Способ дуговой односторонней сварки на весу

 

Использование: для сварки плавящимся электродом односторонних соединений, в которых должно быть обеспечено полное (сквозное) проплавление и обратный валик на всей протяженности шва. Он может быть использован в строительстве, судостроении, машиностроении, а также в других отраслях народного хозяйства при дуговой сварке на весу несущих; корпусных и технологических конструкций без применения каких - либо конструктивных средств, способствующих формированию обратной стороны сварного шва. Сущность изобретения: производят сборку с зазором стыка свариваемых элементов с подготовленными под сварку кромками. Возбуждают электрическую дугу между электродом и кромками свариваемых элементов с образованием в основании электрической дуги сварочной ванны. Электрическую дугу перемещают за пределы сварочной ванны, располагая ее в зазоре и в соприкосновении с передним фронтом сварочной ванны, образуют ориентированный к шву сквозной и незамкнутый канал, соединяющий лицевую и обратную стороны свариваемых элементов. Электрод устанавливают перпендикулярно стыку или под углом не более 10 ^o от перпендикуляра к оси стыка в направлении перемещения по стыку. Скорость сварки берут равной скорости плавления электрода. 13 ил.

Изобретение относится к дуговым способам сварки плавящимся электродом односторонних соединений, в которых должно быть обеспечено полное (сквозное) проплавление и обратный валик на всей протяженности шва. Оно может быть использовано в строительстве, судостроении, машиностроении, а также в других отраслях народного хозяйства при дуговой сварке на весу несущих, корпусных и технологических конструкций без применения каких-либо конструктивных средств, способствующих формированию обратной стороны сварного шва.

Известны способы [1] получения сварных соединений со сквозным проплавлением шва путем сварки с одной стороны соединения по подкладке, установленной с обратной стороны соединения, или сварки с подваркой корня шва соединения.

Однако указанные способы неприменимы для сварки конструкций из полых элементов, например из труб, при изготовлении и монтаже которых конструктивно не представляется возможным как установка подкладки, так и сварка с обратной стороны соединяемых элементов.

Известен способ сварки односторонних соединений в нижнем пространственном положении шва со сквозным проплавлением свариваемых элементов [2] которое достигается путем установки фигурной подкладки в разделку предварительно собранных элементов, совпадающей по своей форме с профилем кромок свариваемых элементов, а затем сварки корневого слоя с одновременным переплавлением фигурной подкладки. Недостатком способа является нетехнологичность использования фигурных подкладок для сварки конструкций из полых элементов, отличающихся сложной конфигурацией своего сечения, многообразием пространственных положений свариваемых стыков, а также переменной формой разделки кромок.

Наиболее близким к изобретению является способ дуговой сварки односторонних соединений [3] заключающийся в сборке с зазором стыка свариваемых элементов с подготовленными под сварку кромками, возбуждении электрической дуги между электродом и кромками свариваемых элементов с образованием в основании электрической дуги сварочной ванны, перемещении электрической дуги и сварочной ванны вдоль стыка свариваемых элементов посредством перемещения электрода, сопровождающегося кристаллизацией сварочной ванны с формированием шва.

Вместе с тем для сварки на весу односторонних соединений приведенным способом, особенно в потолочной пространственном положении, характерным является несквозное проплавление свариваемых кромок, сопровождающееся образованием в корне шва дефектов в виде непроваров. Непровары, как правило, отрицательно влияют на надежность работы сварного соединения и поэтому в ответственных сварных конструкциях они не допускаются. Кроме того, при ручной дуговой сварке (РДС) покрытым металлическим электродом образование непроваров также зависит от вида покрытия и чаще всего происходит при использовании электродов с основным покрытием.

Образование непроваров при сварке на весу, например в потолочном положении, обусловленное недостаточным проплавлением свариваемых кромок, невозможно исключить за счет дальнейшего повышения глубины проплавления. Такое изменение глубины проплавления сопряжено, как правило, с увеличением массы сварочной ванны до критической величины. При достижении критической массы сварочная ванна вначале провисает, а затем самопроизвольно течет с образованием прожогов и других недопустимых дефектов шва.

Целью изобретения является повышение качества и надежности сварного соединения путем достижения сквозного проплавления и формирования обратного валика шва.

Поставленная цель в способе дуговой сварки на весу односторонних соединений достигается тем, что электрическую дугу перемещают за пределы сварочной ванны, располагая ее в зазоре и в соприкосновении с передним фронтом сварочной ванны, образуют ориентированный к шву сквозной и незамкнутый канал, соединяющий лицевую и обратную стороны свариваемых элементов, по которому на обратную сторону свариваемых элементов подают свободноформирующийся факел электрической дуги и расплавленный металл электрода, при этом преимущественно за счет металла электрода с обратной стороны соединения образуют дополнительную сварочную ванну и одновременно уменьшают массу расплавленного металла сварочной ванны, расположенной на лицевой стороне свариваемых элементов, затем, сохраняя взаимное расположение электрической дуги и двух сварочных ванн, перемещают их вдоль стыка с кристаллизацией дополнительной сварочной ванны со смещением против направления сварки относительно сварочной ванны, расположенной с лицевой стороны свариваемых элементов, и с формированием обратной поверхности шва в форме обратного валика.

На фиг. 1 представлена форма и конструктивные элементы кромок стыкового одностороннего соединения, расположенного в потолочном пространственном положении; на фиг.2 и 3 сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 вид Б на фиг.2 (схема сварки на начальном участке шва); на фиг.5 сечение В-В на фиг.2; на фиг.6 и 7 сечение Г-Г на фиг.6; на фиг.8 вид Е на фиг.6 (схема сварки на переходном участке шва); на фиг.9 сечение Ж-Ж на фиг.6; на фиг.10 и 11 сечение З-З на фиг. 10; на фиг.12 сечение К-К на фиг.10 (схема сварки на основном участке шва); на фиг.13 сечение Л-Л на фиг.10.

Способ осуществляется следующим образом.

Подготавливают кромки свариваемых элементов 1 и 2, обрабатывая их для достижения требуемого значения угла скоса кромки (а), притупления (б), а также необходимого качества поверхностей, переплавляемых при сварке, после чего собирают и закрепляют элементы 1 и 2, образуя с помощью приспособлений (не показано) стык с требуемым значением зазора в (фиг.1).

Сварка на начальном участке шва. Между электродом 3 и свариваемыми элементами 1 и 2 возбуждают сварочную дугу 4. Под действием сварочной дуги 4 происходит расплавление свариваемых элементов 1 и 2, а также электрода 3, сопровождающееся переносом электродного металла 5 с образованием сварочной ванны 6 соосно сварочной дуге 4. Факел сварочной дуги 7 опирается при этом о сварочную ванну 6 и кромки свариваемых элементов 1 и 2 (фиг.2-4). Затем при перемещении электрода 3 вдоль стыка в направлении 8 происходит кристаллизация сварочной ванны 6 с формированием лицевой поверхности 9 начального участка шва 10, который характеризуется наличием непровара 8 (фиг.2, 4 и 5).

Сварка на переходном участке шва. Сварочную дугу 4 перемещают в направлении 8 за пределы сварочной ванны 6, располагая ее в зазоре (в) и одновременно в соприкосновении с передним фронтом сварочной ванны 11. Образуют ориентированный к шву 10₁ и незамкнутый со стороны зазора (в) канал 12, соединяющий лицевую и обратную стороны свариваемых элементов 1 и 2, по которому на обратную сторону свариваемых элементов 1 и 2 подают свободноформирующийся факел дуги 7₁ и расплавленный металл 5 электрода 3 (фиг.6-8). При перемещении электрода 3 в направлении 8 вдоль стыка происходит кристаллизация ванны 6₁ с формированием лицевой 9₁ и обратной 13 поверхностей переходного участка шва 10₁, который характеризуется плавным изменением степени проплавления кромок от непровара к сквозному проплавлению (фиг.6 и 8). На фиг.9 показан шов 10₁ со сквозным проплавлением и обратной стороной 13, которая сформированна заподлицо с обратной стороны свариваемых элементов 1 и 2.

Сварка основного участка шва. На обратной стороне свариваемых элементов 1 и 2 образуют преимущественно за счет расплавленного металла 5 электрода 3 дополнительную сварочную ванну 4, одновременно с этим происходит уменьшение массы сварочной ванны 6₂ (фиг. 10-12). При перемещении электрода 3 вдоль стыка в направлении 8 сохраняют взаимное расположение дуги 4 и сварочных ванн 6₂ и 14. В процессе перемещения электрода 3 происходит кристаллизация дополнительной сварочной ванны 14 со смещением (е) относительно сварочной ванны 6₂ и формированием обратной поверхности 13₁ с обратным валиком (д) шва 10₂.

П р и м е р. Проверку способа производили на натурных макетах несущих конструкций морской стационарной платформы (МСП). Макеты представляют собой пространственные конструкции из примыкающих друг к другу трубных элементов с односторонним скосом кромки в виде стыковых и тавровых соединений. Стыки соединений собирают без использования подкладок или других каких-либо конструктивных средств, способствующих при сварке формированию корня шва. Материал свариваемых элементов сталь 09Г2С по ГОСТ 19282-7 толщиной от 16 до 40 мм диаметром от 227 до 630 мм.

В соответствии с требованиями нормативных документов, регламентирующих строительство конструкций МСП, в сварных швах не допускается наличие непроваров и ослаблений. При этом для гарантированного получения сквозного проплавления шва должно быть обеспечено формирование непрерывного обратного валика.

Оптимальные значения конструктивных элементов кромок притупление от 2,5 до 3,0; зазор 3,0 3,5; внутреннее смещение 0 2,0 мм и угол скоса кромки 30 33^о определены экспериментально.

Для РДС применяли электроды с основным видом покрытия марки LB-52U диаметром 3,2 мм. Указанные электроды характеризуются тонким покрытием, способностью создавать концентрированную дугу и устойчивый мелкокапельный перенос электродного металла при сварке на обратной и прямой полярности постоянного тока.

РДС выполняли в потолочном пространственном положении шва постоянным током как прямой, так и обратной полярности на следующем режиме: Сварочный ток, А 90 100; Напряжение на дуге, В 23-25; Угол наклона электрода к оси шва, град -90-100.

На начальном участке шва сварку выполняли по известному способу [3] Касанием электрода о свариваемые кромки возбуждали электрическую дугу и после этого отвели торец электрода от кромок на расстояние 2-4 мм; под действием дуги происходило расплавление свариваемых кромок, а также электрода, которое сопровождалось переносом расплавленного металла на кромки; в результате образовалась сварочная ванна, расположенная соосно с дугой, т.е. на продолжении дуги. Затем при поступательном перемещении электрода вдоль стыка происходила кристаллизация сварочной ванны с формированием лицевой стороны начального участка корневого слоя. На начальном участке сварочная ванна полностью находится на весу в потолочном пространственном положении, а сварное соединение характеризуется не сквозным проплавлением глубина непроваров достигает 3,0 мм. Дальнейшее увеличение глубины проплавление приводило к потере устойчивости сварочной ванны с образованием прожогов и других недопустимых дефектов из-за превышения критической массы сварочной ванны.

После выполнения начального участка шва дугу из под сварочной ванны перемещали за пределы сварочной ванны, располагая столб дуги в зазоре перед сварочной ванной и в соприкосновении с ее передним фронтом. Это достигалось путем расположения торца электрода непосредственно перед ванной и плотного прижатия электрода к кромкам. Таким образом создавались условия для образования под действием дуги сквозного канала, соединяющего лицевую и обратную стороны свариваемых элементов. Форма канала эквидистантна профилю столба дуги. Стенками канала служат оплавленные дугообразные углубления в кромках, а также деформированный столбом дуги передний фронт сварочной ванны. Канал путем наклона электрода был сориентирован в сторону шва и затем по нему на обратную сторону свариваемых элементов направили факел сварочной дуги и под его действием расплавленный электродный металл. При этом обратная сторона свариваемых элементов и шва служит на переходном участке опорой для части, а на основном участке практически для всего переносимого электродного металла. На переходном участке шва происходит плавный рост массы дополнительной сварочной ванны за счет уменьшения массы ванны, расположенной на лицевой стороне. Одновременно наблюдалось плавное изменение величины проплавления кромок (от неполного провара к сквозному проплавлению), происходящее в процессе формирования обратного валика. На переходном и основном участках шва осуществлялось поступательное равномерное движение электрода для того, чтобы скорость сварки соответствовала скорости плавления электрода. Перемещение столба дуги происходило в зазоре между свариваемыми элементами, а перемещение свободноформирующего факела дуги с их обратной стороны, при этом торец электрода был плотно прижат к кромкам свариваемых элементов.

Формула изобретения

СПОСОБ ДУГОВОЙ ОДНОСТОРОННЕЙ СВАРКИ НА ВЕСУ, при котором подготовленные под сварку кромки собирают с зазором, касанием электрода о свариваемые кромки возбуждают дугу и после образования сварочной ванны электрод перемещают вдоль стыка, отличающийся тем, что после выполнения начального участка шва с образованием сварочной ванны электрод перемещают до плотного прижатия его торца к лицевой поверхности кромок с образованием сквозного канала, при этом электрод устанавливают перпендикулярно стыку или под углом не более 10^o от перпендикуляра к оси стыка в направлении перемещения по стыку, а скорость сварки берут равной скорости плавления электрода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13