ЗАО "Сварочные технологии"

Стыковые соединения в зависимости от толщины металла и применяемой техники сварки выполняются односторонними и двусторонними швами, с разделкой (скосом) и без разделки кромок (рис. 68, а, б, в).

(рис. 68) Виды стыковых швов, выполненных под флюсом: а - односторонний (соединение без разделки кромок), б - односторонний (соединение с разделкой кромок), в - двусторонний (соединение без разделки кромок), г - односторонний многопроходной (соединение с разделкой кромок)

Как односторонние, так и двусторонние швы могут быть однопроходными или многопроходными (рис. 68, г). С целью повышения производительности труда стремятся выполнять сварку однопроходными швами, однако в отдельных случаях, например для уменьшения перегрева металла в околошовной зоне (при сварке некоторых сталей), а также при сварке металла больших толщин приходится применять многопроходную сварку с разделкой кромок.

При возрастании толщины свариваемого металла необходимая глубина провара обеспечивается увеличением сварочного тока. При этом больше расплавляется электродный металл, вследствие чего увеличивается высота усиления шва. Для получения нормального усиления шва в этом случае необходимо разделать кромки или обеспечить зазор в стыке.

Чем толще металл, свариваемый в один проход, тем больше сварочный ток, больше количество расплавленного электродного металла и тем, следовательно, больше должна быть разделка кромок (больше глубина и угол раскрытия разделки). Площадь разделки F_р выбирается по формуле

F_p = F_н/K_p, (40)

где K_p - коэффициент, учитывающий усиление шва и равный 1,1-1,2; F_н - сечение слоя наплавленного металла.

Сечение металла F_н наплавленного в один проход, зависит от сечения электродной проволоки и режима сварки и определяется по формуле

F_н = f_эV_э/V_св, (41)

где f_э - площадь сечения электродной проволоки, мм²; V_э - скорость подачи электродной проволоки, м/ч; V_св - скорость сварки, м/ч.

Если свариваемая сталь не восприимчива к сварочному нагреву (перегреву) и швы не склонны к образованию горячих трещин, то стыковые соединения толщиной до 20 мм можно сваривать в один проход односторонним швом без разделки кромок (см. рис. 68, а). При этом для обеспечения полного провара и оптимального усиления шва (не превышающего установленных размеров) необходим зазор в стыке шириной 5-6 мм. При отсутствии зазора одностороннюю сварку металла толщиной свыше 14 мм производят с разделкой кромок.

Чтобы предотвратить образование прожогов, односторонние стыковые соединения сваривают: в замок; на остающейся стальной подкладке; после ручной подварки с обратной стороны стыка; на медной или флюсо-медной подкладке, а также на флюсовой подушке.

В замок (рис. 69, а) сваривают кольцевые соединения толстостенных цилиндрических сосудов и труб небольшого диаметра.

На остающейся стальной подкладке (рис. 69, б) сваривают соединения из металла толщиной до 10 мм в тех случаях, когда не представляется возможным выполнить второй шов с обратной стороны соединения (трубы и цилиндрические сосуды небольших диаметров, шаровые баллоны и др.). При сварке стыка подкладка частично проплавляется и приваривается к нижней части кромок, что обеспечивает полный провар стыкового соединения. Подкладка должна быть из того же металла, что и свариваемая сталь. Толщина ее составляет от 0,3 до 0,5 толщины свариваемого металла, а ширина - от 4 до 5 толщин свариваемого металла. Необходимо, чтобы подкладка возможно плотнее прилегала к свариваемым кромкам. Зазор между подкладкой и кромками не должен превышать 0,5-1,0 мм.

(рис. 69) Стыковые соединения для сварки под флюсом: а - в замок, б - на остающейся подкладке, в - на временной (технологической) подкладке: 1 - мелкий флюс, 2 - стальная подкладка; г - с ручной подваркой корня соединения

Следует иметь в виду, что в соединениях с остающейся стальной подкладкой в корне шва могут образоваться трещины, начинающиеся в месте прилегания подкладки к кромке. Поэтому такие соединения после сварки необходимо тщательно контролировать путем просвечивания рентгеновским или гамма-излучением или другими методами контроля.

Вместо остающихся подкладок иногда применяют временно приваренные (прихваченные) стальные подкладки из тонких полос, чтобы удержать флюс в зазоре и предотвратить прожоги (рис. 69, в). После выполнения первого шва подкладку удаляют и автоматом выполняют подварочный шов.

Односторонняя автоматическая сварка стыковых соединений с предварительной ручной подваркой корня шва (рис. 69, г) применяется, когда невозможно кантовать изделие.

В этом случае корень приходится подваривать вручную в потолочном положении. При сборке таких соединений большая точность зазора не требуется. Подварочный шов должен иметь глубину провара не менее 1/3 толщины свариваемого металла. Для подварки необходимо использовать электроды с качественным покрытием, предназначаемые для ручной сварки данной стали.

Автоматическая сварка таких соединений обычно выполняется на весу и обеспечивает провар на глубину не менее 2/3 толщины свариваемого металла.

При односторонней сварке на гладкой медной (технологической) подкладке шов хорошо формируется только при плотном поджатии подкладки, совпадении свариваемых кромок и отсутствии зазора в стыке, а также при наличии зазоров между кромкой и подкладкой или использовании плотно прижатой медной подкладки с канавкой (рис. 70).

(рис. 70) Влияние положения подкладки и зазора в стыке на форму шва, выполняемого на медной и флюсомедной подкладке: а - медная подкладка, прижатая к стыку, не имеющему зазора, б - медная подкладка, прижатая к стыку, собранному с большим зазором, в - медная подкладка, не прижатая к стыку, г - умеренные зазоры между свариваемыми кромками и между стыком и медной подкладкой, д - подкладка с канавкой, хорошо прижатая к стыку

При сварке соединений с зазором в стыке и на прижатой подкладке в корне шва получаются непровары седловидной формы, что вызывает необходимость дополнительной подварки. Плохое поджатие подкладки приводит к прожогам или получению вогнутых швов.

В ряде случаев при односторонней автоматической сварке встык листов больших размеров толщиной до 10 мм пользуются скользящим медным башмаком, который прикреплен к самоходному сварочному трактору ТС-32 при помощи стального жесткого ножа толщиной 1,5 мм. В процессе сварки этот нож перемещается в зазоре стыка. В связи с этим ширина зазора должна быть весьма точно выдержана по всей длине стыка.

Флюсомедные подкладки применяют также при сварке кольцевых стыков труб (а) и цилиндрических сосудов небольших диаметров (б) (см. рис. 71).

(рис. 71) Флюсо-медные подкладки в кольцевых стыковых соединениях, свариваемых под флюсом односторонним швом

При автоматической односторонней сварке под флюсом стыковых соединений применяют флюсовые подушки. К нижней стороне свариваемого соединения поджимают слой флюса, препятствующий вытеканию расплавленного металла. Равномерность формы и сечения шва по длине стыка в значительной степени определяется равномерностью зазора в стыке и равномерностью поджатия флюсовой подушки (рис. 72). При слабом поджатии флюсовой подушки шов получается ослабленным с выпуклым обратным валиком. Чрезмерное поджатие подушки приводит к обратному явлению: шов получается с неполным проваром, вогнутым с обратной стороны. При сильном поджатии флюса и чрезмерно широком зазоре в стыке в центре шва образуются сквозные отверстия или канавки. Оптимальное давление поджатия флюсовой подушки зависит от толщины свариваемых листов, а также от режима сварки и определяется опытным путем.

(рис. 72) Схема сварки и форма стыковых швов, выполняемых на флюсовой подушке: а - схема поджатия флюсовой подушки, б - форма шва при недостаточном поджатии флюса, в - форма шва при излишнем поджатии флюса, г - сквозное отверстие в шве при чрезмерно сильном поджатии флюса или чрезмерно большом зазоре в стыке при нормальном поджатии флюса

При сварке листов толщиной от 3 до 8 мм, имеющих небольшую массу, флюс поджимается искусственным путем: специальными прижимами и резиновым или прорезиненным шлангом, в который подается сжатый воздух. Флюсы можно также поджимать электромагнитами, например, при сварке листов встык на специальных магнитных стендах. Режимы односторонней автоматической сварки листов толщиной до 8 мм на флюсовой подушке приведены в табл. 20.

Таблица 20. Ориентировочные режимы односторонней сварки стыковых соединений металла толщиной 3-8 мм на магнитных стендах с флюсовой подушкой

При односторонней сварке массивных изделий, изготовленных из листов толщиной более 8 мм, специальных прижимных устройств не требуется, так как флюсовая подушка прижимается к кромкам стыка благодаря собственному весу изделий (рис. 73).

(рис. 73) Флюсовая подушка для сварки стыковых соединений массивных деталей

Режимы односторонней сварки таких стыков приведены в табл. 21.

Таблица 21. Ориентировочные режимы односторонней сварки с зазором стыковых соединений металла толщиной 10-20 мм на флюсовой подушке

Сварка стыковых соединений с зазором может быть выполнена проволокой диаметром 2-5 мм. Стыковые соединения листов толщиной более 12 мм сваривают двусторонними швами (рис. 74).

(рис. 74) Сечение стыкового соединения, сваренного под флюсом двусторонним швом

При этом требования к точности сборки менее строги, чем при сварке соединений односторонним швом.

Чтобы предупредить попадание жидкого металла в зазор и образование прожогов, первый слой двустороннего шва необходимо сваривать на флюсовой подушке. Техника сварки при этом не отличается от сварки стыков односторонним швом.

При сварке первого шва кольцевого соединения с внутренней стороны сосуда пользуются флюсо-ременной подушкой (рис. 75).

(рис. 75) Флюсо-ременная подушка для сварки кольцевых стыковых соединений

Поджатие флюсо-ременной подушки к кромкам осуществляется с помощью специального рычажного устройства.

Сварка выполняется на специальной установке (рис. 76) с опорными роликами, вращающимися с заданной скоростью от электропривода, часто сблокированного со сварочным трактором.

(рис. 76) Установка с трактором для сварки кольцевых соединений цилиндрических изделий

Если первый шов необходимо наложить сначала с наружной стороны сосуда (например, при сварке аппаратов из кислотостойкой аустенитной или ферритно-аустеиитной стали), то сварка выполняется на весу. В этом случае должны быть хорошо подогнаны кромки.

В табл. 22 приведены режимы сварки стыковых соединений двусторонним швом без разделки кромок. Оба слоя сваривают на одинаковом режиме, причем первый слой сваривается на флюсовой подушке.

Таблица 22. Ориентировочные режимы двусторонней сварки под флюсом стыковых соединений без разделки кромок, с обязательным зазором (диаметр проволоки 5 мм)

Если техническими условиями предусмотрены жесткие допуски на величину усиления шва, то стыковые соединения сваривают двусторонним швом с разделкой кромок чаще всего двусторонней (Х-образной). Режимы сварки таких стыков (для обоих швов) приведены в табл. 23. Первый шов сваривается на флюсовой подушке.

Таблица 23. Режимы сварки под флюсом двусторонним швом стыковых соединений с разделкой кромок

На некоторых заводах при сварке стыковых соединений двусторонними швами для предотвращения вытекания жидких металла и флюса через зазор при выполнении первого шва применяют асбестовые подкладки из шнура или ленты, закладываемые в зазор. При этом режим сварки должен быть таким, чтобы жидкий металл не соприкасался с асбестом, так как в противном случае в швах могут образовываться поры. Глубина провара при выполнении первого шва не должна превышать половины толщины свариваемых листов. При выполнении второго шва режим сварки устанавливают с таким расчетом, чтобы глубина провара составляла 0,6-0,8 толщины листов.