Основы теории механизированной и автоматической сварки под слоем флюса

Процесс механизированной и автоматической сварки под слоем флюса принципиально отличается от сварки открытой дугой.

При автоматической сварке под слоем флюса (рис. 5.1.) дуга 6, горящая между электродной проволокой 10 и изделием находится под слоем флюса 4. Флюс обеспечивает защиту расплавленного металла от воздуха, стабилизирует горение дуги, обеспечивает условия для удаления газов и неметаллических примесей из сварного шва, а также производит легирование наплавленного металла. Флюс 4, расплавляясь, образует на поверхности жидкого металла 5 слой жидкого шлака 8. Дуга 6 горит в атмосфере 7, состоящей из паров металла, газов и продуктов химических реакций флюса. Электродная проволока 10 подается правильно-подающим механизмом II (V_п — скорость подачи проволоки). Сварочный ток J_св от источника питания через мундштук 9 подводится к электродной проволоке 10. Но мере перемещения происходит кристаллизация сварочной ванны и образуется шов 2, который соединяет в одно целое свариваемые детали, а распаленный шлак при остывании образует шлаковую корку 3.

Главным условием устойчивого горения сварочной дуги является равенство скорости плавления сварочной проволоки V_па и скорости ее подачи: в зону дуги V_п. При сварке непрерывно нарушается равенство V_пл=V_п в связи с колебаниями напряжения в сети, изменением длины дуги l_g из-за неровностей металла, пробуксовывания проволоки в падающих роликах и т.п.

Рис.5.1. Схема процесса автоматической сварки под флюсом:

1 – изделие; 2 — шов; 3 – шлаковая корка; 4 – флюс; 5 – сварочная ванна жидкого металла; 6 – дуга; 7 – газовая атмосфера; 8 – оболочка из жидкого шлака; 9 – токоподводящий мундштук; 10 – электродная; 11 – ролики подающего механизма.

Основным узлом сварочных автоматов и полуавтоматов является сварочная головка. По принципу работы (способу восстановления равенства V_па=V_п) различают сварочные головки с постоянной или регулируемой скоростью подачи проволоки.

Большинство сварочных автоматов для дуговой сварки работают по принципу саморегулирования дуги. Саморегулирование дуги – свойство сварочной дуги при сварке плавящимся электродом восстанавливать длину дуги при случайных ее отклонениях благодаря изменению скорости плавления электрода.

Сварочная головка с постоянной скоростью подачи проволоки и саморегулированием длины дуги в зависимости от внешних возмущений (рис.5.2,а) включает следующие элементы: электродвигатель 1, редуктор 2, ведущий 3 и приводной 5 ролики подающего механизма, электродную проволоку 4, мундштук 6, флюсовую воронку 7 и кассету с проволокой 8.

Установившийся режим сварки (рис.5.2,б) определяется точкой А на пересечении внешней характеристики источника питания 1 с вольтамперной характеристикой сварочной дуги 2. Эта точка характеризует примерное равенство, скорости подачи электродной проволоки V_п и скорости её плавления V_пл. При случайных возмущениях, вызывающих изменение длины сварочной дуги, происходит перемещение её вольтамперной характеристики вверх (кривая ІІІ точка A₁) или вниз (кривая ІV точка А₂). При этом изменяется сила сварочного тока, что приводит к изменению скорости плавления проволоки и, следовательно, восстанавливается первоначальный режим, т.е. равенство скорости подачи электродной проволоки и скорости её плавления.

Рис. 5.2. Принципиальная схема автоматической сварочной головки с постоянной скоростью подачи сварочной проволоки (а) и принцип саморегулирования дуги при этом (б)

Автоматическая и механизированная сварки под слоем флюса обладают рядом преимуществ по сравнению со сваркой открытой дугой. Одним из преимуществ является высокая стабильность горения сварочной дуги, что объясняется высокой интенсивностью ионизации газовой среды в дуговом промежутке и поддержанием автоматом постоянства длины дуги.

Производительность автоматической сварки по сравнению с ручной выше в 10 — 15 раз. Как известно, производительность сварки определяется силой сварочного тока и коэффициентом наплавки по формуле (4.4).

Коэффициент наплавки при автоматической сварке из-за большой концентрации тепловой энергии и отсутствия разбрызгивания металла составляет более 14-16 Г/(А·ч) (при сварке открытой дугой 8 — 10 Г/(А·ч )).

Вторая причина повышения производительности автоматической сварки обусловлена возможностью использования больших токов. При автоматической сварке величину удельного тока принимают 60 А/мм (плотность тока более 50 А/мм ). Возможность увеличения удельного тока (плотности тока) определяется малым (до 40 мм) расстоянием от торца сварочной проволоки до токоподводящего контакта (рис. 4.4). Поэтому при использовании больших токов сварочная проволока не перегревается. Повышение плотности тока стало возможным также благодаря отсутствию потерь металла на разбрызгивание. Толстый слой флюса предотвращает выдувание жидкого металла из сварочной ванны.

Повышение плотности сварочного тока и эффективности использования тепловой энергии дуги позволяет увеличить скорость сварки.

Следующим резервом повышения производительности труда является высокий коэффициент использования сварочной установки.

Важным преимуществом автоматической и механизированной сварок является высокое качество наплавленного металла.

Благодаря хорошей защите расплавленного металла слоем флюса мело оказывают вредное влияние на металл шва кислород и азот воздуха. Наплавляемый металл не окисляется и поэтому обладает повышенной пластичностью.

Металл сварного шва получается однородным по химическому составу и физико-механическим свойствам. Это объясняется стабильностью режима сварки. При высокой стабильности режима сварки достигается постоянство соотношения количества расплавленного присадочного и основного металлов в сварном шве.

В наплавленном металле отсутствуют поры и раковины, потому что жидкий металл сварочной ванны хорошо защищен от атмосферы, и в нем растворяется минимальное количество газов. В металле шва практически отсутствуют шлаковые включения, так как он мало окисляется. Кроме того, ванна жидкого металла под шлаковой защитой кристаллизуется медленно и поэтому создаются благоприятные условия для выделения газов, растворившихся в жидком металле сварочной ванны. Избыточное статическое давление на металл сварочной ванны повышает его плотность.

Обеспечивается постоянство размеров направляемого валика и отсутствие непроваров, подрезов и других дефектов. Стабильность геометрической формы, размеров и сплошности наплавляемого валика обеспечивается постоянством принятого режима сварки (длина дуги, скорость подачи проволоки, скорость сварки, сварочный ток) и стабильностью горения сварочной дуги.

При механизированной и автоматической сварках достигается значительная экономия сварочной проволоки и электрической энергии за счет уменьшения потерь на разбрызгивание, угар и огарки. Для заполнения единицы объема шва требуется меньше расплавленного металла, т.к. уменьшается поперечное сечение разделки кромок. Значительно улучшаются условия труда сварщика.