Основные характеристики сварочных материалов,оборудования и приспособлений

Сварочное оборудование

Основным оборудованием сварочного поста являются источники питания. Наиболее распространены источники питания переменного тока - сварочные трансформаторы. Обычно применяют трансформаторы типа ТД и ТДМ. Для ответственных и сложных сварочных работ посты укомплектовываются источниками постоянного тока - преобразователями ПД-502, или ПСО, а также однопостовыми выпрямителями ВД-401, ВД-501 и др.

В условиях цеха или на крупных металлоемких объектах может быть использован многопостовой источник питания - преобразователь ПСМ-1001, выпрямитель ВДМ-1001 и др. В этом случае пост оборудуют балластным реостатом РБ-300 или РБ-500, подсоединяемым к сварочной шине (или проводу), идущей от многопостового источника.

Сварку деталей производят на рабочем столе высотой 0,5 - 0,7 м. Крышку стола изго товляют из чугуна толщиной 20 - 25 мм. В ряде случаев на столе устанавливают различные приспособления для сборки и сварки изделий. Если выполняются однотипные работы, то стол заменяется манипулятором, на котором изделие собирается и сваривается в удобном для сварщика положении. Сварочный пост оснащен генератором, выпрямителем или сва рочным трансформатором.

Сварочные выпрямители:Сварочный выпрямитель представляет собой аппарат, преобразующий переменный ток в постоянный (пульсирующий) при помощи полупроводниковых вентилей. Его действие основано на том, что полупроводниковые элементы проводят ток только в одном направлении, в то время как в обратном направлении полупроводники электрический ток практически не пропускают. Сварочный выпрямитель состоит из двух основных частей: трансформатора с устройством для регулирования сварочного тока или напряжения и выпрямительного блока, собранного по трехфазной мостовой схеме.

В сварочных выпрямителях используются селеновые и кремниевые вентили (полупроводники). Селеновые вентили имеют небольшой КПД, но обладают большей перегрузочной способностью, чем кремниевые. Поэтому селеновые вентили применяются в выпрямителях как с падающей, так и с жесткой характеристикой. Кремниевые же применяются в выпрямителях с падающей характеристикой, т.е. там, где ток короткого замыкания незначительно превышает рабочий ток. К тому же кремниевым вентилям требуется охлаждение, поэтому выпрямители с такими вентилями оснащаются вентиляторами.

Падающая характеристика в сварочном выпрямителе создается включением в цепь реактивной катушки или применением трансформатора с увеличенным магнитным рассеянием. Во многих выпрямителях трансформаторы имеют подвижные первичные обмотки. Сварочный ток регулируют при помощи секционированных обмоток трансформатора, специальным дросселем насыщения или изменением расстояния между обмотками.

Существуют следующие типы выпрямителей: ВВС-120-4, ВД-102, ВД-302 — с селеновыми вентилями; ВКС-120, ВКС-300, ВД-101, ВД-301, ВКСУ-500-2 — с кремниевыми вентилями.

Сварочные выпрямители обладают некоторыми преимуществами перед преобразователями с вращающимися роторами, так как они имеют лучшие энергетические и весовые показатели, более высокий к. п. д. и просты в обслуживании. Кроме того, они имеют меньшие потери при холостом ходе и лучшие сварочные качества (в результате более широких пределов регулирования), у них к тому же отсутствует шум при работе. Дефицитные медные обмотки в них заменены на алюминиевые.

Принцип работы сварочного выпрямителя. Сварочные выпрямители собирают по двум наиболее распространенным схемам:

однофазной мостовой двухполупериодного выпрямления;

трехфазной мостовой.

Наиболее распространена трехфазная мостовая схема выпрямления, которая обеспечивает большую устойчивость горения сварочной дуги при меньшем количестве вентилей при одинаково заданных значениях выпрямленного напряжения и тока, более равномерную загрузку всех трех фаз силовой сети и лучшее использование трансформатора сварочного выпрямителя. При работе выпрямителя по этой схеме в каждый данный момент времени ток проводят только два элемента, соединенные последовательно с нагрузкой. Таким образом, в течение одного периода получается шесть пульсаций тока. Сварочные выпрямители, в зависимости от внешних характеристик, можно разделить на три типа:

с крутопадающими характеристиками;

с жесткими (или пологопадающими) характеристиками;

универсальные, обеспечивающие получение падающих, жестких и пологопадающих характеристик.

Преобразователи сварочные:

Сварочный преобразователь представляет собой комбинацию электродвигателя переменного тока и сварочного генератора постоянного тока. Электрическая энергия сети переменного тока преобразуется в механическую энергию электродвигателя, вращает вал генератора и преобразуется в электрическую энергию постоянного сварочного тока. Поэтому КПД преобразователя невелик: из-за наличия вращающихся частей они менее надежны и удобны в эксплуатации по сравнению с выпрямителями. Однако для строительно-монтажных работ использование генераторов имеет преимущество по сравнению с другими источниками благодаря их меньшей чувствительности к колебаниям сетевого напряжения.

Для питания электрической дуги постоянным током выпускаются передвижные и стационарные сварочные преобразователи. На рис. 11 показано устройство одно-постового сварочного преобразователя ПСО-500, выпускаемого серийно нашей промышленностью.

Однопостовой сварочный преобразователь ПСО-500 состоит из двух машин: из приводного электродвигателя 2 и сварочного генератора ГСО-500 постоянного тока, расположенных в общем корпусе 1. Якорь 5 генератора и ротор электродвигателя расположены на общем валу, подшипники которого установлены в крышках корпуса преобразователя. На валу между электродвигателем и генератором находится вентилятор 3, предназначенный для охлаждения агрегата во время его работы. Якорь генератора набран из тонких пластин электротехнической стали толщиной до 1 мм и снабжен продольными пазами, в которых уложены изолированные витки обмотки якоря. Концы обмотки якоря припаяны к соответствующим пластинам коллектора в. На полюсах магнитов насажены катушки 4 с обмотками из изолированной проволоки, которые включаются в электрическую цепь генератора.

Генератор работает по принципу электромагнитной индукции. При вращении якоря 5 его обмотка пересекает магнитные силовые линии магнитов, в результате чего в обмотках якоря наводится переменный электрический ток, который при помощи коллектора 6 преобразуется в постоянный; с щеток токосъемника 7, при нагрузке в сварочной цепи, ток течет с коллектора к клеммам 9.

Пускорегулирующая и контрольная аппаратура преобразователя смонтирована на корпусе 1 в общей коробке 12.

Преобразователь включается пакетным выключателем 11. Плавное регулирование величины тока возбуждения и регулирование режима работы сварочного генератора производят реостатом в цепи независимого возбуждения маховичком S. С помощью перемычки, соединяющей дополнительную клемму с одним из положительных выводов от последовательной обмотки, можно устанавливать сварочный ток для работы до 300 и до 500 А. Работа генератора на токах, превышающих верхние пределы (300 и 500А), не рекомендуется, так как возможен перегрев машины и нарушится система коммутации.

Типы электродов (тип покрытия, функции покрытия, реакции шлак металл, газ-металл)

Покрытие электрода предназначено для повышения устойчивости горения дуги, обра зования комбинированной газошлаковой защиты, легирования и рафинирования металла. Для изготовления покрытий применяют различные материалы (компоненты).

1. Газообразующие компоненты - органические вещества: крахмал, пищевая мука, дек стрин либо неорганические вещества, обычно карбонаты (мрамор СаСО3, магнезит МgСО3 и ДР-).

2. Легирующие элементы и элементы-раскислители: кремний, марганец, титан и др., используемые в виде сплавов этих элементов с железом, 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 соединения, в состав которых входят калий, на трий, 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, плавиковый шпат и др.)

5. Связующие - водные растворы силикатов натрия Na2OSiO; и калия K2OSiO2, называемые 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 может содержаться железный порошок до 60% массы покрытия. Многие материалы, входящие в состав покрытия, одновременно выполняют несколько функций, обеспечивая и газовую защиту в виде газа СО2, и шлаковую защиту в виде СаО и т. д.

Газовая защита образуется в результате диссоциации органических веществ при температурах выше 200 °С:

Cn (H2O)n.i - (п - 1)СО + (п - 1)Н2 + С;

диссоциации карбонатов при температуре ~900 °С (при парциальном давлении в газовой фазе РCO2 = 1 (кгс/см2)

СаСОз -» СаО + СО2; МgСОз -> МgО+СО2,

а также последующей диссоциации СО2:

2СО2 -+ 2СО + О2

Состав шлакообразующих может быть различным; это окислы СаО, MgO, MnO, FeO, AI2O3, SiO2, TiO2, Na2O, галогены CaF2 и др.

Виды (типы) электродных покрытий

Кислое покрытие (А) отличается тем, что в его состав входят образующие шлаковую защиту различные руды и материалы, содержащие большое количество кислорода, напри мер гематит содержит 92% Fe2O3, гранит - 66 - 71% SiO2, 15 - 21% AI2O3 и т. п. Для удаления кислорода и восстановления железа из оксидов применяют ферросплавы, для газовой за щиты вводят органические примеси - крахмал, декстрин. Сварка электродами с этим покры тием возможна на постоянном и переменном токе во всех положениях. В сварочной ванне происходит активное раскисление железа, она кипит, что способствует дегазации металла. Допускается сварка при небольшой окалине и ржавчине, однако при этом происходит повы шенное разбрызгивание, и вследствие применения ферромарганца выделяется, значитель ное количество токсичных марганцевых соединений, что ограничивает применение таких по крытий. Кроме того, металл шва склонен к образованию кристаллизационных трещин.

При плавлении кислых покрытий (А) большая часть введенных в них ферросплавов окисляется рудами; легирование металла кремнием и марганцем идет по схеме кремнемар-ганцевосстановительного 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 растворенного кислорода и неметаллических включений.

В результате швы обладают пониженной стойкостью против горячих трещин, ударная вязкость металла шва обычно не превышает 12 кгс-м/см2. В связи с высоким содержанием в покрытии ферромарганца и окислов железа они более токсичны, так как аэрозоли в зоне сварки и зоне дыхания сварщика содержат Большое количество вредных соединений марганца.

Основное покрытие (Б) содержит: фтористокальциевое соединение - плавиковый шпат, в котором CaF2 более 75%; карбонаты кальция - мрамор, мел с содержанием более 92% СаСО3 и ферросплавы. При расплавлении это покрытие кроме шлака выделяет боль шое количество защитного углекислого газа, образующегося вследствие диссоциации кар бонатов. Сварка электродами с основным покрытием возможна постоянным током с обрат ной полярностью и во всех положениях. Для сварки переменным током в покрытие добав ляют более активные стабилизаторы - калиевое жидкое стекло, поташ и др. Металл, на плавленный электродами с основным покрытием, обладает высокими механическими пока зателями, особенно ударной вязкостью при положительных и низких температурах; не скло нен к образованию кристаллизационных трещин и старению; содержит минимальное коли чество кислорода и азота. Эти электроды применяют для сварки наиболее ответственных деталей и конструкций. Следует иметь в виду, что сварка электродами с основным покрыти ем должна вестись короткой дугой и при хорошей очистке свариваемых кромок от ржавчины, окалины, жира и влаги во избежание образования пористости в швах.

Эти покрытия слабо окислительные, поэтому позволяют легировать металл шва эле ментами с большим сродством к кислороду. Наличие большого количества соединений кальция, хорошо связывающих серу и фосфор и выводящих их в шлак, обеспечивает высо кую чистоту наплавленного металла, его повышенные пластические свойства, а легирова ние марганцем и кремнием обеспечивает высокую прочность. Швы, выполненные такими электродами, обладают высокой стойкостью против образования горячих трещин и наибо лее высокой (по сравнению с любыми другими покрытиями) ударной вязкостью, которая со ставляет не менее 13 кгс-м/см2 и может достигать 25 кгс-м/см2.

При использовании этих электродов металл шва склонен к образованию пор при за грязнении кромок маслом и ржавчиной, а также при увеличении толщины покрытия и длины дуги. На базе покрытий основного типа (Б) обычно составляют композиции покрытий элек тродов для сварки ответственных конструкций из низколегированных и углеродистых ста лей, среднелегированных сталей и всех электродов для сварки высоколегированных сталей.

Целлюлозное покрытие (Ц) содержит в основном оксицеллюлозу или аналогичные ей органические вещества, а также рутил и ферросплавы. Это покрытие при расплавлении вы деляет главным образом много защитного газа и небольшое количество шлака для процес са раскисления. Электроды с этим покрытием пригодны для сварки во всех положениях на постоянном и переменном токе и употребляются в основном для сварки первого слоя стыков труб.

Рутиловое покрытие (Р) содержит 50% рутилового концентрата, в котором 50% ТЮ2, карбонаты кальция - мрамор, тальк, мусковит, магнезит, ферросплавы, целлюлозу. Газовая защита обеспечивается за счет диссоциации материалов и органической составляющей. Раскисление и легирование - ферросплавами.

Электроды с рутиловым покрытием пригодны для сварки постоянным и переменным токами во всех положениях. Они обеспечивают высокое качество наплавленного металла, обладают хорошими технологическими свойствами и применяются для сварки низкоуглеро дистой стали. В международной практике приняты следующие условные обозначения видов (типов) электродных покрытий (в скобках приведено обозначение электродных покрытий по ГОСТ 9466-75):

А (А) - электроды с покрытием кислого типа;

В (Б) - электроды с покрытием основного типа;

R (Р) - электроды с покрытием рутилового типа;

С (Ц) - электроды с целлюлозным покрытием;

RA - электроды с покрытием кисло-рутилового типа;

RB - электроды с покрытием рутил-основного типа;

RC - электроды с покрытием рутил-целлюлозного типа;

S (П) - электроды с покрытиями прочих видов, в том числе специальными.