Виды сварки и их общая характеристика
Наиболее распространенным видом соединений стальных конструкций в нашей стране являются электросварные соединения (около 99% соединений осуществляют сваркой). При этом чаще применяют электрическую дуговую (ручную, автоматическую и полуавтоматическую) сварку.
Значительно реже пользуются электрошлаковой и контактной электросваркой.
Широкое применение сварки объясняется преимуществами этого вида соединений по сравнению с другими видами соединений. К ним относятся: экономия металла (в составных балках до 20%); снижение трудоемкости изготовления конструкций (до 20%); компактность соединений, которая приводит к упрощению конструктивной формы; возможность непосредственного соединения элементов друг с другом без соединительных накладок или уголков; отсутствие ослаблений; плотность соединений.
К недостаткам сварных соединений следует отнести деформацию изделий от усадки сварных швов и наличие остаточных напряжений в конструкции, что при действии низких температур и динамических нагрузках приводит к хрупкому разрушению стали. Кроме того, необходимо отметить трудность исчерпывающего контроля качества сварных швов. Внутренние остаточные напряжения от сварки, суммируясь с напряжениями от действия сил на элемент, усложняют напряженное состояние сварного соединения.
Сварка затруднительна при монтаже конструкций, а также при наличии элементов, образуемых несколькими листами, особенно при большой их толщине.
Электродуговая сварка (рисунок ниже) основана на явлении возникновения электрической дуги 1 между стальным стержнем 2 (электродом) и свариваемыми стальными деталями 5, которая расплавляет основной металл и металл электрода, смешивает их, в результате чего при охлаждении образуется сварной шов, соединяющий отдельные детали в одно целое. Сварщик удерживает электрод с помощью держателя 3, который подсоединяют к отрицательному контакту сварочного аппарата 4. Глубину проникновения наплавленного металла в основной называют проваром.
Ручная электрическая сварка универсальна и широко распространена, так как может выполняться в нижнем, вертикальном и потолочном положениях, а также в труднодоступных местах. Небольшая
глубина проплавления основного металла (1-2 мм), невысокая производительность ручной сварки из-за пониженной силы применяемого тока и меньшая стабильность ручного процесса по сравнению с автоматической сваркой являются недостатками ручной сварки.
Принципиальная схема электродуговой сварки
Для защиты расплавленного металла от воздуха, улучшения химического состава и структуры шва, а также для ускорения и облегчения процесса сварки электроды, предназначенные для ручной сварки, покрывают обмазками.
Электроды для ручной сварки разделяют по типам в зависимости от прочности наплавленного металла. Электроды, применяемые в строительстве: при сваривании стальных конструкций с пределом текучести до 490 МПа (Э-42, Э-42А, Э-46, Э-46А, Э-50, Э-50А). Для них применяют низкотоксичные рутиловые электроды. Рутил — природный минерал, содержащий до 60% титана.
Цифра указывает временное сопротивление разрыву металла шва (кгс/мм2). Буква А означает, что шов обладает повышенной пластичностью.
То же с пределом текучести 500 МПа (Э-60, Э-70 и Э-85). Для снижения массы наплавленного металла стандарты рекомендуют применять электроды более высоких марок, чем марки стали сопрягаемых элементов.
Плавящиеся электроды изготовляют из сварочной проволоки (низкоуглеродистая, легированная и высоколегированная). Все электроды для ручной сварки выполняют из низкоуглеродистой проволоки марки: Св-08А, для конструкций, работающих в тяжелых условиях (сварочная проволока; 0,8 означает содержание углерода 0,08%; повышенное качество стали из-за ограниченного содержания серы и фосфора).
В процессе автоматической сварки (рисунок ниже) сварочная головка, имеющая полностью автоматизированное управление, перемещается вдоль шва и подает к месту сварки сварочную проволоку без покрытия.
Место сварки покрывают флюсом — порошкообразным материалом — из специального бункера и шланга, перемещаемых совместно со сварочной головкой. Флюс полностью изолирует место сварки от воздуха, так как горение дуги происходит под слоем флюса, одновременно легируя расплавленный металл содержащимися во флюсе примесями. В результате получается однородный плотный шов с глубоким проваром, имеющий высокие механические показатели.
Автоматическая сварка под флюсом
Вследствие большой силы тока, применяемой при автоматической сварке (600-1200 А), и общей автоматизации процесса производительность ее в 10-15 (а иногда и более) раз превосходит ручную сварку, а также при ней происходит глубокое проплавление свариваемых деталей. Поэтому автоматическую сварку желательно осуществлять во всех соединениях, где это возможно. К недостаткам автоматической сварки относится невозможность нанесения ее в вертикальном и потолочном положениях и в стесненных условиях.
При полуавтоматической сварке (рисунок ниже) электродная проволока без покрытия малого диаметра (до 3 мм) подается механизмом к держателю и через него — к месту сварки. Сварщик перемещает держатель вдоль шва вручную. Флюс подается непосредственно из воронки держателя, на котором находятся также кнопки управления. Скорость полуавтоматической сварки в 1,5-2 раза меньше автоматической.
Полуавтоматическая сварка
Сварка дугой в среде защитного газа
Достоинства: достигается высокая производительность; низкая стоимость.
Недостатки: сдувание струи газа ветром; необходимость защиты сварщика от отравления.