Главная » Статьи » Сварка

Сварка в узкий зазор

В последние годы появилось много новых методов свар­ки в среде защитных газов, позволяющих получить сварные со­единения удовлетворительного качества [Мантевский Э. Узкощелевые соединения толстостен­ных изделий //Автоматическая сварка.- 1969.- №7.- С. 14-18. , Malin V.I. The state-of-the-art of narrow-gap welding - Welding journal.- 1983.-№3.- p.22-30., А.с. 503665 СССР Способ дуговой сварки / В.К. Лебе­дев, A.M. Макара, А.Т. Назарчук и др.- Опубл. в Б.И., 1976 - №7. , Klimpel A. Nowocresne technologie spajania metali - Warsawa: WNT., 1984.- 256 s., Тенденция развития сварки толстолистового металла в узкий зазор: Обзор / А.Н. Серенко, Ю.В. Белоусов, А. Скжип- чик, В.А. Шаферовский и др. // Сварочное производство.- 1987.- №9.-С.15-18. ]. Пре­имущественно это автоматические и механизированные способы сварки.

По сравнению с обычной дуговой сваркой с разделкой кромок, сварка по узкому зазору обладает рядом достоинств, связанных с небольшим объёмом сварочной ванны, понижен­ным тепловложением и снижением содержания водорода, что обуславливает уменьшение образования межваликовых трещин и расслоений.

В настоящее время исследования процессов и разработка соответствующей аппаратуры для сварки по узкому зазору в среде защитных газов производится в двух направлениях [Бельчук Г.А., Титов Н.Я. Механизированная сварка по узкому зазору толстолистовой стали плавящимся электродом в смеси защитных газов - JL: Ленинградский дом науч-техн. про­паганды.- 1972.- 27 с. ]: для толщин металла от 25 до 100 мм и от 100 до 750 мм.

При этих способах сварки листы собираются с зазором 1...24 мм и свариваются многослойным швом. Ширина зазора и способ защиты сварочной ванны зависит от толщины сваривае­мых материалов и диаметра электродной проволоки.

Сварку по узкому зазору применили впервые для свар­ных соединений балок и колон толщиной до 40 мм [Назарчук АЛ., Стеренбоген Ю.А. Об оптимизации процесса дуговой сварки путем рационального заполнения раз­делки // Автоматическая сварка.-1984.- №11- С.46-49. ]. Наибо­лее часто данный способ сварки применяют для наложения го­ризонтальных и вертикальных стыков. Автоматическую сварку неплавящимся электродом по щелевой разделке использовали в работах [Application of Narrow-Gap GTA welding process to the welding large type stainless steel nuclear pressure vessels / Ito To- shio, Oka Kiyoshi, Xlagura Yasumi et at.// Mitsubishi juko giho.- 1982.-19.-№4.-P.404-409. + Денисов Б.С., Штрикман M.M., Старов В.П., Сварка толстостенных изделий без разделки кромок // Сварочное прои­зводство.- 1970.- №11.- С. 46-47. ].

Эффективность и физические условия защиты расплав­ленного металла при сварке по узкому зазору изучали в работах [Шеленков Г.М., Блащук В.Е. Применение сварки по щелевому зазору при изготовлении химической аппаратуры из сплава АТЗ // Автоматическая сварка.- 1974.- №9.- С.50-52. + Макауата Н., Matsumoto М., Futamura К. A study of narrow-gap one-side arc welding process for one side welding of T- joints in steel building // Weld. Doc. ХП -13-133-73. ]. Технологические вопросы механизированной сварки толстолистовой стали по узкому зазору широко освещены в ра­ботах [ Дилтей У. Применение методов искусственного ин­теллекта в сварке. Сварка и родственные технологии - -в XXI век: Сб. тр. Международной конф./ НАН Украины, ИЭС им. Е.О Патона.-С.88-98. + Бельчук Г.А., Титов Н.Я. Особенности ручной сварки покрытыми электродами стальных деталей с узкой разделкой // Автоматическая сварка.-1976.- №5.- С.69-70. + Савченко А.И., Новожилов Н.М. Эффективность га­зовой защиты при сварке металла большой толщины в узкую разделку// Сварочное производство.- 1978.- №10.- С.21-22.].

Ведущее место по объему использования и развития раз­личных технологических приемов сварки по щелевому зазору, согласно литературным данным, принадлежат Японии [Malin V.I. The state-of-the-art of narrow-gap welding - Welding journal.- 1983.-№3.- p.22-30. ,  Klimpel A. Nowocresne technologie spajania metali - Warsawa: WNT., 1984.- 256 s. ,  Макауата Н., Matsumoto М., Futamura К. A study of narrow-gap one-side arc welding process for one side welding of T- joints in steel building // Weld. Doc. ХП -13-133-73].

Теоретически, используя способ сварки по узкой раздел­ке, можно сварить металлические листы любой толщины, если использовать сварку с двух сторон, однако по различным при­чинам это не всегда возможно. Для преодоления этого следует обратиться к использованию приспособлений. Применение под­кладочных приспособлений (планки, флюсовые подушки и т.д.) в основном решает проблему, связанную с отказом от кантовки изделия, но ограничивает толщину свариваемых листов величи­ной, равной 300 мм [Malin V.I. The state-of-the-art of narrow-gap welding - Welding journal.- 1983.-№3.- p.22-30. ]. В работе [Hantsh Н., Million К., Zimmepman Н. Submerged arc narrow-gap welding of thick-walled components // Welding Journal.- 1982.- 61.- №7.- P.27-34. ] есть данные о сварке заготовок толщиной 670 мм с расстоянием между деталями 22 мм.


При осуществлении процесса сварки по указанной раз­делке с одной стороны необходимо обеспечить надежное и каче­ственное выполнение первого валика [Probst R., Hartung F. MAS-EngspaftschweBen bis 300 mm Blechdicke // ZIS Mitteilungen.-1987.- №8.- S. 812-821]. Типичные формы разделок, применяемые в Японии при сварке сосудов давления по узкой разделке показаны на рис. 1.2. Для того, чтобы компен­сировать закрытие разделки в процессе сварки и удерживать за­зор в пределах 8...10 мм, разделку изготавливают с небольшим углом раскрытия (0,6... 1,5°).




Рис.1. Типичные формы разделок, применяемые при сварке со­судов давления по узкой разделке [Malin V.I. The state-of-the-art of narrow-gap welding - Welding journal.- 1983.-№3.- p.22-30]: а - для продольных швов; б - для кольцевых швов; в - для толстостенных труб

Разделка кромок, приведенная на рис.1,а используется для сварки продольных швов обечаек. Разделка кромок, указан­ная на рис 1,6 используется в том случае, если ее можно изго­ товить на станке, т.е. для кольцевых швов обечаек. Тип разделки кромок, приведенный на рис. 1,в применяется при сварке коль­цевых швов труб, диаметр которых не превышает одного метра.

Для сварки по узкой разделке используется разнообраз­ное оборудование, из которого можно выделить узлы и детали, характерные только для сварки по узкой разделке. К ним отно­ситься: специально спроектированная сварочная горелка, со­держащая водоохлаждаемую электрически изолированную кон­тактную трубку и прикрепленную к ней трубку для подачи за­щитного газа; система подачи электродной проволоки, содер­жащая механизм подачи проволоки, устройство для колебания проволоки поперек разделки и механизм для правки проволоки; система слежения за разделкой или устройство визуального слежения за дугой; следящая система, поддерживающая посто­янную величину вылета электродной проволоки; источник пи­тания; система охлаждения горелки.

Наиболее важным преимуществом процесса сварки по узкой разделке является высокая прочность шва и всего сварно­го соединения [Бельчук Г.А., Титов Н.Я. Механизированная сварка по узкому зазору толстолистовой стали плавящимся электродом в смеси защитных газов - JL: Ленинградский дом науч-техн. про­паганды.- 1972.- 27 с. ]. Повышение прочностных характери­стик можно объяснить благоприятными условиями тепловложения, обусловленными многопроходным процессом сварки и не­большой погонной энергией (1...3 МДж/м). К другим преиму­ществам способа сварки по узкой разделки следует отнести: вы­сокое качество металла шва; снижение остаточных напряжений, возможность автоматизации; возможность изготовления свар­ных изделий взамен цельнокованых.

К недостаткам способа сварки по узкой разделке обычно относят [Malin V.I. The state-of-the-art of narrow-gap welding - Welding journal.- 1983.-№3.- p.22-30. ]: недостаточно высокую надежность существующе­го оборудования, высокую стоимость существующего в продаже оборудования; высокую чувствительность процесса сварки к изменениям режима; сложность и трудоемкость исправления дефектов сварки.

Большое внимание при использовании сварки в среде за­щитных газов плавящимся и неплавящимся электродом по уз­кому зазору уделяется созданию надежной защиты металла шва от воздействия окружающего воздуха. Эта проблема становится серьезной при увеличении толщины свариваемых элементов и уменьшении ширины зазора. Эффективность газовой струйной защиты при сварке по узкому зазору по данным работ [Ворновицкий И.Н., Конторовский A.B. Газоэлектриче­ская сварка плавящимся электродом толстолистовой стали в уз­кую разделку // Сварочное производство 1967.- №2.- С. -45-48. ] уменьшается вследствие турбулизации газа на краях щели. Эта проблема разрешается разработкой но­вых мундштуков и сопел, расположенных над разделкой или опускаемых в разделку в зависимости от толщины и формы сва­риваемых узлов [Бурашенко А.И. Горелка для автоматической сварки в узкий зазор // Автоматическая сварка - 1986.- №11,- С.63-64. ].

С увеличением толщины свариваемых элементов, кроме создания надежной защиты зоны сварки, возникает ряд про­блем, связанных с направлением проволоки в разделку [Probst R., Hartung F. MAS-EngspaftschweBen bis 300 mm Blechdicke // ZIS Mitteilungen.-1987.- №8.- S. 812-821].

По этой причине разработано много оригинальных спо­собов сварки по узкому зазору, их классификация основана на их технологических особенностях.

В зависимости от диаметра и способа введения свароч­ной проволоки в узкий зазор рассматриваемый метод сварки можно разделять на следующие способы:
  • сварочная проволока диаметром 2...3 мм направляется и удерживается по центру зазора вследствие своей жесткости, а мундштук и газовое сопло размещены над разделкой;
  • сварочная проволока диаметром 2...3 мм вводится в разделку при помощи специальной изоляционной направляющей, а токо- подвод и газовое сопло находятся над зазором;
  • сварочная проволока диаметром 0,8... 1,6 мм вводится при по­мощи направляющих контактных трубок или мундштуков, вво­димых в зазор.
Первые два способа позволяют производить сварку с большим вылетом без введения или с частичным введением мундштука в зазор при сварке металла толщиной до 80... 100 мм [А.с. 503665 СССР Способ дуговой сварки / В.К. Лебе­дев, A.M. Макара, А.Т. Назарчук и др.- Опубл. в Б.И., 1976 - №7]. Благодаря этому возникает возможность упростить кон­струкцию мундштука и горелки в целом и тем самым повысить надежность их работы [ 124.     Бурашенко И.А. Мундштуки для сварки в защитных газах соединений с узким зазором // Автоматическая сварка,- 1981.-№9.- С.75-76. ]. Однако, по сравнению с третьим способом с погруженными соплами увеличивается рас­ход смеси защитных газов в 2... 3 раза [Савченко А.И., Новожилов Н.М. Эффективность га­зовой защиты при сварке металла большой толщины в узкую разделку// Сварочное производство.- 1978.- №10.- С.21-22. ]. Третий способ применяется для сварки металла тол­щиной более 80... 100 мм, используя горелки, погруженные в зазор, с одинарной или двойной защитой, уменьшаю­щий инжекцию воздуха в зону дуги.

К наиболее распространенным дефектам
при сварке по узкому зазору в среде защитных газов относятся несплавления кромок. Устранение несплавлений представляет большую труд­ность. Уменьшить вероятность образования этих дефектов мож­но за счет стабилизации защиты зоны сварки и автоматического направления электрода вдоль зазора, независимо от изменения его ширины и положения стыка в пространстве.

В связи с этим, применяемые способы сварки по узкой разделке классифицируют также с точки зрения используемых траекторий движения сварочного электрода в разделке. На рис.2. приведены наиболее распространенные схемы движения сварочного электрода в разделке.




Рис 2. Схемы движения электродной проволоки в узкой раздел­ке: а- по центру вдоль зазора; б- по кромкам вдоль зазора; в-вдоль зазора с поперечными колебаниями; г- вдоль за­зора с продольными колебаниями; д-вдоль зазора с при­менением волнообразной проволоки; е- вдоль зазора с применением двух скрученных проволок


Сварка по узкому зазору обычно выполняется одним или двумя электродами, расположенными по продольной оси шва на определенном расстоянии друг от друга и установленными под небольшим углом к противоположным краям (рис.2,6). Из­вестны приемы, при которых проволока подается в середину зазора, совершая в процессе сварки поперечные или продольные колебания (рис.2,в,г), либо подаются две скрученные проволо­ки (рис.2,е) или волнообразная проволока (рис.2,д).

Эффективность сварки по узкому зазору в среде защит­ных газов резко возрастает с увеличением толщины свариваемо­го металла [Савченко А.И., Новожилов H.H. Физические условия защиты расплавленного металла при сварке в узкую разделку // Сварочное производство - 1980.- №11.- С.23-24. ].

Сварочным подразделением фирмы Kobe Steel Ltd (Япо­ния) разработан способ высокопроизводительной дуговой свар­ки Twist-Arc по узкому зазору в защитном газе стали толщиной до 300 мм. Надёжное проплавление обеспечивается вра­щением дуги на электроде. Вращение дуги создается без всяких механических средств путем использования в качестве электро­да двух проволок, скрученных в виде жгута. По сравнению с обычной сваркой под флюсом этот способ экономичен при тол­щинах металла более 60 мм.

По данным фирмы Babkokk-Wilcox, где для сварки больших толщин был выбран процесс импульсной сварки пла­вящимся электродом в инертных газах (Аг+20 % С02) в раздел­ку шириной 9,5 мм расход сварочных материалов по сравнению со сваркой под флюсом сократился на 60 %, а время сварки уда­лось снизить на 40 %. При сварке неповоротных стыков труб и при изготовле­нии корпусов большого диаметра из нержавеющих сталей всё чаще применяют сварку вольфрамовым электродом с при­садкой в инертных газах по узкому зазору, с применением невы­сокой погонной энергии и малой глубины проплавления основ­ного металла. Применяют водоохлаждаемые сварочные горелки с двухкольцевым потоком газа и выдвижным центральным со­плом с электродом, устанавливаемым в зависимости от глубины расположения в разделке укладываемого слоя шва. Еще боль­ший эффект достигают при подогреве подаваемой в разделку присадочной проволоки.

При изготовлении крупногабаритных изделий: роторов мощных паровых и газовых турбин, корпусов толстостенных блоков атомных энергетических установок, сосудов высокого давления большое распространение получила автоматическая сварка под флюсом по узкому зазору.


При разработке и внедрении сварки по узкому зазору под флюсом сформулированы следующие требования:
  • сохранение преимуществ процесса сварки под флюсом;
  • возможность сварки листов толщиной от 80 до 300 мм;
  • возможность использования существующего оборудования для сварки под флюсом с минимальными доработками;
  • обслуживание должно быть простым и не требовать дорого­стоящих устройств для управления и контроля;
  • экономичность процесса должна быть высокой;
  • качество сварки должно быть повышено.
При этом, в зависимости от производственного опыта, уровня технологии и сварочного оборудования, а также качества сварочных материалов используются различные типы разделок с углами раскрытия кромок 1... 5° [Сварка под флюсом в узкую разделку корпусного оборудования / А.С.Зубченко, Е.Г.Старченко, С.И.Носов и др. Энергошшиностроение.- 1984.- №3.- С.4-8. ].

Дуговая сварка под флюсом по узкому зазору применя­ется для соединения элементов конструкций из углеродистых, низколегированных и высоколегированных сталей, а также спе­циальных сплавов толщиной 20.. .400 мм.

Сварные соединения толщиной 40...50 мм собираются без разделки со строго параллельными кромками, а более тол­стые элементы с разделкой кромок с углом раскрытия 1...5° с целью компенсации усадки сварного шва (рис. 3).

Флюсовая защита сварочной ванны обеспечивает высо­кую металлургическую чистоту сварочного шва, валики имеют ровную лицевую сторону и равномерно сплавлены с кромками разделки.

Правильный выбор сочетания сварочных материалов (флюс-проволока) во многом определяет качество сварки. Флюсы, применяемые для сварки по узкому зазору, должны обеспечивать:
  • устойчивость электрических параметров сварки;
  • хорошую формирующую способность флюса-шлака;
  • низкое межфазное натяжение шлака;
  • легкость удаления шлаковой корки;
  • малое выделение газов;
  • плавное сопряжение поверхности шва и свариваемых кромок.
Дуговая сварка под флюсом по узкому зазору является одним из перспективных способов соединения толстолистовых элементов.



Рис. 3 Форма подготовки кромок при сварке под флюсом по уз­кому зазору:
а, б - при толщине металла до 50 мм; в, г - при толщине металла 50...400 мм

Основными недостатками многопроходной сварки по уз­кому зазору под флюсом является:
  • невысокая производительность выполнения всего шва;
  • трудоемкость и сложность удаления шлаковой корки из узкого зазора перед выполнением каждого очередного валика;
  • высокая склонность к образованию дефектов типа шлаковых включений, пор, несплавлений при значительном колебании па­раметров технологии сварки и порядка раскладки валиков;
  • необходимость использования специальной сварочной аппара­туры.
Трудности, связанные с практическим осуществлением этого перспективного способа сварки, сдерживают его широкое промышленное внедрение. Обеспечение удовлетворительного сплавления шва с кромками разделки является определяющей при выборе схемы заполнения узкой разделки.

Сварка под флюсом по узкому зазору выполняется на практике с использованием следующих схем раскладки валиков при заполнении разделки
  • сварка одним валиком на всю ширину зазора (рис. 4,а);
  • сварка с раскладкой двух валиков по ширине разделки (рис. 4, б);
  • сварка с раскладкой трех и больше валиков в слое (рис. 4,в).
Ширину узкого зазора назначают в зависимости от нали­чия соответствующей сварочной головки, диаметра сварочного электрода, а также режима сварки и схемы раскладки валиков (Renett E., Kiesche H. Untersuchungen zum Engspaltsch- weissen // ZIS-Mettellungen.- 1977.- №6.- S.757-768.)



Рис. 4 Схемы раскладки валиков при заполнении разделки:
а - одним валиком; б - двумя валиками; в - тремя валиками

Применение схемы сварки одним валиком на всю шири­ну зазора обеспечивает снижение времени реализации процесса, однако, она обладает рядом недостатков:
  • нет гибкости процесса сварки, так как проволока должна нахо­диться строго по оси разделки, что затрудняет надежное сплав­ление шва с кромками;
  •  с целью обеспечения правильного сплавления необходима по­вышенная погонная энергия сварки;
  • имеют место затруднения по удалению шлака из узкого зазора.
Условия сварки можно улучшить, управляя движением дуги с помощью магнитного поля, механических систем, а так­же применением пульсирующего режима [Царюк A.K., Касаткин B.C., Иваненко В.Д. и др. Меха­низированная сварка под флюсом толстого металла в узкий за­зор // Автоматическая сварка.- 1980.- №10.- С.47-51.;  Key J.F. Joint geometry influence on mechanized pipe welding // Welding Journal.-1980.- №5.- P.24-32. ].

Сварка по узкому зазору с раскладкой двух или более валиков в слое, предпочтительнее по сравнению со сваркой од­ним валиком на всю ширину зазора. Она позволяет избежать подрезов и общей слабины центральной части шва, которая вы­зывает появление трещин при неблагоприятных условиях кри­сталлизации; уменьшить деформации и напряжения в швах. Процесс также не требует применения флюсов с самоотделяю­щейся шлаковой коркой, которые находятся в стадии разработки [Царюк A.K., Касаткин B.C., Иваненко В.Д. и др. Меха­низированная сварка под флюсом толстого металла в узкий за­зор // Автоматическая сварка.- 1980.- №10.- С.47-51.]. При раскладке в два-три валика используются разделки шириной 22...36 мм. Этот способ сварки по узкому зазору тре­бует существенной модернизации существующих аппаратов, применяемых для стандартной дуговой сварки под флюсом или разработку новых аппаратов.

Сварку необходимо выполнять (при изогнутом мунд­штуке) в направлении "углом вперед" для обеспечения требуе­мого качества сварочного соединения и хорошего сплавления шва со стенками разделки вылет электродной проволоки в про­цессе сварки должен поддерживаться постоянным, а расстояние от конца электрода до стенки разделки при наложении крайних валиков должно быть строго определенным.

Заполнение глубоких с параллельными кромками разде­лок выполняют электродной проволокой диаметром не более 3 мм. Для сварочных проволок диаметром 4...5 мм, рекомендуется сварка вертикальным электродом при углах раскрытия кромок 3... 5°.

Вследствие многократного термического воздействия, связанного с выполнением сварки в несколько проходов, струк­тура металла шва становится разориентарованной, мозаичного характера. Путем оптимизации формы разделки [ Сварка под флюсом в узкую разделку корпусного оборудования / А.С.Зубченко, Е.Г.Старченко, С.И.Носов и др. Энергошшиностроение.- 1984.- №3.- С.4-8. ] и обеспе­чения постоянного вылета электродной проволоки в процессе сварки [Царюк A.K., Касаткин B.C., Иваненко В.Д. и др. Меха­низированная сварка под флюсом толстого металла в узкий за­зор // Автоматическая сварка.- 1980.- №10.- С.47-51.] достигается получение соединения с высоким уров­нем механических свойств.

Отмеченными трудностями обусловлены повышенные требования к оборудованию для сварки по узкому зазору. Обо­рудование должно обеспечивать сварку продольных и кольце­вых швов в непрерывном режиме с автоматической раскладкой валиков по мере заполнения разделки, подачу сварочной прово­локи в разделку, под определенным углом по отношению к кромкам и с гарантированным зазором между проволокой и сва­риваемой кромкой, с точностью ±0,5 мм, высокую надежность функционирования всей аппаратуры.







Категория: Сварка | Добавил: Виктор (21.06.2013)
Просмотров: 3794 | Теги: сварка | Рейтинг: 0.0/0

Получить прайс


Яндекс.Метрика
города Новокузнецк, Кемерово Бесплатные объявления Казахстана - Freeads.kz