Вибір способів зварювання, обґрунтування

Вибір способів зварювання, необхідних для виготовлення, виконується на основі вивчення характеристик, матеріалу і аналізу достоїнств і недоліків.

При вивченні характеристик зварюваного металу звертають увагу на його хімічний склад і физико-механические властивості.

Не всі метали однаково зварюються різними способами, наприклад:

- мало вуглецеву сталь можна зварювати всіма способами зварювання;

- чавун добре зварюється газовим зварюванням, гірше – електродуговим;

- алюміній краще зварюється аргоно -дуговим зварюванням;

- сплави на основі молібдену, цирконію, танталу і інших рідкісних елементів зварюють у вакуумі електронним променем і так далі.

Товщина металу впливає на вибір методу зварювання.

Застосування автоматичного зварювання під флюсом обмежене товщиною металу 2 мм. Конструкції з вуглецевої сталі завтовшки менше 2 мм зварюють дуговим зварюванням у вуглекислому газі.

Аналогічні конструкції із спеціальних сталей і кольорових металів і сплавів зварюють аргоно-дуговим зварюванням і т. д.

Автоматичне зварювання під флюсом виробів з низьколегованих сталей при товщині металу 3 мм і завантаженні автомата тільки на 10 % ефективніше, ніж ручне зварювання електродами УОНІ-13/45.

Конструкції з листових заготовок в умовах монтажу при товщині 16 мм економічно доцільно зварювати електрошлаковим процесом.

При товщині металу понад 40 мм електрошлакове зварювання в порівнянні з ручним і багато прохідним автоматичним зварюванням стає особливо вигідним.

Товщина металу визначається можливістю однопрохідного або багато прохідного зварювання, об'єм робіт з підготовки кромок під зварювання, що впливає на вартість робіт. Із збільшенням товщини металу при всіх способах зварюванням плавленням, заводська собівартість збільшується на 1 пог.м шва і знижується на 1 кг наплавленого металу. У такій же залежності змінюються і питомі капітальні вкладення.

Протяжність швів в конструкції

Прикладом впливу довжини швів і конфігурації виробу на метод зварювання, є ґратчасті конструкції, сільгоспмашини, які мають шви, що зварюються зазвичай уручну. Шви завдовжки більше 100 мм ефективніше зварювати автоматом, до 100 мм – напівавтоматом. Застосування автоматів при коротких швах не вигідно із-за великих витрат часу на настройку (40 – 60 % загального часу). З впровадженням зварювання голим дротом зростає ефективність застосування напівавтоматів на коротких швах, оскільки формування останніх здійснюється без флюсоутримуючих пристосувань, що зазвичай збільшують трудомісткість.

Продуктивність способу зварювання

Продуктивність зварювання визначається кількістю наплавленого металу і одиницю часу (Qн) і підраховується по формулі:

Qн = Ізв ´ αн ´ Т_осн (кг/год)

Q_н – коефіцієнт наплавлення, кг/год

І_зв – сила зварювального струму, А

αн - коэффициент наплавки, г/А год

Т_осн – час горіння дуги, год

При автоматичному зварюванні під шаром флюсу продуктивність процесу в 5-8 разів більш ніж при ручному зварюванні електродугою. Це досягається завдяки високому коефіцієнту наплавлення при автоматичному зварюванні, а також застосуванням великих величин зварювального струму.

Характер виробництва

При індивідуальному і дрібносерійному виробництві застосовується ручне і напівавтоматичне зварювання. У масовому і велико серійному виробництві перевага віддається механізованим способам зварювання з організацією потокових механізованих і автоматичних ліній, спеціалізованих ділянок. Застосування механізованих способів зварювання і верстатів-автоматів різко покращує техніко-економічні показники зварювального виробництва.

У сучасному, добре організованому зварювальному виробництві, ручне зварювання допустиме лише в мінімальних об'ємах, для виправлення браку, ремонту, в місцях, недоступних для зварювальних автоматів і напівавтоматів.

Еталоном порівняння застосування того або іншого способу зварювання служить ручне зварювання.

Критерієм порівняння служать відносні переваги і недоліки даних способів за їх основними експлуатаційними і технічними показниками і характеристиками:

- продуктивності;

- якості зварювання;

- рівню механізації;

- сфери застосування;

- можливістю комплексної автоматизації зварювального процесу і всього виробництва в цілому.

Характеристика способів зварювання

Автоматичне зварювання електродугове під флюсом.

Переваги автоматичного зварювання під флюсом полягає в наступному:

- в порівнянні з відомими способами зварювання плавленням найвища продуктивність, що перевищує ручне зварювання в 4-6 разів при однодуговому процесі і в 15-20 разів при багато дуговому процесі (при зварюванні подовжніх швів труб);

- висока якість і гарний товарний вигляд зварних з'єднань;

- мала питома витрата електродного металу і електроенергії унаслідок меншого (в порівнянні з ручним зварюванням) перетин шва по наплавленому металу, а також зменшення втрат на чад і розбризкування;

- високий рівень локальної механізації зварювального процесу і можливість комплексної його автоматизації;

- поліпшення умов праці, оскільки відпадає необхідність в захисті очей і обличчя зварювальника від дії дуги.

Недоліки:

- неможливість зварювати шви або проводити наплавлення у вертикальному і похилому положенні (можна тільки в горизонтальному);

- недоцільність зварювання швів малого калібру, менше 3 мм;

- складність і громіздкість зварювального устаткування в порівнянні з ручним і автоматичним зварюванням і як наслідок, менша маневреність і мобільність;

- необхідність ретельнішої (в порівнянні з ручним зварюванням) підготовки кромок і точнішого складання деталей під зварювання;

- утруднений контроль за напрямом дуги по шву із-за невидимості дуги (якщо відсутня система автоматичного напряму дуги по шву);

- неможливість зварювання стикових швів на вазі, тобто без підкладки або попереднього підварювання кореня шва;

- забруднення повітря пилом флюсу.

Сфери раціонального застосування

Майже всі галузі металообробної промисловості, тобто окрім виробництва виробів з металу дуже малої товщини з малокаліберними швами.

За типом виробництва – від дрібносерійного до масового.

За типом зварюваного матеріалу – головним чином маловуглецеві стали, завтовшки від 3 мм до 100 мм.

Зварювання прямолінійних швів, стикових і кутових калібром 5-50 мм, протяжністю від 0,8 м і більш з вільним входом і виходом зварювальної головки спершу і кінця шва.

Зварювання кільцевих швів (зокрема багатошарових) при товщині до 100-120 мм.

Наплавлювальні роботи, зокрема широко шарове наплавлення стрічковим електродом або гребінкою електродів або декількома головками одночасно.

У перспективі – високопродуктивне зварювання стрічковим електродом.

Напівавтоматичне зварювання електродугою під флюсом

Переваги напівавтоматичного зварювання під флюсом:

- підвищена в порівнянні з ручним зварюванням продуктивність в середньому в 1,5 разу;

- менша витрата електродного металу, унаслідок відсутності огарків і розбризкування;

- висока, в порівнянні з автоматичним зварюванням маневреність і мобільність;

- висока якість швів і гарний товарний вигляд, характерний для зварювання під флюсом.

Недоліки:

- неможливість зварювати вертикальні і похилі шви;

- утруднена операція ручного ведення дуги по шву, оскільки дуга невидима;

- неможливість зварювання стикових швів на вазі, тобто без підкладки або попереднього підварювання;

- підвищена стомлюваність зварювальника із-за маніпулювання ручним утримувачем і шлангом;

- неможливість автоматизації технологічного процесу.

Сфери раціонального застосування:

- одиничне і дрібносерійне виробництво;

- зварювання коротких і прямолінійних швів середнього калібру (6-15 мм) недоступних або незручних для автоматичного зварювання і в той же час дозволяють розташувати їх в горизонтальному положенні, бажано в човник;

- зварювання переривчастих кутових швів в суднобудуванні і ін. галузях.

Автоматичне зварювання електродугове в середовищі захисних газів

Переваги автоматичного зварювання в середовищі захисних газів:

- можливість зварювати шви в будь-якому просторовому положенні;

- підвищена, в порівнянні з ручним зварюванням, продуктивність, в 2 – 2,5 разу при струмах до 500А. Найбільш ефективне зварювання порошковим дротом в середовищі СО₂;

- можливість зварювання малокаліберних швів і виробів малої товщини, які під флюсом зварювати не можна;

- зручний контроль за напрямом дуги по шву;

- дуга не закрита флюсом;

- при зварюванні металу товщиною до 3мм продуктивність вища, ніж при зварюванні під флюсом;

- можливість зварювання стикових швів на вазі.

Недоліки:

- при зварюванні великокаліберних швів продуктивність приблизно удвічі менше, ніж при автоматичному зварюванні під флюсом;

- нетоварний вид швів;

- велике розбризкування металу при зварюванні плавким електродом на струмах
250-450А.

Цього недоліку позбавлена зварювання порошковим дротом (відкритою дугою або в середовищі СО₂), а також зварювання суцільним дротом в атмосфері складної суміші газів або в аргоні.

Сфери раціонального застосування:

- за типом виробництва – в серійному і масовому виробництві;

- зварювання швів, які не можна або недоцільно розташовувати в горизонтальному положенні;

- наплавлю вальні роботи з малою термічною дією на основний метал;

- виробництво тонкостінних виробів з малокаліберними швами.

Напівавтоматичне зварювання електродугове в середовищі захисних газів

Переваги напівавтоматичного зварювання в середовищі захисних газів:

- підвищення продуктивності в порівнянні з ручною в 1,2-1,5 разу, а при порошковій зварюванні – в 1,6-2,0 разу;

- можливість і доцільність зварювання малокаліберних швів і виробів

- висока маневреність і мобільність в порівнянні з автоматичним зварюванням;

- можливість індивідуального контролю за наплавленням дуги по шву.

Недоліки:

- сильне розбризкування металу при зварюванні на струмах 200-400 А і необхідність видалення бризок з поверхні виробу. Цей недолік не відноситься до зварювання порошковим дротом;

- низька продуктивність праці (якщо багато часу витрачається на видалення бризок);

- товарний вид швів гірший, ніж при зварюванні під флюсом.

Сфери раціонального застосування:

-у одиничному, дрібносерійному, рідше в серійному виробництві;

- переважно для зварювання малокаліберних швів в будь-якому просторовому положенні.