Розбризкування при ручному дуговому зварюванні електродами, способи зниження
За останні 20 років у промислово розвинених країнах частка металу, що наплавляється ручним дуговим зварюванням, знизилася майже в 3 рази. Є підстави вважати, що в недалекому майбутньому частка ручного дугового зварювання (за наплавленим металом) у промислових країнах стабілізується на рівні 15—25 %, а у світі в цілому зниження йтиме в основному за рахунок країн та Китаю, що розвиваються. Переважне застосування цього зварювання у будівництві (щонайменше 85—90 % загального обсягу зварювальних робіт) збережеться й у найближчі роки.
Ще сторінки до теми
Розбризкування при ручному дуговому зварюванні покритими електродами
Це зумовлюють наступні переваги ручного дугового зварювання покритими електродами порівняно з механізованими способами дугового зварювання:
- можливість вести зварювання у вельми незручних та важкодоступних для механізованих способів зварювання;
- Простота і дешевизна обладнання в порівнянні з механізованими способами зварювання;
- можливість спостереження за процесом зварювання та висока маневреність процесу, що забезпечує виконання коротких та довгих швів будь-якої форми у різних просторових положеннях;
- зварювання покритими електродами дозволяє отримати метал шва практично будь-якого складу за рахунок легування через покриття без розширення асортименту дроту;
- є основним способом зварювання в польових умовах при монтажі магістральних та промислових трубопроводів, незважаючи на існуючі механізовані способи зварювання в захисних газах.
Однак поряд з перевагами цей спосіб зварювання має недоліки, що знижують ефективність його застосування: низьку продуктивність порівняно змеханізованими способами зварювання; залежність якості зварного з'єднання від кваліфікації зварювальника; різну швидкість плавлення електрода на початку і наприкінці процесу (оскільки струм, протікаючи по електроду, розігріває його і опір змінюється); великі втрати металу на чад і розбризкування, недогарки, що у сумі становлять до 10—20 % маси стрижня.
До основних причин викидання крапель металу із зони зварювання відносяться:
— нестабільний характер перенесення металу, коли сила, що відриває краплю від електрода, спрямована убік від ванни і крапля викидається її межі; нестабільність перенесення може бути спричинена умовами розвитку дугового розряду та металургійними факторами, зокрема інтенсивним перебігом хімічних реакцій;
- місцеве вибухоподібне виділення газів в об'ємі металу, що викликається металургійними реакціями і призводить до викиду частинок металу з крапель або, що буває рідше, з ванни;
- руйнування містка рідкого металу, що утворюється при перенесенні металу з короткими замиканнями в результаті різкого збільшення щільності струму при звуженні перемички; розбризкування значною мірою залежить від динамічних характеристик джерела струму;
- Недостатня стабільність процесу зварювання.
Інтенсивність розбризкування металу залежить від багатьох факторів:
- виду покриття електродів (складових компонентів електродного покриття) та стану поверхні кромок основного металу;
- характеристики джерела живлення (у роботах встановлено залежність між динамічними характеристиками джерела живлення та втратами на розбризкування електродного металу);
- величини та співвідношення параметрів режиму зварювання та ін.
Точні дані про величину розбризкування при ручному дуговому зварюванніпокритими електродами відсутні. Можна лише розділити існуючі марки електродних покриттів на три групи: з великим, помірним та малим розбризкуванням. Таким чином, даних щодо розбризкування при ручному дуговому зварюванні покритими електродами явно недостатньо.
У цій роботі наведено методику проведення дослідження щодо визначення втрат електродного металу на чад і розбризкування при ручному дуговому зварюванні покритими електродами.
Втрати на чад та розбризкування визначають за формулою
де Qp - кількість розплавленого електродного металу, г; Qн - кількість наплавленого електродного металу, р.
Кількісним показником розбризкування металу служить коефіцієнт розбризкування Ψ, що представляє відношення маси бризок до маси розплавленого металу електрода:
де Qб - маса бризок, р.
У цій роботі досліджено вплив марки (складу) електрода, зварювального струму на розміри і кількість електродного металу, що розбризкується. Як джерело живлення застосовували випрямляч ВДУ-306 УЗ. Зварювання робили в коробі для полегшення збору бризок.
Всі бризки, що утворилися, розділяли на три фракції: діаметром 1,6 мм і більше, 1-1,6 мм і менше 1 мм. Результати проведених досліджень наведено на рис. 1.
 |  |  |
 |  |  |
Розбризкування електродного металу супроводжується набризкуванням його на поверхню деталей, що зварюються при ручному дуговому зварюванні і може досягати істотних значень (див. таблицю).
Згідно з результатами проведених досліджень щодо визначення трудомісткості очищення поверхні виробів, що зварюються від бризок розплавленого металу, встановлено, щопри зварюванні електродами діаметром 3 мм час на зачистку (вручну за допомогою зубила та молотка) становить 35 % від часу зварювання, а електродами діаметром 4 мм - 42 %.
Отже, проблема боротьби з набризкуванням при ручному дуговому зварюванні покритими електродами не менш актуальна, ніж при механізованому зварюванні CO2.
Знизити величину набризкування крапель розплавленого металу на поверхню деталей, що зварюються, можна двома способами:
- усунути або знизити величину розбризкування (розробкою систем управління перенесенням металу або нових зварювальних матеріалів, технологій та прийомів зварювання);
- Застосуванням покриттів для захисту поверхні зварюваного металу від бризок розплавленого металу.
На рис. 2 наведено результати експериментальних досліджень щодо визначення величини набризкування (маси важкозганяних крапель з поверхні деталей, що зварюються) при ручному дуговому зварюванні покритими електродами із застосуванням захисного покриття і без нього. Методика проведення експерименту полягала в наступному: зварювання двох пластин покритими електродами з нанесенням захисного покриття і без нього; з поверхні зварюваних виробів збирали за допомогою щітки краплі, що легко видаляються, і механічним шляхом — краплі, що важко видаляються; шляхом зважування визначали масу зібраних та зрізаних крапель. Застосовували захисні покриття №1(Патент 2297311 (PФ)) та 2 (каустична сода, КБР, вода) (див. рис. 2).
Мал. 2. Залежність величини набризкування від зварювального струму при ручному дуговому зварюванні електродами УОНІ-13/45 (а), ОК 53.70 (б), ЛВ-52 (в), МР-3 (г) та МР-3 ("ЕСАБ") (д) (світлі стовпці – без покриття, темні – покриття № 1, білі – покриття № 2)
Порівняємо краплі розплавленого металу при зварюванні у вуглекислому газі та ручному дуговому зварюванні.Крапля розплавленого металу при ручному дуговому зварюванні може бути покрита як захисним шаром розплавленого шлаку, так і оксидами розплавленого заліза - FeO, Fe2O3, Fe3O4, а при зварюванні у вуглекислому газі - крапля без покриття.
Встановлено, що наявність на поверхні металу, що зварюється, оксидної плівки і забруднень зменшує міцність зчеплення краплі з поверхнею виробу, що зварюється. Отже, наявність проміжного шару між краплею і поверхнею виробу, що зварюється впливає на їх міцність зчеплення. Як проміжний шар при ручному дуговому зварюванні можливе застосування захисних покриттів.
1. При визначенні втрат електродного металу на чад і розбризкування при ручному дуговому зварюванні покритими електродами різних марок встановлена залежність між величиною втрат і зварювальним струмом, що дозволило вибрати раціональні режими зварювання з мінімальними втратами електродного металу.
2. Встановлено, що важкі бризки знаходяться на відстані, що не перевищує 40 мм від лінії стику.
3. Застосування захисного покриття різного складу дозволяє знизити набризкування більш ніж у 2 рази, при цьому для ефективного захисту поверхні від бризок покриття необхідно наносити не менше ніж на 40 мм від лінії стику.