Сварка порошковой проволокой

Электрошлаковой сваркой соединяют в основном металл толщиной 20--30 мм и более. Для меньших толщин электрошлаковый процесс не всегда целесообразен.

Для устойчивости электрошлакового процесса нужна шлаковая ванна определенного объема. При малой толщине металла это требует значительного увеличения зазора между кромками. Так, например, пpи сварке листов толщиной д = 18 мм зазор составляет 25--30 мм. В связи с этим приходится тратить большое количество присадочной проволоки, скорость сварки снижается. Основной металл, находясь длительное время в непосредственном контакте со шлаковой ванной, перегревается, его механические свойства ухудшаются. Для восстановления же этих свойств в некоторых случаях требуется дорогостоящая термообработка соединений. Часто ее осуществить нельзя, поэтому приходится отказываться от электрошлаковой сварки.

Дуговая сварка под флюсом вертикальных швов с принудительным формированием распространения не получила из-за неустойчивости процесса, большого разбрызгивания, сложности дозировки флюса, шунтирования дуги шлаком, вызывающего непровары, и пр.

В ИЭС им. Е. О. Патона разработан новый способ электродуговой сварки вертикальных швов с принудительным формированием, порошковой проволокой [98].

Сущность способа заключается в следующем (см. рис. 3). В зазор, образованный кромками изделий, подается порошковая проволока. Дуга горит между концом проволоки и ванной жидкого металла (или выводной подкладкой в начале процесса).

За счет тепла, выделяющегося при излучении дуги, и тепла металлической ванны оплавляются кромки изделий, жидкий металл стекает в зазор, создавая с переплавленным электродным металлом общую сварочную ванну. Расплавленный электродный металл и сварочная ванна защищены от влияния атмосферы шлаком и газом, выделяющимся при расплавлении шлакообразующих и разложении газообразующих составляющих сердечника порошковой проволоки. Ванна покрыта тонким слоем шлака, ее свободная поверхность искусственно охлаждается медными ползунами либо подкладками. Это способствует хорошему формированию шва и препятствует растеканию жидкого металла ванны.

Шлакообразующие компоненты вводятся в проволоку в количествах, необходимых для образования слоя шлака между швом и ползуном (подкладкой) и небольшого слоя шлака для защиты металлической ванны. Глубина шлаковой ванны регулируется благодаря специальной конструкции ползуна.

Сварка вертикальных швов с принудительным формированием может выполняться порошковой проволокой с дополнительной защитой углекислым газом (см. рис. 3 а). При этом отпадает необходимость вводить газообразующие материалы в проволоку и упрощается ее конструкция. Защитный газ подается в зону сварки через сопло, крепящееся на подвеске ползуна и перемещающееся вместе с ползуном.

В зависимости от требований, предъявляемых к сварному соединению, для принудительного охлаждения и формирования шва могут применяться водоохлаждаемые ползуны, ползун с медной подкладкой, остающаяся подкладка с ползуном и др. Описанными способами можно выполнять стыковые и угловые швы с отклонением от вертикали до 45°.

Для сварки металла толщиной до 30 мм порошковой проволокой с принудительным формированием применяются специализированные аппараты А-1150. Безрельсовый аппарат А-1150 (см. рис. 109) состоит из нескольких легко соединяемых блоков. Он удобен в монтажных условиях.

Для сварки порошковой проволокой с принудительным формированием можно использовать аппараты, предназначенные для электрошлаковой сварки вертикальных швов, например А-433; требуются лишь незначительные переделки ползунов.

Техника дуговой сварки аналогична электрошлаковой, но она проще, поскольку оператор имеет возможность непосредственно наблюдать за направлением проволоки и состоянием ванны. При потере ванны шлака процесс не нарушается. Случайные остановки не опасны. При возобновлении процесса дефекты в швах не наблюдаются даже при толщине металла 50 мм.

Для сварки с принудительным формированием применяется самозащитная порошковая проволока карбонатно-флюоритного типа ПП-АНЗС или ПП-АН7. Характеристика ее приведена в параграфе 10.

Режим сварки проволокой ПП-АНЗС диаметром 3 мм для металла толщиной 10--20 мм следующий: /_св = 400 ч 450 а, U_д=24чч 27 в.

Рис. 122. Макрошлиф вертикального шва на металле толщиной 14 мм, выполненного порошковой проволокой с принудительным формированием.

При'зазоре между кромками 10--12 мм это обеспечивает скорость сварки вертикального шва 4--7 м/ч, что значительно превышает скорость сварки со свободным формированием металла такой толщины. Например, при выполнении вертикального стыкового соединения из металла толщиной 20 мм скорость сварки электродами УОНИ-13/55 диаметром 4 мм составила 0,4--0,5 м/ч; при газоэлектрической сварке проволокой Св-08Г2С диаметром 1,6 мм со свободным формированием--0,8--1,0 м/ч; при сварке порошковой проволокой ПП-АНЗС, с принудительным формированием-- 4,0--4,2 м/ч.

Наружная поверхность швов близка по форме к рабочей поверхности формирующего ползуна или подкладки. Сечение шва имеет, как правило, прямоугольную или бочкообразную форму (рис. 122). Благоприятное направление роста кристаллов обеспечивает малую склонность к образованию горячих трещин.

Поскольку высокая температура воздействует на основной металл небольшой промежуток времени, размеры зоны термического влияния малы и рост зерен не успевает произойти. Ударная вязкость металла в зоне термического влияния достаточно велика. Сведения о механических свойствах металла шва и зоны термического влияния сварных соединений, выполненных на малоуглеродистой конструкционной и низколегированных сталях проволокой ПП-АНЗС, приведены в табл. 66. Эти данные свидетельствуют о том, что вертикальные швы, выполненные открытой дугой порошковой проволокой, обладают высокими механическими свойствами.

Сварка с дополнительной защитой углекислым газом выполняется порошковой проволокой ПП-АН5 (разработана в ИЭС им. Е.О. Патона) трубчатой конструкции.

Таблица 67

Марка свариваемой стали	д, мм	ут кГ/ммг	ув кГ/мм*	д %	ш, %	ан , кГм/см* шва при металла t, °С	ан , кГм/см2, зоны термического влияния при 1, "С
						+20	--40	+20	-40
МСт. 3 14Г2 09Г2 09Г2	14 20 14 20	47,4 35,8 45,0 45,8	61,8 51,9 58,0 60,5	23,5 25,0 23,0 23,8	57,8 67,9 69,8 65,4				2,4--7,2 4,8

Рекомендуется такой режим сварки проволокой ПП-АН5 диаметром 3,0 мм: /_св=400ч500 а, U_A = 23 ч25 в, расход углекислого газа 10--25 л/мин. При зазорах между кромками 9--11 мм, толщине металла 14--20 мм скорость сварки этой проволокой достигает 6--7 міч. При толщине 8--14 мм скорость сварки несколько выше. Химический состав наплавленного металла находится в следующих пределах: 0,8-- 1,3% Мп, 0,2--0,5 % Si, не более 0,12% С, менее 0,03% S и Р (каждого). Дополнительная защита зоны дуги углекислым газом позволяет получить при использовании этой проволоки высокие механические свойства металла шва и сварного соединения при однопроходной сварке (табл. 67). Результаты испытаний свидетельствуют о том, что даже при толщине 90 мм (сварка одним электро дом с поперечными колебаниями) свойства швов достаточно высоки. В некоторых случаях для получения высоких механических свойств применяют многопроходную сварку.

Таблица 68

Марка	д, мм	уТ кГ/ммг	ув, кГ/ммг	д, %	ш, %	ан кГм/см2, металла шва при t, °С	ан, кГм/смг, зоны термического влияния, при /, °С
						+20	--40	+20	--40
МСТ-3 МСТ-3 14Г2 09Г2	14 90 16 20	45,4 45,3 48,6 45,2	56,8 59,7 58,8 57,0	21,0 21,4 22,9 25,3	65,1 65,1 67,5 68,9

Для получения качественного соединения необходимо обеспечивать постоянство зазора по высоте стыка и не допускать большой разностенности стыкуемого металла (более 2 мм). При сборке монтажных стыков используют скобы, гребенки и другие приспособления. В конце стыка сварной шов, как правило, выводится на специально приваренную при сборке планку.

При сварке порошковой проволокой образуется меньшее количество шлака, чем при сварке под флюсом. При необходимости избыток шлака сливают через ползун, не допуская при этом слива металла.

После случайной остановки процесс сварки продолжают следующим образом. Опускают ползун так, чтобы участок окончания шва был снаружи. После возбуждения дуги сливают металл до уровня ползуна и включают ход аппарата для продолжения сварки. Такая техника исключает наличие несплавлений и шлаковых включений в месте остановки.

Возможность непосредственного наблюдения за зоной горения" дуги позволяет корректировать направление электрода, благодаря чему исключаются дефекты формирования.

Необходимо в процессе сварки следить за прилеганием ползунов к поверхности металла, не допуская их отставания, так как это может привести к потере жидкого металла сварочной ванны и появлению дефектов в шве.

Регулирование режима в основном производят за счет напряжения дуги. С увеличением толщины металла необходимо несколько увеличивать напряжение дуги. Увеличение напряжения дуги при заданной толщине металла приводит к увеличению ширины проплавлення.

Вылет рекомендуется поддерживать около 30 мм. При чрезмерном увеличении вылета перегревается проволока и нарушается устойчивость горения дуги.

Короткий вылет приводит к быстрому выходу из строя наконечника мундштука.

Размеры шва и скорость сварки в значительной степени зависят от величины зазора и интенсивности охлаждения металла. При большом зазоре уменьшается скорость сварки и скорость кристаллизации ванны. Это снижает ударную вязкость металла шва и зоны термического влияния.

Сварка вертикальных швов ведется на постоянном токе обратной полярности. Соблюдение относительного постоянства зазора между кромками, отсутствие больших депланаций при сборке, а также точная настройка режима сварки являются основными условиями получения качественного соединения.

Сварка вертикальных швов порошковой проволокой с принудительным формированием рекомендуется для изготовления конструкций из низкоуглеродистых конструкционных и низколегированных сталей в заводских и монтажных условиях.

На монтаже предпочтительно применение сварки проволокой двухслойной конструкции без дополнительной защиты углекислым газом, в заводских условиях целесообразно использовать проволоку с дополнительной газовой защитой.

Использование способа сварки в углекислом газе на монтаже возможно лишь в случае принятия специальных мер защиты зоны сварки от ветра.

Применение сварки порошковой проволокой с принудительным формированием для металла толщиной 8--30 мм позволяет повысить производительность труда и улучшить качество сварных конструкций. За рубежом сварка порошковой проволокой вертикальных швов с принудительным формированием применяется только с дополнительной защитой углекислым газом.

Сварка. горизонтальных швов с полупринудительным формированием. Производительность сварки горизонтальных швов со свободным формированием покрытыми электродами, в защитных газах и под флюсом мала, так как применяемые силы тока невелики. Повышение силы тока приводит к стеканию металла сварочной ванны и недопустимому ухудшению формирования швов.

Сварка под флюсом горизонтальных швов с принудительным формированием не нашла применения из-за сложной техники сварки, нестабильного качества.

Принудительное формирование шва в сочетании со сваркой в углекислом газе упрощает процесс, делает его более удобным. Тем не менее использование проволоки сплошного сечения не всегда позволяет получить хороший внешний вид, имеют место случаи схватывания металла с ползуном, сдувания струи защитного газа, приводящего к пористости при выполнении сварки в монтажных условиях.

В Институте электросварки им. Е. О. Патона разработан способ сварки горизонтальных швов самозащитной порошковой проволокой с полупринудительным формированием, лишенный многих названных выше недостатков.Благодаря возможности применения самозащитной порошковой проволоки этот способ очень ценен в условиях монтажа. Сущность способа ясна из схемы, приведенной на рис. 123. Наличие шлаковой пленки при использовании порошковой проволоки предупреждает схватывание жидкого металла с ползуном.

Полупринудительное формирование предусматривает частичное удержание жидкой сварочной ванны скользящим или перекатывающимся гусеничным ползуном.

Для получения нормального формирования необходимо обеспечить условие равновесия сил, действующих на сварочную ванну, в частности давления дуги, силы поверхностного натяжения и массы металла жидкой ванны. При сварке горизонтальных швов основными параметрами, определяющими соотношение этих сил, являются мощность сварочной дуги , величина силы натяжения и, в определенной мере, угол наклона поверхности кристаллизации сварочной ванны І147].

Наличие ползуна ограничивает массу и размеры свободной части ванны и дает возможность увеличивать мощность сварочной дуги, а следовательно, и производительность сварки.

Форма и размеры разделки кромок горизонтальных стыков определяются толщиной металла. Для металла толщиной 20 мм целесообразна V-образная разделка кромок с углом раскрытия 40°. К-образная разделка с раскрытием кромок в 40° с каждой стороны рекомендуется для металла толщиной 40 мм.

Рис. 123. Схема процесса сварки Рис. 124. Макрошлиф горигоризонтального шва с полуприну- зонтального соединения, выдительным формированием: 1 -- порошковая проволока; 2 -- свароч- волокой ПП-АН7 с полуприная ванна; 3 - шлак; 4 - ползун; 5- нудительным формированием.

Для металла ббльших толщин, например 100 мм, рекомендуется щелевидная разделка с углом раскрытия 30--35°. При сварке горизонтальных швов с полупринудительным формированием может быть использована самозащитная порошковая проволока ПП-АН7 и ПП-АНЗС.

Сварка одной дугой проволокой ПП-АНЗС производится на токах до 500 а, а двумя дугами -- на токах до 900 а. Сварку проволокой ПП-АН7 диаметром 2,3 мм целесообразно производить двумя дугами на токах до 700 а. Увеличение силы тока при однодуговой сварке достигается применением дополнительной защиты зоны плавления углекислым газом.

Металл толщиной 20 мм сваривают в три слоя. При однодуговом процессе скорость сварки первого и второго слоев составляет около 10 м/ч. Заключительный, так называемый переходной, валик выполняется со скоростью около 16 м/ч. При двудуговом процессе скорость сварки достигает 30 м/ч. Металл толщиной 100 мм сваривают за 9--10 проходов. Качество сварного соединения высокое. На рис. 124 показан макрошлиф стыкового соединения, а в табл. 68 приведены сведения о механических свойствах металла горизонтальных швов и сварного соединения, выполненных самозащитной проволокой ПП-АН7 и ПП-АНЗС на стали 09Г2С толщиной 20 мм.

Таблица 69

	уТ, кГ/мм*	ав, кГ/мм2	д, %	уи, кГм/см', при t, °С
Марка проволоки				20	-40	-50
ПП-АН7 ПП-АН3С

Для выполнения горизонтальных швов на вертикальной плоскости порошковой проволокой с полупринудительным формированием в Институте электросварки им. Е. О. Патона разработан специализированный сварочный аппарат типа А-1325.

Применение описанного способа сварки особенно эффективно на конструкциях с горизонтальными швами большой протяженности, например, при сварке цилиндрических резервуаров, кожухов доменных печей, корпусов морских судов и т. п.

Сварка электрозаклепками. Применение электрозаклепок при изготовлении металлоконструкций целесообразно с точки зрения уменьшения коробления изделий, повышения производительности работ. Для некоторых видов металлоконструкций соединение электрозаклепками обязательно.

Известны примеры выполнения электрозаклепок самозащитной порошковой проволокой [66].

Специальная порошковая проволока ППЗ-ПСК имеет сложное сечение (см. рис. 4, е), композиция сердечника построена на базе шлаковой системы Ті0₂ -- CaF₂ -- СаО. Проволока обеспечивает глубокий провар металла и высокую стойкость против пор.

Форма получаемой заклепки, глубина провара определяются режимом сварки. При необходимости увеличить проплавление металла варят на минимальном напряжении дуги и коротком вылете электрода.

Процесс сварки выполняется следующим образом. После установки заклепочника на место соединения возбуждается дуга и включается подача проволоки с заданной скоростью. По истечении установленного интервала подача проволоки прекращается и дуга горит до естественного обрыва. Такое окончание сварки обеспечивает получение благоприятной формы головки заклепки. Время горения дуги почти линейно влияет на основные параметры заклепки, вызывая наибольшие изменения ее диаметра.

Для сварки электрозаклепками используется проволока диаметром 2,0; 2,5; 2,8 и 3,0 мм. Проволокой диаметром 2,0 мм можно производить сварку в различных пространственных положениях, однако форма заклепок при этом несколько ухудшается. Выбор диаметра проволоки определяется также толщиной свариваемого металла. Рекомендации по выбору проволоки различных диаметров в зависимости от толщины элементов свариваемых электрозаклепками приведены в табл. 70.

Таблица 70

Толщина элемента, мм	Диаметр проволоки, мм
верхнего	нижнего
0,5--1,0 1,0--2,5 2,5--6,0	0,8--3,0и выше 2,0--4,5и выше 3,0--6,0и выше	2,0 2,5 3,0

Металлические элементы равной толщины рекомендуется сваривать с медной или алюминиевой подкладкой. Приварку тонкого листа к толстому можно производить без подкладок. При толщине верхнего элемента более 6 мм требуется прокол его под заклепку.

Сварка выполняется во всех случаях на ии^^лнном токе обратной полярности. Типичные режимы сварки для металла различных толщин приведены в табл. 71.

Таблица 71

Толщина металла, мм	Диаметр проволоки, мм	Режим сварки	Время сварки, сек	Скорость подачи проволоки, міч,	Вылет, мм
		Iев, а	Uд,в
1,0+1,0 2,0+2,0 3,0+3,0 5,0+5,0	2,0 2,5 2,8 3,0	120--150 350--400 450--460 480-- 500	21--24 25--27 27--29 30--32	0,5 1,0 2,0 4,0	250--300 300--350 350--400 400--450	10-12 15-20 20--25 20-25

Электрозаклепочник может быть смонтирован на базе серийных полуавтоматов. Головка заклепочника имеет на мундштуке специальную опорную насадку. Эта насадка изолирована от мундштука и имеет отверстия для отвода образующихся газов и наблюдения за направлением проволоки при установке.

Сварка электрозаклепками используется в основном для соединения листовых элементов. Испытания механических свойств соединений, выполненных электрозаклепками порошковой проволокой, показали хорошие результаты.

Для листов 0,8 + 0,8 мм разрушающая нагрузка на срез составила 610--700 кг, а на отрыв -- 110-- 130 кг; для листов 4,0 + 4,0 мм--на срез 2000--3700 кг.на отрыв--2100--2800 кг. Подобные показатели получаются при испытаниях электрозаклепок, выполненных под флюсом или в углекислом газе. Однако сварка самозащитной порошковой проволокой более проста и надежна.

Ванная сварка арматуры железобетонных конструкций. Задача механизации изготовления и монтажа арматурных и железобетонных конструкций весьма актуальна в связи со все увеличивающимся объемом сварочных работ в строительстве. Решается она многими средствами, среди которых уже завоевал себе хорошую репутацию способ ванной сварки арматуры самозащитной порошковой проволокой.

Порошковой проволокой успешно свариваются арматурные стали марок Ст. 5, 18Г2С, 25Г2С, 35Г2. Сварка выполняется в медных или графитовых инвентарных формах или с остающимися подкладками. Используется самозащитная проволока с сердечником карбонатно-флюоритового типа марок ПП-АНЗ [64] и ЭПС-15 [23].

Режимы сварки горизонтально расположенной арматуры проволокой ЭПС-15: при диаметре арматуры 20 мм /_св= 200 ч260 а; U_д = 24ч 28 в, а при диаметре 40 мм и более /_св= 350 ч 400 а; U_д = 28ч 30 в. Сварка стыков вертикально расположенной арматуры ведется на более умеренных режимах.

Техника сварки арматуры порошковой проволокой довольно проста. Сварка горизонтально расположенной арматуры производится с использованием возвратно-поступательного движения проволоки вдоль свариваемых кромок. Окончание сварки выполняют короткими обрывами дуги и кольцеобразным движением проволоки в районе центральной части сварочной ванны. Таким образом предупреждается образование большой усадочной раковины.

Сварку вертикально расположенных стержней начинают при большом вылете проволоки (60--70 мм), а затем его снижают до рекомендуемого. Важно обеспечить плавный переход от шва к стержню, что достигается изменением угла наклона проволоки. Усиление в конце шва делают в пределах 2--4 мм.

Ванная сварки порошковой проволокой ПП-АНЗ обеспечивает получение швов без дефектов с мелкозернистой структурой металла. Рост зерна наблюдается в околошовной зоне, по которой, как правило, происходят разрушения при испытаниях.

Сварные соединения, выполненные ванной сваркой с применением проволоки ПП-АНЗ, имеют достаточно высокую прочность: при сварке стержней из стали 35ГС -- не ниже 50 кГ/мм?, из стали Ст. 5 -- не ниже 42 кГ/мм¹, что отвечает требованиям ГОСТ 10922--54 «Арматура и закладные детали сварные для железобетонных конструкций».

Ударная вязкость сварных арматурных соединений высока и для соединения горизонтальных стержней колеблется в пределах 8--12 кГм/см^г, и для соединений вертикальных стержней --в пределах 10--18 кГм(см².

При сварке вертикально расположенных стержней проволокой ЭПС-15 рекомендуется V-образная разделка для диаметров до 40 мм 12-95 и К-образная -- для больших диаметров. При сборке стыков применяют скобы-подкладки, технологические планки и козырьки.

Производительность труда при замене ручной сварки полуавтоматической с применением порошковой проволоки возрастает в два -- четыре раза. Кроме того, сокращаются потери электродных материалов.

Рис. 125. Опытная трубная решетка с трубками, приваренными проволокой ПП-АНб с помощью аппарата А-946.

Сварка теплообменных аппаратов. Важнейшей проблемой в изготовлении теплообменных аппаратов является приварка трубок к трубным решеткам. Значительный объем этих работ до настоящего времени выполняется вручную покрытыми электродами.

В тех случаях, когда допускается кантовка теплообменника, можно успешно применять автоматическую сварку самозащитной порошковой проволокой.

Специфические требования для проволоки: стопроцентная сплошность швов, хорошие сварочно-технологические свойства, прежде всего формирование валика, отсутствие брызг, легкая отделимость шлаковой корки, надежное повторное возбуждение дуги без откусывания конца проволоки. Для этих целей используется порошковая самозащитная проволока трубчатой конструкции с сердечником на базе шлаковой системы СаО -- CaF₂ -- Ті0₃ марки ПП-АН6. Проволока изготовляется диаметром 2,5 и 2,8 мм.

Сварка производится специализированным аппаратом А-946 (см. рис. ПО) со скоростью до 80 міч. Процесс сварки отличается большой надежностью, простотой и высокой производительностью. Переход аппарата с одной трубки на другую производится без участия оператора. Центровка аппарата осуществляется с помощью специальной пробки. На рис. 125 приведена трубная решетка. Обварка труб порошковой проволокой ПП-АН6 выполнялась на токе 450 а при скорости сварки 75 м/ч.

Расчеты показывают, что производительность процесса по сравнению с ручной сваркой на форсированных режимах возросла почти в два раза, повысилось качество сварки, улучшились условия труда.

Сварка обсадных колонн. В последнее время для крепления нефтяных и газовых скважин начали широко применять сварные обсадные колонны взамен резьбовых. Преимущество сварных колонн _ герметичность и возможность уменьшения диаметра пробуриваемых скважин благодаря отсутствию соединительных муфт, более высокая прочность колонн, так как резьба ослабляет сечение трубы.

Сварка обсадных колонн производится сейчас контактным способом, либо автоматом проволокой сплошного сечения в углекислом газе. Для этой цели в Институте электросварки им. Е. О. Патона разработана также специальная порошковая проволока [34]. Сварка этой проволокой ведется двумя дугами со скоростью до ЗО м/ч В условиях открытых буровых получены сварные со труда.

Широкое внедрение описанных выше способов и разработка новых специализированных процессов автоматической сварки порошковой проволокой, таких как многодуговая сварка с высокой линейной скоростью, многопроходная сварка с принудительным формированием, сварка неповоротных стыков магистральных газопроводов с принудительным и свободным формированием шва и другие, позволит в ближайшие годы значительно увеличить объемы применения порошковой проволоки в производстве специальных изделии.

Глава VI. Опыт применения порошковой проволоки

Сварка порошковой проволокой в промышленных масштабах применяется в нашей стране немногим более десятилетия, однако уже накоплен производственный опыт применения этого способа в народном хозяйстве. Сварка порошковой проволокой нашла широкое применение в промышленности и строительстве как в заводских условиях, так и на монтаже.

Сварка порошковой проволокой применяется главным образом взамен ручной сварки покрытыми электродами и в ряде случаев вместо полуавтоматической сварки под флюсом и в углекислом газе проволокой сплошного сечения.

6.1 Сварка порошковой проволокой в заводских условиях

В большинстве случаев освоение сварки порошковой проволокой в заводских условиях не связано с коренным изменением технологического процесса изготовления металлоконструкций. Это позволяет осуществить переход от применявшегося ранее способа сварки к новому в короткие сроки. Если при замене ручной сварки механизированной требуется освоение нового сварочного оборудования и подготовка кадров, то замена полуавтоматической сварки в углекислом газе проволокой сплошного сечения сваркой порошковой проволокой сводится практически к замене сварочного материала. На ряде предприятий такую замену в объеме цеха осуществили полностью в течение года.

С применением механизированной сварки порошковой проволокой требования к подготовке поверхности металла к сборке конструкций сохраняются на прежнем уровне. Нет также необходимости в применении новых вспомогательных устройств (манипуляторов, кантователей и др.), поскольку можно выбрать порошковую проволоку, по техническим возможностям соответствующую использовавшемуся ранее сварочному материалу.

При замене ручной дуговой сварки штучными электродами полуавтоматической сваркой порошковой проволокой достигается значительное повышение производительности труда (в среднем 1,5-- 2 раза) за счет увеличения производительности наплавки самого сварочного материала, увеличения времени использования оборудования и снижения затрат на последующую зачистку швов. В некоторых случаях возможно сокращение катетов угловых швов и уменьшение разделки кромок под сварку, так как проволока обеспечивает более глубокий провар изделия, что увеличивает экономическую эффективность применения нового способа. Основными преимуществами сварки порошковой проволокой по сравнению со сваркой в углекислом газе проволокой Св-08Г2С диаметром 1,6 и 2,0 мм являются повышение производительности сварки (в среднем на 10--30%), сокращение затрат на зачистку швов от брызг, улучшение внешнего вида и качества металлоконструкций.

Технико-экономическая эффективность применения сварки порошковой проволокой в условиях конкретных производств зависит от многих факторов: учета класса сварных конструкций, применяемых для их изготовления сталей и требований к сварным швам; учета размеров изделия, толщины металла, протяженности и пространственных положений швов; оснащенности автоматами и полуавтоматами, их загрузкой и организацией обслуживания; возможностью использования углекислоты, организации снабжения цеха и отдельных постов; наличия и эффективности общецеховой и местной вентиляции; подготовленности кадров для применения нового способа сварки.

Указанные факторы определяют в значительной мере степень автоматизации (возможность применения автоматической или полуавтоматической сварки), выбор способа по виду применяемой защиты (в углекислом газе или самозащитнои проволокой), тип и марку проволоки и ее диаметр. В заводских условиях применяется проволока для сварки в углекислом газе и самозащитная проволока практически всех известных типов.

В производстве продукции тяжелого машиностроения требования к сварным швам и класс свариваемых сталей предопределяют преимущественное применение самозащитной проволоки карбонатно-флюоритного типа и проволоки для сварки в углекислом газе. Самозащитная порошковая проволока применяется при изготовлении рудовозов, металлургических мостовых кранов, горнодобывающих машин, оборудования обогатительных фабрик и др. В производстве грузовых вагонов применяется преимущественно сварка порошковой проволокой в углекислом газе.

На участке сварки мощных мостовых кранов применена полуавтоматическая сварка порошковой проволокой ПП-АНЗ. Полуавтоматы подвешены на пантографах, что обеспечивает большой район обслуживания, а также позволяет быстро освобождать рабочую зону для транспортировки конструкций по пролету. Производительность труда по сравнению с ручной сваркой повысилась более чем на 30%. Сменный расход проволоки на одного сварщика составляет в среднем 25 кг. Такие же показатели достигнуты при сварке проволокой ПП-АНЗ стрелочных переводов и тяжелого шахтного оборудования. Применяется сила тока в пределах 400--500 а. Все швы сваривают в нижнем 'положении.

При изготовлении грузовых вагонов широко применяют такой производительный способ сварки, как сварка в углекислом газе проволокой сплошного сечения. Применение порошковой проволоки ПП-АН8 для сварки ряда узлов грузовых вагонов позволило, помимо повышения производительности труда на 10--20%, резко снизить затраты на зачистку швов от брызг. Поточность производства, повсеместно применяющаяся в вагоностроении, позволяет максимально автоматизировать процесс сварки. Очередным этапом внедрения сварки порошковой проволокой в производстве вагонов, по-видимому, явится автоматическая скоростная сварка. Это позволит значительно увеличить объемы применения порошковой проволоки в данной отрасли промышленности.

Для изготовления строительных и дорожных машин применяют сварку порошковой проволокой в углекислом газе либо самозащитной проволокой карбонатно-флюоритного типа.

При сварке узлов экскаваторов (ходовая рама, поворотная платформа) сменный расход проволоки на одного сварщика достигает 40--50 кг. Применение порошковой проволоки рутил-флюоритного типа ПП-АН4 позволяет сваривать конструкции экскаваторов северного исполнения. При производстве экскаваторов и автокранов успешно применена порошковая проволока рутилового типа ПП-АН8. Отличный внешний вид швов и отсутствие необходимости в очистке швов от брызг позволяют делать ее наиболее предпочтительной при производстве таких машин, особенно экспортной продукции. Для сварки ковшей экскаваторов на потоке применена полуавтоматическая сварка проволокой ПП-АН8 диаметром 2,2 мм. На киевском заводе «Красный экскаватор» сваривают ковши емкостью 0,15 и 0,25 .ж³ с помощью полуавтоматов А-1035, подвешенных у конвейерной линии. Рабочий момент сварки ковша иллюстрируется на рис. 126. На этом же заводе при изготовлении гидравлических цилиндров и штоков сварка проволокой ПП-АН8 кольцевых швов выполняется на специальном устройстве автоматической головкой.

Узлы экскаваторов изготавливаются из сталей Ст. З, 10Г2С, 45 толщиной 6--10 мм. Расход порошковой проволоки на 1 пог. м шва катетом 5--6 мм составляет 0,18--0,20 кг, а среднесменный расход проволоки на одного сварщика 30--35 кг.

При полуавтоматической сварке применяются следующие режимы: скорость подачи проволоки-- 363--453 м/ч; /_св= 350 ч400 а, U_д = 28 ч30 в. Порошковую проволоку ПП-АН8 используют также при сварке скреперов, бульдозеров, грейдеров и других дорожных машин.

В производстве крановых металлоконструкций, подвергающихся кантовке, полуавтоматы подвешивают на поворотной консоли, легко отводящейся из рабочей зоны. Такое крепление полуавтоматов используют на Одесском заводе им. Январского восстания при сварке платформ и ходовых рам автокранов порошковой проволокой ПП-АН4 (рис. 127).

Полуавтоматическая сварка самозащитной порошковой проволокой ПП-АНЗ применяется при изготовлении строительных башенных кранов. Полуавтоматы А-765 здесь также размещены на специальных подвесках.

Рис. 126. Сварка порошковой проволокой ПП-АН8 ковша экскаватора.

Среднесменный расход проволоки при сварке таких решетчатых конструкций с короткими швами достигает 25 кг. Сварку выполняют на токах 400--450 а в нижнем положении с кантовкой изделия.

В сельскохозяйственном машиностроении накоплен большой опыт применения сварки самозащитной порошковой проволокой. Это касается в первую очередь заводов, расположенных в районах, где имеются трудности в обеспечении углекислым газом.

К числу сельскохозяйственных машин, для изготовления которых применяется полуавтоматическая сварка порошковой проволокой, относятся самоходные уборочные комбайны, сеялки, культиваторы, плуги. Так, при производстве пятикорпусных плугов применяют сварку порошковой проволокой ПП-АНЗ взамен ручной сварки. Производительность труда возросла более чем в полтора раза. При производстве узлов сельскохозяйственных машин из металла толщиной 4--6 мм хорошо себя зарекомендовала сварка самозащитной проволокой ПП-АН1, обеспечивающая небольшую глубину проплавлення при высокой производительности сварки.

На заводах сельскохозяйственного машиностроения, широко применяющих сварку в углекислом газе, используют также порошковую проволоку ПП-АН4 и ПП-АН8. Малые толщины металла и небольшая протяженность швов, присущие конструкциям сельскохозяйственных машин, не позволяют использовать максимальные режимы сварки по току. Среднесменный расход проволоки на таких предприятиях обычно составляет около 20 кг. Широкое применение имеет проволока малого диаметра (2,0--2,3 мм).

В производстве строительных металлоконструкции большой объем сварочных работ выполняется самозащитной проволокой и

Рис. 127. Сварка порошковой проволокой ПП-АН4 рамы автокрана.

проволокой для сварки в углекислом газе. Порошковую проволоку используют для сварки колонн и ферм зданий, балок различного назначения, опор линий электропередач, радиовышек, элементов эстакад и мостов, бункеров и других конструкций из малоуглеродистых и низколегированных сталей .

На ряде заводов металлоконструкций сварка порошковой проволокой стала основным процессом изготовления металлоконструкции. Большое количество полуавтоматов, сосредоточенных в цехе позволяет производить их централизованное обслуживание. Заводы обычно используют один-два типа проволоки.

На заводе металлоконструкций им. Бабушкина основной объем сварочных работ выполняется проволокой ПП-АН8 в углекислом газе. Централизованное снабжение всех постов осушенной углекислотой, подвеска унифицированных полуавтоматов на специальных балках, хорошая организация входного контроля качества проволоки позволяют достичь при сварке этой проволокой высокого качества и повышения производительности. Резко сокращены затраты на зачистку швов от брызг, особенно при изготовлении экспортной продукции. На рис. 128 представлен момент сварки порошковой проволокой ПП-АН8 диаметром 2,5 мм. Среднесменный расход проволоки на этом заводе составляет 25--30 кг.

На Макеевском заводе металлоконструкций основной объем сварочных работ выполняется самозащитной проволокой ПП-АНЗ. Полуавтоматы подвешены на поворотных консолях, обслуживание их осуществляется централизованно, что позволяет эффективно использовать имеющийся парк аппаратов.

Рис. 128. Сварка порошковой проволокой колонны конверторного цеха.

Среднесменный расход проволоки достигает 30 кг. Завод применяет проволоку ПП-АНЗ для некоторых видов автоматической сварки. При сварке тонкого металла используется проволока ПП-АН7. Сварочная лаборатория завода осуществляет текущий контроль за качеством проволоки и сварки в цехах.

На заводах котельно-вспомогательного оборудования и трубопроводов применяют полуавтоматическую сварку самозащитной проволокой. Наибольшее применение нашли проволока ПП-АНЗ и ПП-1ДСК. На ряде заводов КВОиТ при изготовлении металлоконструкций для энергетических сооружений до 75% общего объема сварочных работ, выполняемых механизированным способом сварки, приходится на долю сварки порошковой проволоки [18].

Заводы судостроительной промышленности используют порошковую проволоку при полуавтоматической сварке судового набора, фундаментов двигателей и других объектов. Заводы имеют централизованную разводку осушенного углекислого газа на сварочные посты. Использование порошковой проволоки ПП-АН8 позволяет сократить трудозатраты по зачистке швов от брызг.

Имеется опыт применения сварки порошковой проволокой в автомобилестроении для сварки рам автобусов, в черной металлургии при ремонте и изготовлении металлургического оборудования, в пищевой промышленности при изготовлении холодильных агрегатов и в ряде других отраслей промышленности.

В настоящее время заводы почти всех отраслей промышленности и строительства приобрели определенный опыт сварки порошковой проволокой.

Отсутствие марок порошковой проволоки для сварки средне-углеродистых и легированных сталей ограничивает применение этого способа в производстве энергетического оборудования, химической аппаратуры и ряда других областей. Очередным этапом развития заводской сварки порошковой проволокой явится широкое внедрение автоматических способов.

6.2 Сварка порошковой проволокой пои выполнении строительно-монтажных работ

Большой объем сварочных работ выполняется в условиях открытых площадок, на монтаже. По данным Минспецстроя СССР , сварочные работы составляют примерно 12--19% трудоемкости всех монтажных работ. Поэтому повышение уровня механизации процессов сварки в монтажных условиях весьма актуально. Внедрение сварки порошковой проволокой позволяет резко повысить уровень механизации и производительность труда при выполнении монтажных работ. Это подтверждается опытом применения сварки порошковой проволокой при сооружении объектов металлургической, горнодобывающей, химической и других отраслей промышленности, в гражданском строительстве, при постройке судов и пр.

Условия применения сварки на монтажных работах имеют ряд особенностей, ограничивающих возможность применения механизированных способов сварки, К числу этих особенностей относятся: невозможность кантовки конструкции, необходимость выполнения сварки швов, находящихся в различных пространственных положениях; трудность обеспечения стабильных условий сварки; «ложные климатические условия и ряд других. Все это приводит к тому, что возрастает вспомогательное время на сварку, зачастую требуется принятие специальных мер защиты места сварки от ветра, дождя, снега и т. д. В связи с уникальностью и единичностью ряда объектов нецелесообразна во многих случаях разработка специальной аппаратуры для основных и вспомогательных операций.

Способ сварки самозащитной порошковой проволокой выгодно отличается от других способов механизированной сварки. Благодаря простоте, маневренности, высокой производительности и низкой чувствительности к изменению внешних условий сварка этим способом стала одним из основных направлений механизации изготовления металлоконструкций, чему во многом способствовала разработка порошковой проволоки малого диаметра для сварки в различных пространственных положениях, специальных способов сварки и соответствующей сварочной аппаратуры.

Наибольшее применение на монтаже нашла порошковая проволока малого диаметра (2,0--2,4 мм), как, например, проволока марок ПП-АН7, ПП-АН11, ПП-1ДСК, ПВС-1Л, ПП-2ДСК, позволяющая выполнять сварку не только в нижнем положении. При использовании специальных методов сварки используют проволоку большего диаметра. На специализированных базах, где возможна сварка в нижнем положении, применяют проволоку диаметром 2,8--3,0 мм при толщинах металла более 5 мм.

Ниже описаны наиболее распространенные области применения порошковой проволоки в монтажных условиях.

Сооружение доменных комплексов. Доменные и мартеновские комплексы в отношении технологии сварки делятся на несколько основных категорий конструкций. К числу сооружений с преобладанием листовых конструкций относятся кожухи печей, газопроводы, бункера и т. п. Большой объем занимает сварка при монтаже балок, опор, колонн, рам, рабочих площадок, лестничных шахт и т. д.

Полуавтоматическая сварка порошковой проволокой применялась при сооружении пяти крупных доменных комплексов.

При сооружении доменного комплекса с печью объемом 2700 м'^л порошковая проволока использовалась для сварки кожуха доменной печи, воздухонагревателей, пылеуловителя, сосудов газоочистки, гидроизоляции отстойника гидросмыва и скиповых ям, кровли литейных дворов [122]. Всего по комплексу на долю сварки порошковой проволокой пришлось около 24% всех сварочных работ, рассчитанных по количеству наплавленного металла. Работы выполнялись специализированным участком, объединявшем собственно сварщиков, аппаратчиков, монтажников-пневморубщиков, компрессорщиков, контролеров и других специалистов, и проводились на укрупнительных площадках и на месте монтажа с подмостей.

Для сварочного оборудования были подготовлены монтажные машинные залы, связанные с участками сварки через схемы разводки. В машинных залах размещали также часть вспомогательного оборудования (электропечи, станок для перемотки проволок и др.).

Полуавтоматическую сварку проводили с помощью полуавтоматов А-1114 и ПДММ--63/4. Горизонтальные швы кожуха из стали 10Г2С1 толщиной 40 мм выполняли одновременно шесть сварщиков.

При сварке проволокой ПП-2ДСК сварочный ток достигал 320-- 340 а на заполняющих разделку проходах. Подобный ток на аналогичных видах швов применяли и при сварке проволокой ПП-АН7 диаметром 2,3 мм. Для сварки горизонтальных швов кожуха использовали также проволоку ПСК-3 [65].

Качество швов контролировали ультразвуковым методом и гамма-графированием. Несмотря на потери времени, связанные с подготовкой и отладкой сварочной аппаратуры, производительность сварки полуавтоматом, по сравнению с ручной, возросла примерно в два раза.

Сварку угловых швов на металле толщиной 6--12 мм (бункера, желоба, ригели) производили в один-два слоя на токах 260--340 а проволокой диаметром 2,2--2,3 мм. При использовании проволоки ПП-АНЗ диаметром 3,0 мм сварку вели на токе 420--450 а.

Кожухи пылеуловителей, скрубберов в большинстве случаев изготавливали методом полистовой сборки, в результате чего объем монтажной сварки оказался довольно значительным; применялись режимы сварки, принятые для угловых швов.

Воздухонагреватели, электрофильтры при толщинах металла более 14 мм также собирали методом полистовой сборки. Объем сварки этих конструкций порошковой проволокой на ряде объектов достигает 50% [122].

Для выполнения горизонтальных швов кожуха доменной иечи из металла толщиной 50 мм применяли способ автоматической сварки с полупринудительным формированием проволокой ПП-АНЗС. Значительно повысилась производительность труда.

Сварка конструкций промышленных зданий. Большие объемы работ выполнены по сварке порошковой проволокой конструкций мартеновских цехов, агломерационных фабрик. В табл. 72 приведены сведения о некоторых видах работ по сварке указанных объектов [117] порошковой проволокой диаметром 2,0--2,5 мм на монтаже.

Таблица 72

Наименование объекта	Свариваемые конструкции	Тип соединения	Сечение шва, мм	Протяженность швов, м
Мартеновский цех Аглофабрика Алюминиевый завод Металлургический завод Обогатительная фабрика	Кровельный настил Бункеры Кожухи электролизных ванн Опоки Сгуститель	Внахлестку Стыковое и тавровое То же » » Внахлестку	4 6--10 6 8 6	17600 1630 3600 2860 1700

Рамы и фермы, колонны, балки, опоры, чугуновозные эстакады металлургического завода, конверторный цех металлургического завода и ряд других объектов сваривали порошковой проволокой ПП-АНЗ в заводских условиях и затем при монтаже этих конструкций использовали полуавтоматическую сварку порошковой проволокой.

Значительное повышение производительности труда сварщиков-операторов в монтажных условиях получено при сварке тормозного настила цеха металлургического завода (рис. 129), металлоконструкций нагревательных печей прокатного стана и др.

Основной объем работ составляют монтажные стыки и различные узлы с тавровыми и нахлесточными швами. Как и при сооружении доменных комплексов, на участках собственно монтажной сварки наилучшие результаты получены при использовании проволоки диаметром 2,0--2,5 мм марок ПП-1ДСК, ПП-АН7, ПП-2ДСК.

Рис. 129. Сварка самозащитной порошковой проволокой тормозного настила цеха металлургического завода.

Сварка технологических, трубопроводов. Определенная часть элементов трубных заготовок, особенно примолинейные участки при возможности их вращения свариваются в цехах или на трубоза-готовительных базах.

На монтаже выполняют сварку неповоротных стыков на прямолинейных участках и приварку заготовленных трубных узлов, таких как отводы, тройники, переходы, присоединения фланцев к участкам труб. Как правило, межцеховые и магистральные трубопроводы, а также трубопроводы специального назначения монтируются из труб диаметром более 200 мм.

Трубы перед сваркой собирают с помощью центраторов и других специальных приспособлений и производят прихватку покрытыми электродами.

Полуавтоматическая сварка порошковой проволокой использовалась при монтаже водовода из труб длиной 6 ж и диаметром 1420 мм с толщиной стенки 14 мм. На монтаже выполняли сварку секций, состоящих из трех труб. После ручной подварки изнутри секции на вращателе роликового стенда Т-30 сваривались полуавтоматом А-1035 с применением порошковой проволоки. Сварку выполняли в два слоя на токе 300--350 а проволокой ПП-1ДСК. диаметром 2,2 мм. Полуавтоматом сварщик выполнял сварку четырех стыков в смену, а вручную только двух стыков. По мере сварки водовода вращатель и передвижная электростанция перемещались вдоль трассы с помощью трубоукладчика.

Монтажные организации накопили опыт сварки трубопроводов III, IV и V категорий порошковой проволокой. Успешно применена сварка порошковой проволокой для узлов трубопроводов, работающих под давлением 15--20 атм. При этом использовались проволоки марок ПП-АН1, ПП-1ДСК, ПП-АН4.

Узлы трубопроводов с малой толщиной стенки успешно свариваются проволокой с сердечником рутил-органического типа. Проволока ПП-АН1 применяется для сварки тонколистового металла (толщина 1,6--2,0 мм) при изготовлении деталей трубопроводов и пневмотранспорта зернопродуктов.

Продольные и кольцевые швы сваривают, учитывая малую толщину металла, внахлестку. Наилучшее качество обеспечивается при сварке изделий, наклоненных под углом 25--30° способом «сверху вниз». Применение порошковой проволоки способствует повышению производительности труда на этих работах примерно на 40% по сравнению с ручной сваркой и улучшению товарного вида технологических трубопроводов.

При монтаже технологических трубопроводов используют специальные полуавтоматы А-765, А-1035, а также полуавтоматы ПШ-5, ПШ-54, А-537, оборудованные специальными универсальными приставками. Монтажные управления монтируют тяжелые полуавтоматы на передвижных тележках, что позволяет расширить радиус действия монтажного поста до 30 м. Сварку порошковой проволокой производят на монтажных площадках также с использованием полуавтоматов ранцевого типа ПРМ-2, что обеспечивает большую мобильность.

Сварка резервуаров и технологических емкостей. При небольших толщинах металла вертикальные цилиндрические резервуары монтируют из рулонированных заготовок. Толстостенные резервуары большой емкости изготовляются из отдельных листов.

Полуавтоматическая сварка порошковой проволокой при использовании рулонированных заготовок применяется для выполнения уторного шва и монтажных швов кровли резервуара. Наилучшие результаты получены при использовании порошковой проволоки ПП-2ДСК и ПП-АН7 диаметром 2,0--2,3 мм. Сварка выполняется при нижнем и наклонном положениях швов на токах до 300--350 а, что способствует значительному повышению производительности по сравнению с ручной сваркой.

Объем сварки, выполняемой непосредственно на монтаже, возрастает в случае сооружения резервуаров большой емкости. Стыковые и нахлесточные швы днища свариваются полуавтоматом порошковой проволокой (рис. 130). Сварка проводится обратно-ступенчатым методом. Кольцевой тавровый шов соединения корпуса с днищем обычно выполняется с двух сторон одновременно несколькими полу автоматчиками.

Характер работы позволяет использовать при сварке резервуаров полуавтоматы типа А-1035. С применением порошковой проволоки успешно сварены крупные резервуары емкостью 50000 м³ и небольшие резервуары емкостью 5000 м³.

Значительно повысить производительность при сооружении толстостенных крупных нефтяных резервуаров и газгольдеров поз волит способ автоматической сварки горизонтальных швов с полупринудительным формированием.



Рис. 130. Полуавтоматическая сварка днища резервуара самозащитной порошковой проволокой.

Порядок сборки и сварки газгольдеров близок к применяемому при сооружении нефтяных резервуаров.

Полуавтоматическая сварка порошковой проволокой успешно применяется при монтаже двухзвенных мокрых газгольдеров, при сооружении нестандартных емкостей нефтехимических заводов, газовых холодильников.

При строительстве химических и нефтехимических предприятий, как правило, предусматривается сооружение шаровых резервуаров, работающих под давлением. Применение специализированных кантователей дало возможность почти полностью исключить ручную сварку при сооружении шаровых резервуаров емкостью до 2000 м³ с толщиной стенок 16--22 мм. При сооружении резервуаров емкостью 10 000 м^ь и более возможность использования манипуляторов ограничена, ведущую роль приобретают способы монтажной автоматической сварки. Опытно-производственную проверку при сооружении толстостенных шаровых резервуаров большой емкости проходит способ сварки вертикальных и наклонных швов автоматом с принудительным формированием в один или два прохода.

Полуавтоматическая сварка самозащитной порошковой проволокой открытой дугой применяется также монтажными трестами при сооружении варочных котлов и других технологических емкостей и аппаратов.

Сварка при монтаже в судостроении и судоремонте. Значительный объем сварочных работ при постройке судов выполняется на стапеле. Во многих случаях монтаж судна из блоков осуществляется также на открытых площадках.

Рис. 131. Автоматическая сварка корпуса траулера порошковой проволокой с принудительным формированием

Механизация сварочных работ на стапелях осложняется тем, что рабочие пространства зачастую невелики, требуется исключительная маневренность аппаратов, их универсальность. Способ сварки самозащитной порошковой проволокой перспективен для механизации таких работ.

...