Как варить вертикальный шов электросваркой сверху-вниз: положение электрода и движения его кончика

Как варить горизонтальный шов

Горизонтальный шов на вертикальной плоскости можно вести как справа-налево, так и слева-направо. Разницы нет никакой, кому как удобнее, тот так варит. Как при сваривании вертикального шва, ванна будет стремиться вниз. Потому угол наклона электрода достаточно большой. Его подбирают в зависимости от скорости движения и параметров тока. Главное, чтобы ванна оставалась на месте.

Сварка горизонтальных швов: положение электрода и движения

Если металл стекает вниз, увеличивайте скорость движения, меньше прогревая металл. Еще один способ — делать отрывы дуги. За эти короткие промежутки металл немного остывает и не стекает. Также можно немного снизить силу тока. Только все эти меры применяйте поэтапно, а не все сразу.

Потолочный шов

Этот вид сварного соединения — самый сложный. Требует высокого мастерства и хорошего контроля сварной ванны. Для выполнения этого шва электрод держат под прямым углом к потолку. Дуга короткая, скорость движения — постоянная. Выполняют в основном круговые движения, расширяющие шов.

Вопрос 53

Переход металла из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической решетки называется кристаллизацией.

Превращения, происходящие в процессе кристаллизации, имеют важное значение, так как в значительной степени определяют свойства металла. Впервые процессы кристаллизации были изучены русским ученым Д. К. Черновым.

Рис. 2 Механизм кристаллизации (источник: http://stroyunid.ru/)

Кристаллизация состоит в следующем:

В жидком металле атомы непрерывно движутся. По мере понижения температуры движение замедляется, атомы сближаются и группируются в кристаллы. Эта первичная группа кристаллов получила название центров кристаллизации. Далее к этим центрам присоединяются вновь образующиеся кристаллы. Одновременно продолжается образование новых центров. Таким образом, кристаллизация состоит из двух стадий: образования центров кристаллизации и роста кристаллов вокруг этих центров.

Сначала рост кристаллов не встречает препятствий (рис. 1, а), и растущие кристаллы сохраняют правильность строения кристаллической решетки. При дальнейшем движении кристаллы сталкиваются, и образовавшиеся группы имеют уже неправильную форму, но сохраняют правильность строения внутри каждого кристалла. Такие группы кристаллов называют зернами (рис.1, б, в, г и д). На рис. 1, е показаны границы зерен различных размеров, что влияет на эксплуатационные свойства металла. Крупнозернистый металл имеет низкое сопротивление удару, при обработке мешает получению требуемого класса шероховатости поверхности. Размеры зерен зависят от различных факторов: природы самого металла и условий кристаллизации.

Рис.3 Кривые охлаждения (источник: http://stroyunid.ru/)

Так как процессы кристаллизации зависят от температуры и протекают во времени, то кривые охлаждения (рис. 2) строятся в координатах температура — время. На кривой 1 показан идеальный процесс кристаллизации металла без переохлаждения. Сначала температура понижается равномерно — кривая идет вниз. При достижении температуры затвердевания падение температуры прекращается — на кривой образуется горизонтальный участок. Это объясняется тем, что процесс кристаллизации проходит с выделением тепла. По окончании затвердевания температура снова понижается. По закону кристаллизации чистых металлов каждый металл кристаллизуется при строго индивидуальной температуре.

Практически кристаллизация протекает несколько иначе, так как часто имеет место переохлаждение, т. е. металл при температуре затвердевания остается жидким, и кристаллизация начинается при более низкой температуре. Разница между идеальной и истинной температурой кристаллизации называется степенью переохлаждения. Кривая 2 соответствует процессу кристаллизации с переохлаждением. Кривая 3 характерна для кристаллизации неметаллов: нет четко выраженной температуры кристаллизации, затвердевание происходит постепенно. Степень переохлаждения является важнейшим фактором, определяющим величину зерна. При большой скорости охлаждения степень переохлаждения больше и зёрна мельче. Например при отливке тонкостенных изделий получается мелкозернистая структура, а при отливке толстостенных, соответственно, крупнозернистая.

Вторичная кристаллизация (аллотропия). Некоторые металлы: железо, кобальт, олово и др. — имеют в твердом состоянии две и более кристаллических решеток при неодинаковых температурах

Рис. 4 Аллотропические превращения в железе (источник: http://stroyunid.ru/)

Существование одного и того же металла в разных кристаллических формах называют аллотропией, (или полиморфизмом) а процесс перестройки одного вида атомов кристаллической решетки в другой — аллотропическим превращением.

Аллотропные формы, в которые кристаллизуется металл, обозначают буквами α, ү, β и т. д. Так, при температуре 1539°С железо из жидкого состояния переходит в твердое и образуется - β -железо с объемно-центрированной кубической решеткой (рис. 3); между 1390 и 910°С устойчиво ү -железо немагнитное с гранецентрированной кубической решеткой, которая при дальнейшем охлаждении не перестраивается. При температуре 768°С железо из немагнитного ү -железа становится магнитным α -железом. Эти модификации имеют важное практическое значение для термической обработки.

Вопрос 54

Магнитное дутьё — явление отклонения электрической дуги от оси электрода, блуждание конца дуги по изделию при ручной дуговой сварке. Магнитное дутьё приводит к разбрызгиванию металла при сварке, ухудшению качество шва.

Наличие в зоне дуги ферромагнитных масс приводит к искажению симметричности магнитного поля, и появляются силы, действующие

на дугу. При отклонении электрода от оси свариваемых кромок плотность магнитного поля изменяется, так как замыкание магнитного потока происходит на ближнюю кромку сварного стыка и от этого появляется составляющая (сила) бокового распора, которая отклоняет дугу.

Дуга искажается в сторону большей массы за счет появления отклоняющей силы. При выведении шва на край листа (пластин) дуга резко отклоняется в сторону массы - это называется краевым эффектом. Для обеспечения качества шва в таких случаях пристыковывают выводные технологические пластины. Иногда бывает такое сочетание свариваемых деталей, когда до 50% расплавленного металла электрода с дугой сносит магнитным дутьем в сторону от шва.

Уменьшить действие магнитного дутья на дугу можно изменением места подвода тока, наклоном электрода в сторону отклонения дуги, уменьшением длины дуги, временным размещением ферромагнитных масс в нужном месте, а также использованием переменного тока для сварки.

Рисунок 4

Схема магнитного дутья

Из рисунка 4 следует, что внутри сварочного контура (слева от электрода) наблюдается концентрация магнитных силовых линий. Столб дуги будет отклоняться в сторону меньшего магнитного давления (меньшей напряженности магнитного поля), т.е. вправо.

Вопрос 55

Сера может попасть в сварочную ванну из основного металла, сварочной проволоки, различных покрытий и флюсов. Взаимодействуя с железом, сера образует раз­личные сернистые соединения, из которых наиболее вред­ным является сульфид железа FeS. В период кристалли­зации сульфид железа образует эвтектику FeS—Fe, кото­рая имеет меньшую, чем сталь, температуру плавления — 940 С. Эвтектика, располагаясь между зернами кристал­

лизующегося металла, вызывает образование горячих тре­щин (красноломкость).

Фосфор в металле шва содержится в виде фосфидов железа FeP и FeP₂, Фосфиды вызывают снижение удар­ной вязкости металла шва.

Для уменьшения вредных влияний фосфора и серы вводятся элементы, способные образовывать с ними не­растворимые в металле соединения (удаление в шлак). С этой целью, например, в сварочную проволоку и обмазку Электрода вводят кальций и марганец.

С другой стороны, закись железа может вступать в реакции взаимодействия с углеродом, кремнием и мар­ганцем, окисляя их:

FjO + С -» Fe + СО;

2FeO + Si-» 2Fe + SiО₂;

FeO + Mn —> Fe + MnO.

Таким образом, углерод, кремний и марганец могут выполнять функцию раскислителей.

Окись углерода, которая образуется в процессе свар­ки, вызывает кипение и разбрызгивание металла. Кипе­ние сварочной ванны до начала процесса кристаллиза­ции способствует удалению посторонних металлических включений; кипение же металла во время кристаллиза­ции сварного шва приводит к тому, что образующиеся пузырьки окиси углерода не успевают выделяться в ат­мосферу и остаются в сварном шве в виде газовых пор. Для уменьшения этого эффекта также вводятся раскислители (кремний и марганец).

Вопрос 56

На освобождение электрона от связи с атомным ядром, вследствие чего и происходит образование положительного иона, необходимо затратить определенное количество энергии. Энергия, израсходованная на отрыв электрона, называется работой ионизации.Работа ионизации, выраженная в электронвольтах, называется потенциалом ионизации(электронвольт-единица энергии, которую приобретает электрон, ускоренный электрическим полем с разностью потенциалов в 1 В). Если сообщить связанному электрону газовой молекулы или атома некоторое количество дополнительной энергии, то электрон перейдет на новую орбиту с более высоким энергетическим уровнем, а молекула или атом будут находиться в возбужденном состоянии. Количество энергии, выраженное в электронвольтах, которое необходимо затратить для возбуждения атома или молекулы газа, называется потенциалом возбуждения.Возбужденное состояние атома или молекулы газа является неустойчивым, и электрон может снова возвратиться на стационарную орбиту, а атом или молекула перейдет в нормальное невозбужденное состояние. Энергия возбуждения при этом передается в окружающее пространство в форме светового электромагнитного излучения.

Величина потенциала ионизации и возбуждения зависит от природы атома. Наименьший потенциал ионизации (3,9 эВ) имеют пары цезия, а наибольший (24,5 эВ) наблюдается у газа гелия. У щелочноземельных металлов (цезия, калия, натрия, бария, кальция) связь между электронами и ядром невелика, поэтому они имеют наименьшие потенциалы ионизации, следовательно, на возбуждение и работу выхода электрона потребуется затратить меньше энергии, чем у железа, марганца, меди и никеля. Элементы, имеющие меньшие потенциалы ионизации и возбуждения, чем свариваемый металл, вводят в состав электродных покрытий, чтобы повысить стабилизацию дугового разряда в газах. Количество энергии, которое необходимо для выделения электрона из металла или жидкого тела, называется работой выхода электронаи выражается в электронвольтах.