Приведены результаты исследований влияния динамических характеристик источника питания на величину потерь электродного металла при ручной дуговой сварке покрытыми электродами сварочным током 80–120 А. Рассмотрен способ снижения набрызгивания с помощью применения защитных покрытий.
Research results of the power source dynamic behavior effect on the electrode metal loss at covered-electrode hand arc welding (welding current is 80–120 A) are covered. Splashing reduction method by protective coating application is considered.
ВВЕДЕНИЕ
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами в настоящее время остается основным способом сварки неповоротных стыков магистральных и промысловых нефтепроводов при соединении секций или отдельных труб в непрерывную нитку, а также при проведении ремонтных работ. К тому же выполнение сварочно-монтажных работ в северных районах России возможно преимущественно зимой при низких температурах воздуха (до –50 °С), что является одним из препятствий для применения механизированных способов сварки [1].
Несмотря на достоинства [2, 3], этот способ сварки имеет недостатки, которые снижают эффективность его применения. К ним относятся низкая производительность сварки по сравнению с механизированными способами сварки, зависимость качества сварного соединения от квалификации сварщика, разная скорость плавления электрода в начале и конце процесса (так как ток, протекая по электроду, разогревает его, меняет сопротивление); большие потери металла на угар и разбрызгивание, огарки, в сумме составляющие до 30 % массы стержня.
К основным причинам выбрасывания капель металла из зоны сварки относятся [4]:
- нестабильный характер переноса металла, когда сила, отрывающая каплю от электрода, направлена в сторону от ванны, и капля выбрасывается за ее пределы; нестабильность переноса может быть вызвана условиями развития дугового разряда и металлургическими факторами, в частности интенсивным протеканием химических реакций;
- местное взрывообразное выделение газов в объеме металла, вызываемое металлургическими реакциями и приводящее к выбросу частиц металла из капель или, что бывает реже, из ванны;
- разрушение мостика жидкого металла, образующегося при переносе металла с короткими замыканиями в результате резкого увеличения плотности тока при сужении перемычки; разбрызгивание в значительной степени зависит от динамических характеристик источника тока;
- недостаточная стабильность процесса сварки.
Интенсивность разбрызгивания металла зависит от многих факторов [5]:
- вида покрытия электродов (составляющих компонентов электродного покрытия) и состояния поверхности кромок основного металла;
- характеристики источника питания (в работах [6, 7] установлена зависимость между динамическими характеристиками источника питания и потерями на разбрызгивание электродного металла);
- величины и соотношения параметров режима сварки и др.
Разбрызгивание электродного металла сопровождается его набрызгиванием на поверхность свариваемых деталей при сварке покрытыми электродами, которое может достигать существенных значений. Установлено [2], что трудоемкость по отчистке поверхности свариваемых изделий от брызг расплавленного металла составляет от 20–40 % основного времени сварки.
а – ОК 53.70 (ЭСАБ) (рутиловое покрытие); б – ЛВ-52 (основное покрытие); в – УОНИ 13/55 (ЭСАБ) (основное покрытие); г – ОЗС 4 (ильменитовое покрытие); д – МРЗ (ЭСАБ) (рутиловое покрытие); е – МРЗ (рутиловое покрытие)
1 – ВД-306; 2 – «Форсаж-315»
а–в – сварочный ток 80 А; г–е – 100 А; ж–и – 120 А; а, г, ж – без покрытия; б, д, з – покрытие 1; в, е, и – покрытие 2
| Электрод | Коэффициенты для кривой 1 (см. рис. 1) |
Достоверность аппроксимации R2 | Коэффициенты для кривой 2 (см. рис. 1) |
Достоверность аппроксимации R2 |
|---|---|---|---|---|
| OK 53.70 | a=0,003; b=-0,584; с=27,3 | 0,999 | a=0,0047; b=-0,881; с=41,55 | 0,992 |
| ЛВ | a=0,0007; b=-0,1148; с=8,86 | 0,999 | a=0,0013; b=-0,225; с=12,5 | 0,989 |
| ОЗС | a=-0,0022; b=-0,562; с=-29,64 | 0,999 | a=0,0011; b=-0,106; с=2,5 | 0,998 |
| МРЗ | a=0,0005; b=-0,063; с=2,44 | 0,998 | a=-0,0003; b=-0,085; с=-4,8 | 0,997 |
| МРЗ (ЕСАБ) | a=0,0008; b=-0,1163; с=6,02 | 0,998 | a=0,0009; b=-0,1325; с=6,3 | 0,999 |
| УОНИ 13/55 | a=0,0012; b=-0,1148; с=8,86 | 1 | a=0,0035; b=-0,57; с=24 | 0,998 |
Снизить набрызгивание капель расплавленного металла на поверхность свариваемых деталей можно тремя способами [5]:
- разработкой систем управления переносом металла либо новых сварочных материалов, технологий и способов сварки;
- применением покрытий для защиты поверхности свариваемого металла от брызг расплавленного металла;
- применением защитных покрытий с активирующими добавками.
Количественным показателем разбрызгивания металла служит коэффициент разбрызгивания Y представляющий отношение массы брызг Qб к массе расплавленного металла электрода Qр:
1)
В данной работе исследовали влияние сварочного тока, динамических характеристик источника питания на количество разбрызгиваемого электродного металла при использовании покрытых электродов различных марок. В качестве источника питания применяли выпрямитель ВДУ-306 УЗ и «Форсаж 315». Сварку производили в коробе для облегчения сбора брызг. Результаты проведенных исследований приведены на рис. 1.
Анализ экспериментальных данных позволил описать полученную зависимость (в диапазоне сварочного тока 80–120 А) математическим уравнением
2)
y = ax2 + bx + c,
где a, b, c – эмпирические коэффициенты.
Эмпирические коэффициенты для каждой марки покрытых электродов приведены в таблице.
На рис.2 приведены результаты экспериментальных исследований определения величины набрызгивания (массы трудноудалимых капель с поверхности свариваемых деталей) при РДС покрытыми электродами с применением защитного покрытия и без него. Методика проведения эксперимента заключалась в следующем:
- производили сварку двух пластин покрытыми электродами с нанесением защитного покрытия и без него;
- сбор капель с поверхности свариваемых изделий осуществлялся с помощью щетки (легкоудаляемых капель) и механическим путем (трудноудаляемых капель);
- при взвешивании определяли массу собранных и срезанных капель.
Применяли защитные покрытия 1* и 2 (каустическая сода, концентрат сульфидно-спиртовой барды, вода).
* Патент 2297331 (РФ).
ВЫВОДЫ
1. Получены сравнительные зависимости величины разбрызгивания от сварочного тока и применяемого источника питания при ручной дуговой сварке электродами различных марок. При сварке с использованием инверторного источника питания разбрызгивание меньше, чем с источником, оснащенным тиристорным управлением.
2. Применение защитного покрытия различного состава позволяет снизить набрызгивание более чем в 2 раза, при этом для эффективной защиты поверхности от брызг покрытие необходимо наносить не менее чем на 40 мм от оси шва.
ЛИТЕРАТУРА
- Коницев Б. П. Достоинства и недостатки электродов с различными видами покрытия // Сварщик профессионал. 2006. № 8. С. 24.
- Сапожков С. Б., Ястребов А. П., Ильященко Д. П. Проблемы разбрызгивания металла при ручной дуговой сварке покрытыми электродами // Технология машиностроения. 2005. №3. С. 23—31.
- Сварка в СССР. Развитие сварочной техники и науки о сварке // Технологические процессы, сварочные материалы и оборудование. М.: Наука, 1981. Т. 1. 534 с.
- Федько В. Т. Теория, технологические основы и средства снижения трудоемкости при сварке в углекислом газе. Томск: Томский политехнический университет, 2004. 398 с.
- Ильященко Д. П., Сапожков С. Б. Разбрызгивание при ручной дуговой сварке покрытыми электродами и способы его снижения // Сварочное производство. 2007. № 12. С. 28—31.
- Лауджауст А. И., Казакявичус Ч. А. Влияние параметров источника питания на разбрызгивание металла при сварке покрытыми электродами // Автоматическая сварка. 1976. № 4. С. 24—30.
- Оборудование для дуговой сварки: Справочное пособие / Под ред. В. В. Смирнова. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 656 с.
- 4230 просмотров
Добавить комментарий