной зоны термического влия-
ния, предупреждения роста зерна в зоне перегрева и по возможности от-
сутствия хрупких закалочных структур. Последнее может быть обеспече-
но предварительным подогревом до 250 ... 300 °C. Многослойная сварка, а
также двухдуговая сварка в раздельные сварочные ванны (рис. 3.27, б) спо-
собствуют получению качественных сварных соединений.
Высокоуглеродистые стали обладают плохой свариваемостью и их
практически не применяют для изготовления сварных конструкций. Не-
обходимость сварки подобных сталей возникает при ремонтных работах.
Она выполняется при предварительном подогреве до температур 450 ...
600 °C покрытыми электродами или полуавтоматами.
6.4.	ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ СВАРКИ
Для различных способов сварки требования к конструктивным эле-
ментам подготовки кромок и размерам швов регламентируются соответ-
ствующим ГОСТом (см. гл. 1).
Сварные соединения для фиксации входящих в них деталей относи-
тельно друг друга и выдерживания необходимых зазоров перед сваркой
собирают в сборочных приспособлениях или при помощи прихваток.
Длина прихваток зависит от толщины металла (см. рис 3.3). Площадь
сечения прихваток равна примерно 1/3 площади сечения шва, но не более
25 30 мм2. Прихватки выполняют обычно покрытыми электродами или
полуавтоматами в углекислом газе. Их рекомендуется накладывать со
стороны, обратной наложению основного однопроходного шва или пер-
вого слоя в многопроходных швах.
При сварке прихватки следует переплавлять полностью, так как в
них могут образовываться трещины ввиду высокой скорости теплоотво-
272
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
да. Поэтому перед сваркой прихватки тщательно зачищают и осматрива-
ют. При наличии в прихватке трещины ее выругают или удаляют другим
способом.
При электрошлаковой сварю; детали, как правило, устанавливают с
зазором, расширяющимся к концу шва. Взаимное положение деталей
фиксируют скобами, установленными на расстоянии 500 ... 1000 мм друг
от друга и удаляемыми по мере наложения шва. При автоматических
способах дуговой сварки и электрошлаковой сварке в начале и конце шва
устанавливают входные и выходные планки для обеспечения сварки на-
чала шва с установившимся термическим циклом (требуемыми размера-
ми шва) и вывода кратера с основною шва.
Сварку стыковых швов газовую, вручную покрытыми электродами
или полуавтоматами в защитных газах и порошковыми проволоками
обычно выполняют на весу. При автоматической сварке предусматрива-
ют применение приемов, обеспечивающих предупреждение прожогов и
качественный провар корня шва. Для предупреждения образования в
швах пор, трещин, непроваров и других дефектов свариваемые кромки
перед сваркой тщательно зачищают от шлака, оставшегося после терми-
ческой резки, ржавчины, масла и других загрязнений.
Дуговую сварку ответственных конструкций лучше проводить с двух
сторон. Более благоприятные результаты получаются при многослойной
сварке. В этом случае, особенно на толегом металле, достигаются более
благоприятные структуры в металле шва и околошовной зоне. Однако вы-
бор способа заполнения разделки при многослойной сварке зависит от тол-
щины металла и термообработки стали перед сваркой. При появлении в
швах дефектов (пор, трещин, непроваров, подрезов и т.д.) металл в месте
дефекта удаляется механическим путем, газопламенной, воздушно-дуговой
или плазменной строжкой и после зачистки подваривается.
Следует помнить, что при сварке низколегированных сталей выбор
техники и режима сварки влияет на форму провара, долю участия основ-
ного металла в формировании шва, а также на его состав и свойства.
Газовая сварка. Низкоуглеродистые и низкоуглеродистые низколе-
гированные стали удовлетворительно свариваются газовой сваркой. Для
сварки используется нормальное пламя. Применение флюсов не требует-
ся. В качество присадочного металла используются сварочные проволоки
марок Св-08; Св-08А; Св-08ГС; Св-12ГС; Св-081^2С. Мощность пламени
при левом способе сварки 100 ... 130 л/мм, при правом 120 ... 150 л/мм.
Металл шва содержит небольшое количество азота. Это объясняется
его небольшой концентрацией в пламени. Водород остается в шве в зна-
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ СВАРКИ 273
читальных количествах и может вызывать в них поры. Окисление FeO за
счет углерода с образованием СО также может привести к пористости
шва. Поэтому рекомендуется применять присадочный металл с понижен-
ным содержанием углерода. Выгорание кремния и марганца может при-
вести к снижению пластичности металла шва - механические свойства
металла шва могут быть в некоторой степени улучшены горячей проков-
кой или последующей термообработкой (нормализация или низкотемпе-
ратурный отжиг).
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. В зависимости
от назначения конструкции и типа стали электроды можно выбирать со-
гласно табл. 6.10. Режим сварки выбирают в зависимости от толщины
металла, типа сварного соединения и пространственного положения
сварки.
6.10. Марки электродов, применяемых при сварке
низкоуглеродистых и низколегированных сталей
Назначение электродов	Марки электродов	Примечание
Сварка низкоуглсроди- стых сталей	ОММ-5, АНО-3, АНО-4, АНО-5, АНО-6. ЦМ-7, ОЗС-4. ОЗС-6, ОЗС-12, СМ-5	
Сварка низкоуглероди- стых и низколегирован- ных сталей Сварка ответственных конструкций из низко- углеродистых сталей	АНО-1, ВСП-1, ВСЦ-2, УОНИ-13/45, ОЗС-2, ОМА-2 МР-3	Электроды: АНО-1 для низкоуглеро- дистых и 09Г2
Сварка ответственных конструкций из низко- и среднеуглеродистых и низколегированных ста- лей	ОМА-2, УОНИ-13/55, АН-7, ВСН-3, К-5А, ДСК-50, ОЗС-18, ОЗС-25, ОЗС-ЗЗ	Электроды: а) УОНИ-13/55 для сталей низ- коуглеродистых и 14ХГС; б) ВСН-3 для трубопроводов из стали 10Г2
274
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
6.11. Соответствие марок электродов типу электродов
Тип электрода по ГОСТ 9467-75	Марки электродов
Э42	ОММ-5, СМ-5, ЦМ-7, АНО-1, АНО-5, АНО-6, ОМА-2, O3C-23
Э42А Э46	УОНИ-I3M5, СМ-11, ОЗС-2 АНО-3, АНО-4, МР-1, МР-3, ОЗС-З, ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12, ЭРС-1, ЭРС-2, РБУ-4, РБУ-5
Э46А Э50 Э50А	Э-138/45Н, УОНИ-13/55К ВСН-3 УОНИ-13/55, ДСК-50, К-5 А, ОЗС-18, ОЗС-25, ОЗС-ЗЗ
11ри сварке корневых швов в разделке на металле толщиной
10 мм и более используют электроды диаметром 3 ... 4 мм. Рекомендуе-
мые для данной марки электрода значения сварочного тока, его род и
полярность выбирают согласно паспорту электрода, в котором обычно
приведены и его сварочно-технологические свойства, типичный химиче-
ский состав шва и механические свойства. Рядовые и ответственные кон-
струкции из низкоуглеродистых сталей сваривают электродами типа Э42
и Э46 (табл. 6.10, 6.11).
При сварке этих сталей обычно обеспечиваются достаточно высокие
механические свойства сварного соединения и поэтому в большинстве
случаев не требуются специальные меры, направленные на предотвращение
образования в нем закалочных структур.
Однако при сварке угловых швов на толстом металле и первого слоя
многослойного шва для повышения стойкости металла против кристал-
лизационных грещин может потребоваться предварительный подогрев до
температуры 120 ... 150 °C.
Для сварки рядовых конструкций из низколегированных сталей
обычно применяют электроды типа Э42А и Э46А, а ответственных - ти-
па Э50А. Это обеспечивает получение металла швов с достаточной стой-
костью против кристаллизационных трещин и требуемыми прочностны-
ми и пластическими свойствами. Легирование металла шва за счет про-
вара основного металла легирующими элементами, входящими в основ-
ной металл, и повышенные скорости охлаждения позволяют получить
металл шва с более высокими, чем при сварке низкоуглеродистых сталей,
прочностными показателями.
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ СВАРКИ 275
Техника заполнения швов и определяемый ею термический цикл
сварки зависят от предварительной термообработки стали. Сварка тол-
стого металла каскадом и горкой, замедляя скорость охлаждения металла
шва и околошовной зоны, предупреждает образование в них закалочных
структур. Это же достигается при предварительном подогреве до темпе-
ратуры 150 ... 200 °C. Поэтому эти способы дают благоприятные резуль-
таты на нетермоупрочненных сталях. При сварке термоупрочненных ста-
лей для уменьшения разупрочнения стали в околошовной зоне рекомен-
дуется сварка длинными швами по охлажденным предыдущим швам.
Следует выбирать режимы сварки с малой погонной энергией. При
этом достигается и уменьшение протяженности зоны разупрочненного
металла в околошовной зоне. При исправлении дефектов в сварных швах
низколегированных и низкоуглеродистых сталей повышенной толщины
швами малого сечения вследствие значительной скорости охлаждения
металл подварочного шва и его околошовной зоны обладает пониженны-
ми пластическими свойствами. Поэтому дефектные участки следует под-
варивать швами нормального сечения длиной не менее 100 мм или пред-
варительно подогревать до температуры 150 ... 200 °C.
Сварка под флюсом. Автоматическую сварку обычно выполняют
электродной проволокой диаметром 3 ... 5 мм.
Равнопрочность соединения достигается за счет подбора соответст-
вующих составов флюсов и электродных проволок и выбора режимов и
техники сварки. При сварке низкоуглеродистых сталей в большинстве
случаев применяют флюсы марок АН-348-А и ОСЦ-45 и низкоуглероди-
стые электродные проволоки марок Св-08 и Св-08А. При сварке ответст-
венных конструкций, а также ржавого металла рекомендуется использо-
вать электродную проволоку марки Св-08ГА.
Использование указанных материалов позволяет получить металл
шва с механическими свойствами, равными или превышающими свойст-
ва основного металла. При сварке низколегированных сталей используют
те же флюсы и электродные проволоки марок Св-08ГА, Св-ЮГА и
Св-101 2. Легирование металла шва марганцем за счет проволок и крем-
нием за счет провара основного металла при подборе соответствующего
термического цикла (погонной энергии) позволяет получить, металл шва
с требуемыми механическими свойствами. Использованием указанных
материалов достигается высокая стойкость металла швов против образо-
вания пор и кристаллизационных трещин.
В конструкциях из низкоуглеродистых и низколегированных сталей
наряду со сваркой с разделкой кромок широко применяется сварка сты-
ковых швов и швов без разделки кромок. Увеличение доли основного
276
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
металла в металле шва, характерное для этого случая, и некоторое увели-
чение содержания в нем углерода могут повысить прочностные свойства
и понизить пластические свойства металла шва.
Технология сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей
отличается незначительно. Режимы сварки зависят от конструкции соедине-
ния, типа шва и техники сварки (табл. 6.12). Свойства металла околошовной
зоны зависят от термического цикла сварки. При сварке угловых однослой-
ных швов и стыковых и угловых швов на толстолистовой стали типа СтЗ на
режимах с малой погонной энергией в околошовной зоне возможно образо-
вание закалочных структур с пониженной пластичностью. Предупредить
это можно увеличением сечения швов или применением двухдуговой
сварки.
Для низколегированных термоупрочненных сталей с целью преду-
преждения разупрочнения шва в зоне термического влияния следует ис-
пользовать режимы с малой погонной энергией, а для нетермоупрочнен-
ных - наоборот, с повышенной. Для обеспечения пластических свойств
металла шва и околошовной зоны на уровне свойств основного металла
во втором случае следует выбирать режимы, обеспечивающие получение
швов повышенного сечения, применять двухдуговую сварку или прово-
дить предварительный подогрев металла до температуры 150 ... 200 °C.
В зависимости от условий сварки и охлаждения свойства сварных
соединений на низкоуглеродистых и низколегированных сталях изменя-
ются в широких пределах.
Сварка в защитных газах. При сварке низкоуглеродистых и низко-
легированных сталей для защиты расплавленного электродного металла
и металла сварочной ванны широко используют углекислый газ. Состав
защитного газа существенно влияет на технологические характеристики
процесса и состав металла шва. Помимо углекислого газа используют смеси
тазов СО2 + О2, СО2 + Аг, СО2 + Аг + О2. Количество добавленных газов
может достигать 50 % от объема газовой смеси.
Добавки кислорода, увеличивая окисляющее действие газовой среды
на расплавленный металл, позволяют уменьшать концентрацию леги-
рующих элементов в металле шва. Это иногда необходимо при сварке
низколегированных сталей. Кроме того, несколько уменьшается разбрыз-
гивание расплавленного металла, повышается его жидкотекучесть. Свя-
зывая водород, кислород уменьшает его влияние на образование пор.
Добавки в углекислый газ аргона (иногда в эту смесь вводят кисло-
род) изменяют технологические свойства дуги (глубину проплавления и
форму шва, стабильность дуги и др.) и позволяют регулировать концен-
трацию легирующих элементов в металле шва.
6.12. Режимы сварки под флюсом
Толщина металла или катет шва. мм	Подготовка кромок	Тип шва и способ сварки	Диаметр электро- проводной проволоки, мм	Сила тока. А	Напряжение дуги. В		Скорость сварки, м/ч	
		А. Автоматическая сварка стыковых швов						
8	Без разделки, зазор	Односторонний	4	550 ... 600	26...	30	48 .	.50
	2 ... 4 мм							
12	То же	Двусторонний	5	650 ... 700	30 ...	34	30.	.32
Свыше 16	V-образные	Односторонний	5	1-й проход 750... 800 2-й проход	30...	35	20.	.22
		Б. Автоматическая сварка уг		човых швов				
5	Без разделки	Наклонным электродом	2	260 ... 280	28 ...	30	28.	.30
7	То же	То же		500... 530	30...	32	44 .	.46
8	»	В лодочку	3	550... 600	32 ...	34	28.	.30
12	»	То же	3	600 ... 650	32 ...	34	18 .	.20
Примечание. Ток постоянной обратной полярности.								
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ СВАРКИ 277
278
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
Аргон и гелий в "чистом" виде в качестве защитных газов находят
ограниченное применение - только при сварке конструкций ответствен-
ного назначения.
Сварку в углекислом газе и его смесях выполняют плавящимся
электродом. В некоторых случаях для сварки в углекислом газе исполь-
зуют неплавящийся угольный или 1рафитовый электрод. Однако этот
способ находит ограниченное применение, например при сварке борто-
вых соединений низкоуглеродистых сталей толщиной 0,3 ... 2 мм (ка-
нистр. корпусов конденсаторов и т.д.). Так как сварка выполняется без
присадки, содержание кремния и марганца в металле шва невелико.
В результате прочность соединения обычно составляет 50 ... 70 % проч-
ности основного металла.
При автоматической и полуавтоматической сварке плавящимся
электродом швов, расположенных в различных пространственных поло-
жениях, обычно используют электродную проволоку диаметром до
1,2 мм; при сварке в нижнем положении - диаметром 1,2 ... 3,0 мм. Для
сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей используют леги-
рованные электродные проволоки марок Св-08ГС и Св-08Г2С. Проволоку
марки 12ГС можно использовать для сварки низколегированных сталей
14ХГС, 10ХСНД и 15ХСНД и спокойных углеродистых сталей марок
Ст1сп и Ст2сп. Однако с целью предупреждения значительного повыше-
ния содержания углерода в верхних слоях многопроходных швов эту
проволоку обычно применяют для сварки одпо-трехслойных швов.
Повышение коррозионной стойкости швов в морской воде достига-
ется использованием электродной проволоки марки Св-08ХГ2С. Струк-
тура и свойства металла шва и околошовной зоны на низкоуглеродистых
и низколегированных сталях зависят от марки использованной электрод-
ной проволоки, состава и свойств основного металла и режима сварки
(термического цикла сварки, доли участия основного металла в формиро-
вании шва и формы шва). Влияние этих условий сварки и технологиче-
ские рекомендации примерно такие же, как и при ручной дуговой сварке
и сварке под флюсом.
На свойства металла шва значительное влияние оказывает качество
углекислого газа. При повышенном содержании азота и водорода, а так-
же влаги в швах могут образоваться поры. Сварка в углекислом газе ме-
нее чувствительна к отрицательному влиянию ржавчины. Увеличение
напряжения дуги, повышая угар легирующих элементов, приводит к сни-
жению механических свойств шва. Некоторые рекомендации по режимам
сварки приведены в табл. 6.13.
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ СВАРКИ 279
6.13. Режимы полуавтоматической и
автоматической сварки в углекислом газе
Толщина ме- талла. мм	Катет шва. мм	Зазор, мм	Число слоев	Диаметр электродной проволоки, мм	Сила тока, А	Напряжение дуги. В	Скорость сварки оного слоя, м/ч	Расход газа на один слой, л/мин
			Стыковые швы					
1,2... 2,0		0,8. 1,0	1 ...2	0,8 ... 1,0	70... 100	18...20	18...24	10... 12
3 ... 5	—	1,6 .. 2,0	1 ...2	1,6 ...2,0	180... 200	28... 30	20... 22	14... 16
оо	-	1,8 ...2,2	1 ...2	2,0	250... 300	28... 30	18 ...22	16... 18
8... 12	—	1,8 ...2,2	2...3	2,0	250... 300	28... 30	16... 20	18...20
				Угловые швы				
1,5. 2,0	1,2 2,0	—	1	0,8	60... 75	18...20	16... 18	6... 8
3,0. 4,0	3,0. 4,0	-	1	1,2	120... 150	20... 22	16... 18	8... 10
5,0... 6,0	5,0... 6,0	-	I	2,0	260... 300	28 ...30	29 ...31	16... 18
Сварка на повышенных силах тока приводит к получению металла
швов с пониженными показателями пластичности и ударной вязкости,
что, вероятно, объясняется повышенными скоростями охлаждения. Свой-
ства металла шва, выполненного на обычных режимах, соответствуют
свойствам металла шва, выполненного электродами типа Э50А. В про-
мышленности находит применение и сварка в углекислом газе порошко-
выми проволоками. Технология этого способа сварки и свойства сварных
соединений примерно те же, что и при использовании их при сварке без
дополнительной защиты.
Сварка порошковой проволокой. Сварка открытой дугой порош-
ковой проволокой является одним из перспективных способов. В про-
мышленности находят применение порошковые проволоки марок
ПП-1ДСК, ПП-2ДСК, ПП-АНЗ, ПП-АН4, ЭПС-15/2 и др. Использование
проволоки ПП-1ДСК при сварке угловых и стыковых швов с зазором
между кромками может привести к получению в швах пор.
Проволока ЭПС-15/2 для получения швов без пор требует соблюде-
ния режимов в узком диапазоне. Большие рабочие токи ограничивают
применение этой проволоки для сварки металла малых толщин.
Проволоки ПП-АН7 и ЛП-2ДСК имеют хорошие сварочно-технологи-
ческие свойства в широком диапазоне режимов (табл. 6.14).
280
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
6.14. Оптимальные режимы сварки
порошковыми проволоками (нижнее положение)
Марка проволоки	Диаметр проволоки, мм	(лыковой шов			Угловой шов в лодочку		
		Сила тока. А	Напря- жение дуги, В	Ско- рость подачи прово- локи, м/ч	С ила тока. А	Напря- жение дуги, В	Ско- рость подачи прово- локи, м/ч
ПП-1ДСК	1,8	200 ... 350	25 ... 30	.»•	200... 300	26 ...31	—
ПП-2ДСК	2,3	400 ... 450	25 ...31	382	340... 380	29... 32	382
ПП-АНЗ	3,2	450... 525	26 ... 32	265	450 ... 560	27 ...31	265
ПП-АН4	2,3	500 . . . 600	28 ...29	382	440 ... 475	30... 34	382
ЭПС-15/2	2,2	320... 360	29... 32	337	320... 330	29... 32	337
Приведенные в табл. 6.15 данные показывают, что механические
свойства металла швов при сварке порошковыми проволоками находятся
примерно на уровне свойств соединений, выполненных электродами типа
Э50А по ГОСТ 9467-75. Для сварки ответственных конструкций из низ-
коуглеродистых и низколегированных сталей можно рекомендовать про-
волоки ПП-2ДСК и ПП-АП4, обеспечивающие хорошие показатели
хладноломкое!и швов.
6.15. Механические свойства швов при сварке
низкоуглеродистых сталей порошковыми проволоками
Марки проволоки	пт, МПа	пв, МНа	§5. %	Ударная вязкость (Дж/см2) при температуре, °C			
				+20	-20	-40	-60
ПП-1ДСК		536	26,0	78	43	8	6
ПП-2ДСК	360	481	30,1	160	139	123	84
ПП-АНЗ	395	514	30,2	—	126	92	27
ПП-АН4	416	530	26,7	-	111	129	27
ПП-АН7		520	28,4	199	143	26	12
ЭПС-15/2	416	501	26,6	163	140	63	7
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ СВАРКИ 281
Электрошлаковая сварка. Электрошлаковую сварку широко при-
меняют при изготовлении конструкций из толстолистовых низкоуглсро-
дистых и низколегированных сталей. При этом равнопрочность сварного
соединения достиг�