Дуговая сварка

Дуговая сварка выполняется плавящимся металлическим электро­дом, являющимся одновременно и присадочным металлом (см. рис. 161), и неплавящимся угольным или вольфрамовым электродом. Первый метод был предложен в 1888 г. русским инженером Н. Г. Славяновым, второй —в 1882 г. также русским инженером Н. Н. Бенардосом.

В самолетостроении наибольшее распространение получили следую­щие методы дуговой сварки:

— аргонно-дуговая ручная и автоматическая;

— автоматическая под слоем флюса;

— ручная плавящимся электродом.

Технологический процесс сварки включает комплекс следующих работ:

— вспомогательные операции (подготовку деталей к сварке, правку их после сварки, удаление флюса с поверхности швов);

— сборочные операции (установку деталей в сборочное положение и закрепление их);

— сварочные операции (прихватку и сварку);

— контрольные операции (контроль подготовки кромок, качества прихватки и сварки).

Краткое содержание этих операций и последовательность их выпол­нения приведены в табл. 15. Рассмотрим основные операции, а также методы дуговой сварки плавлением и возможные области их приме­нения.

Подготовка кромок свариваемых деталей является первой опера­цией технологического процесса сборки-сварки. Способы и средства, применяемые при этом, определяются видом шва, толщиной сваривае­мых деталей и их конструкцией.

В рабочих чертежах деталей, соединяемых сваркой, указываются все необходимые размеры для обработки кромок под сварку. Эти детали в процессе изготовления должны обрабатываться в такой последователь­ности, чтобы, поступая на сварку, они уже имели соответствующим обра­зом подготовленные кромки. Наиболее рациональным способом подго­товки кромок следует считать механическую обработку на станках, так как при резке ножницами и ручным дуговым резаком кромки получаются неровными. Учитывая это, после резки на ножницах или ручным дуго­вым резаком кромки необходимо обрабатывать на металлорежущих станках.

Таблица 15

При расчетах размеров заготовок предусматривают припуски для компенсации усадочных деформаций и на доработку изделий после сварки

Свариваемые поверхности после обработки кромок на ширине 50 - 60 мм по одну и другую стороны шва очищаются от ржавчины, масла лакокрасочных покрытий, влаги и загрязнений обдувкой песком, обработкой наждачными кругами, металлическими щетками или химически­ми составами.

Рис. 163. Сборочно-сварочное приспособление для прихватки фланцев к обечайки:

1 – фланец; 2 – обечайка; 3 – плита; 4 – опорное кольцо; 5 и 6 – фиксаторы; 7 – прижимное кольцо; 8 – крышка; 9 - гайка

Сборка изделия и прихватка сваркой входящих в него деталей про­изводятся в сборочно-сварочных приспособлениях, обеспечивающих наивыгоднейшую последовательность операций сварки, установку сваривае­мых деталей в сборочное положение, сохранение их формы и размеров Сборочно-сварочные приспособления служат для прихватки (предвари­тельного соединения сваркой) деталей или для окончательной их сварки.

Приспособление для прихватки фланца 1к обечайкам 2 приведено на рис. 163. Положение обечайки в приспособлении фиксируется по вы­точке в опорном кольце 4 прижимным кольцом 7 и фиксатором 6 На обечайку надевают крышку 8, закрепляя ее гайкой 9. При помощи Фик­сатора 5 фланец /устанавливают в требуемое положение и соединяют-прихватывают к обечайке.

Доработка деталей после их прихватки прихватки включает устранение про­жогов, контроль взаимного положения и правку свариваемых деталей. При ручной сварке плавящимся электродом с об­мазкой флюсом изделие с прихваченными сваркой деталями уста­навливают на столе сварщика или в специальном приспособлении.

Качество сварного шва зависит от степени и равномерности местного нагрева свариваемых деталей и количества дополнительно нанесенного на сварной шов металла.

Температура нагрева свариваемых деталей является функцией двух параметров: длины сварочной дуги (расстояние между электродом и сва­риваемой деталью) и времени нагрева. Короткая сварочная дуга длиной не более диаметра электрода обеспечивает наилучшее качество сварки. Излишне длинная дуга плохо плавит металл, больше его разбрызгивает и дает плохой шов. Длина дуги и время прогрева металла определяются самим сварщиком, поэтому качество и производительность сварки зави­сят в основном от его квалификации и опыта.

Ручная дуговая сварка плавящимся электродом с обмазкой флюсом применяется для прихватки деталей и для сварки швов незначительной длины и сложной конфигурации.

Преимущество ручной сварки — простота приспособлений и инстру­мента, возможность выполнения сварки в местах с затрудненными под­ходами, в различных помещениях (например, в цехах общей сборки) и вне помещений. К недостаткам ручной дуговой сварки следует отнести: неравномерность толщины наплавляемого металла по длине шва, образо­вание пустот внутри шва, большое количество прожогов, особенно при сварке тонких листов в связи с трудностью регулирования длины дуги, небольшая скорость сварки, нестабильность качества шва и зависимость его от квалификации сварщика.

Рис. 164. Схема ручной аргонно-дуговой сварки:

1 – аргон; 2 – горелка; 3 – защитная оболочка; 4 – электрод; 5 – деталь; 6 – источник тока; 7 – дуга; 8 – присадочная проволка

Ручная сварка в среде защитных газов применяется для деталей из малоуглеродистых нержавеющих сталей, алюминия и алюминиевых сплавов. Сущность этого метода заключается в том, что детали и электроды на свариваемом участке защищаются от действия окружающего воздуха газом аргоном, который непрерывно подается к месту сварки и создает нейтральную атмосферу. При сварке цветных ме­таллов и высоколегированных сталей применяют очищенный аргон (99, 5% Аr), а конструкционных сталей—технический (80% Аr).

Схема ручной сварки в среде защитных газов (аргона или гелия) приведена на рис. 164. В этой схеме аргон / под давлением 0, 5— 1, 0 кГ/см² поступает из баллона в горелку 2 и образует защитную обо­лочку 3 в зоне сварки. К вольфрамовому электроду 4 и свариваемым деталям 5 от источника 6 подается ток. При включении тока между элек­тродом и свариваемыми деталями возникает сварочная дуга 7. Для за­полнения шва в зону сварки вводится присадочная проволока 8.

Основное преимущество аргонно-дуговой сварки состоит в том, что для нее не требуются флюсы специального состава.

Недостатком аргонно-дуговой сварки является ее высокая стоимость, дефицитность аргона и вольфрамовых электродов. Ручная аргонно-дуговая сварка имеет те же недостатки, что и все методы ручной сварки, т. е. неравномерность толщины наплавленного металла, небольшая скорость сварки, влияние квалификации сварщика на качество сварки.

Более совершенными являются автоматическая сварка и сварка под слоем флюса.

Автоматическая сварка в среде защитных газов представляет собой высокомеханизированный процесс сварки и может выполняться неплавящимся и плавящимся электродом.

Автоматическая сварка неплавящимся электродом производится по той же схеме, что и ручная (см. рис. 164), с той лишь разницей, что при автоматической сварке все операции (перемещение горелки и присадоч­ной проволоки, регулирование сварочной дуги) совершаются специаль­ными механизмами автоматически. Автоматическая сварка с применением неплавящихся (вольфрамовых или угольных) электродов хотя и является более прогрессивной, чем ручная, но ей присущи такие недостатки, как дефицитность электродов и большие потери времени на их установку и регулирование в процессе работы.

Более экономичной и производительной является автоматическая ар­гонно-дуговая сварка плавящимся электродом (рис. 165), при которой электродом служит присадочная проволока.

Для автоматической аргонно-дуговой сварки плавящимся и непла­вящимся электродами разработано большое количество различных автоматов. Все такие автоматы состоят из сварочной головки, направляющих механизмов для ее передвижения и приспособления для установки и перемещения свариваемого изделия. Конструкции автоматов зависят от габаритов и формы свариваемых изделий и характера подходов к месту сварки.

Рис. 165. Аргонно-дуговая сварка плавящимся электродом, схема сварочной головки и автомата:

а – схема процесса сварки; б – схема сварочной головки (1 – плавящийся электрод, 2 – горелка, 3 – поток аргона, 4 – ротаметр для измерения расхода аргона, 5 – баллон для аргона, 6 – источник электрического тока, 7 – свариваемые детали); в – схема сварочного автомата АГП-1 для сварки внутренних швов

На рис. 165 и 166 приведены конструктивные схемы автоматов для автоматической сварки в среде защитных газов. При сварке агрегатов тяжелых самолетов в ряде случаев рационально сварочные головки размещать и укреплять внутри собираемого агрегата.

Рис. 166. Схема автоматов для автоматической сварки в среде аргона:

а – автомат АРК-1; б – схема автомата со сварочным трактором типа АСДП-1

На рис. 167 показан пример размещения сварочной головки внутри кессона крыла. Верхние и нижние панели крыла с сотовым заполнителем соединяют со стальными лонжеронами 2 сваркой плавлением в среде защитных газов. Сварочная головка 3 устанавливается на каретке 4, которая перемещается вдоль направляющих 5, укрепленных на нижней па­нели при помощи вакуумных присосов. Перемещение сварочной тележки вдоль шва и управление процессом сварки производятся автоматически с пульта, смонтированного вне собираемого агрегата.

Рис. 167. Размещение сварочно-автоматической головки внутри собираемого агрегата:

1 – верхняя панель; 2 – лонжерон; 3 – сварочная головка; 4 – каретка; 5 – направляющие каретки

Дуговая автоматическая сварка под слоем флюса разработана в 1940 г. Украинской Академией наук под руководством акад. Е. О. Патона.

Основным элементом, автоматизирующим процесс сварки под слоем флюса, является сварочная головка, которая выполняет следующие функции:

— подводит ток к элек­тродной проволоке;

— возбуждает электриче­скую дугу в начале сварки и затем непрерывно поддержива­ет определенную длину дуги;

— подает электродную проволоку в зону дуги;

— выпрямляет электрод­ную проволоку при сматыва­нии ее с барабана;

— обрывает электричес­кую дугу в конце сварки;

— подает и отсасывает не­использованный флюс.

Рис. 168. Схема сварочного агрегата для автоматической дуговой сварки под слоем флюса:

1 – основной металл; 2 – электродная проволока; 3 – специальный механизм для подачи проволоки; 4 – механизм для перемещения головки; 5 – флюс; 6 – бункер; 7 – корка флюса; 8 - шланг

Принципиальная схема сварочного агрегата для авто­матической дуговой сварки под слоем флюса приведена на рис. 168. Электрическая дуга возника­ет между основным металлом / и электродной проволокой 2 под слоем флюса 5. Проволока 2 автоматически подается в зону сварки специаль­ным механизмом 3. По мере образования шва сварочная головка ав­томатически перемещается вдоль него механизмом 4. Флюс 5 непрерывно подается из бункера 6 в разделку шва и изолирует расплавленный металл от окружающего воздуха.

В процессе сварки флюс частично расплавляется, образуя при осты­вании корку 7, равномерно покрывающую поверхность шва. Неисполь­зованная часть флюса сгребается скребком и засасывается по шлангу 8 обратно в бункер 6. Автоматическая дуговая сварка под слоем флюса в сравнении с ручной дуговой сваркой плавящимся электродом обеспечивает большую производительность в результате механизации процесса, увеличения мощности электрической дуги и возможности сварки швов большого сечения за один проход.

Автоматическая сварка под слоем флюса выполняется на различ­ных агрегатах и приспособлениях в зависимости от конфигурации и раз­меров свариваемых деталей. На рис. 169 приведено сварочное приспо­собление для сварки стойки шасси.

Рис. 169. Сварочное приспособление для сварки под слоем флюса стоек шасси:

1 – стойка шасси; 2 – привод, вращающий стойку шасси; 3 – сварочная головка