Кто разработал сварку под флюсом

История сварки

В самом начале 19 века, а конкретно в 1802 году, Василий Владимирович Петров (1761 – 1834 гг.), будучи профессором физики Санкт-Петербургской медико-хирургической академии, открыл и описал явление электрической дуги, а также впоследствии предложил ее возможное практическое применение, включая электросварку и электропайку металлов.

В 1882 году русский изобретатель Николай Николаевич Бенардос (1842 – 1905 гг.) открыл способ дуговой сварки с использованием угольного электрода. Дуга Бенардоса горела промеж угольного электрода и свариваемым металлом. В качестве присадочного прутка для образования шва применялась стальная проволока, а источником электрической энергии были аккумуляторные батареи. В последующие годы Н.Н. Бенардосом были разработаны и другие виды сварки: сварка дугой, горящей между двумя или несколькими электродами; сварка в атмосфере защитного газа; контактная точечная электросварка с помощью клещей. Им же были созданы и запатентованы ряд конструкций сварочного оборудования.

В 1888 году Николай Гаврилович Славянов (1854 – 1897 гг.) впервые в мире на практике применил наиболее распространенный в настоящее время метод дуговой сварки – метод сварки плавящимся металлическим электродом под слоем флюса. В присутствии государственной комиссии он сварил коленчатый вал паровой машины. Н.Г. Славянов не только изобрел дуговую сварку металлическим электродом, описал ее в своих статьях, книгах и запатентовал в различных странах мира, но и сам широко внедрял ее в практику. С помощью обученного им коллектива сварщиков Н.Г. Славянов дуговой сваркой исправлял брак литья и восстанавливал детали паровых машин и различного крупного оборудования. Н.Г. Славянов создал первый сварочный генератор и автоматический регулятор длины сварочной дуги, разработал флюсы для повышения качества наплавленного металла при сварке, организовал первый в мире электросварочный цех в Пермских пушечных мастерских, где работал с 1883 по 1897 г.

Н.Н.Бенардос и Н.Г.Славянов заложили основы автоматизации сварочного производства. К сожалению, в условиях царской России их изобретения не нашли большого применения. Лишь после Великой Октябрьской социалистической революции сварочные технологии получают распространение в нашей стране. Уже в начале 20-х гг. под руководством профессора В.П.Вологдина на Дальнем Востоке производили ремонт судов дуговой сваркой, а также изготовление сварных котлов, а несколько позже – сварку судов и ответственных конструкций.

Применение сварки в промышленных объемах требовало создание и скорейшего внедрения в массовое производство надежных источников питания, гарантирующих стабильное горение дуги. В 1924 году на Ленинградском заводе «Электрик» запустили производство сварочного генератора СМ-1 и сварочного трансформатора с нормальным магнитным рассеянием СТ-2. В том же году советский ученый Василий Петрович Никитин (1893 – 1956 гг.) разработал принципиально новую схему сварочного трансформатора типа СТН, выпуск которых был начат заводом «Электрик» в 1927 году.

В 1928 году русский изобретатель и учёный Дмитрий Антонович Дульчевский (1879 – 1961 гг.) разработал технологию автоматической сварки под флюсом.

В 1932 году русский ученый Константин Константинович Хренов (1894 – 1984 гг.) впервые в мире создал технологию электродуговой сварки и резки под водой.

Новая фаза развития сварки приходится на конец 1930-х годов. В это время коллектив института электросварки АН УССР под руководством академика Евгения Оскаровича Патона (1870 – 1953 гг.) изобрел промышленный способ автоматической сварки под флюсом. С 1940 года началось внедрение данного метода сварки в производства, что сыграло огромную роль в годы войны при производстве военной техники (электросварные башни танков) и снарядов. В дальнейшем был разработан способ полуавтоматической сварки под флюсом.

Конец 1940-х годов ознаменовался началом промышленного применения технологии сварки в защитном газе. В 1952 году коллективы Центрального научно-исследовательского института технологий машиностроения и Института электросварки имени Е.О. Патона разработали и внедрили в производство способ полуавтоматической сварки в углекислом газе.

Сваривать металлы практический любой толщины стало возможным после разработки в 1949 году сотрудниками Института электросварки им. Е.О. Патона технологии электрошлаковой сварки.

В дальнейшем в нашей стране стали применяться следующие способы сварки: сварка ультразвуком, диффузионная сварка, электронно-лучевая, холодная сварка, плазменная, сварка трением и др.

Сварка под флюсом

Kjellberg Finsterwalde − сварочная техника с 1922-го года

Kjellberg Finsterwalde Schweisstechnik und Verschleissschutzsysteme GmbH продолжает традиции разработки и производства сварочной техники Kjellberg , всходящие к 1922-му году. Лишь на нескольких квадратных метрах от современной территории в г. Финстервальде швед Оскар Къеллберг, совместно с шестью другими инвесторами, основал предприятие Kjellberg Elektro-Maschinen GmbH.

Читайте также:
Микродуговое оксидирование алюминия в домашних условиях

Целью этого предприятия было изготовление подходящих сварочных генераторов для сварочных электродов с покрытием — изобретения Kjellberg. Всего за несколько лет фирма Kjellberg стала крупнейшим в мире производителем сварочной техники. Ее основным продуктом уже в конце 1930-х годов стала автоматизированная сварка под флюсом. Этот многолетний опыт продолжает питать новые разработки вплоть до сегодняшнего дня. На двух предприятиях в Германии Kjellberg Finsterwalde ведет исследования для конструирования сварочной техники высочайшего качества. Предприятие Kjellberg Finsterwalde Schweisstechnik und Verschleissschutzsysteme GmbH (KSV) основано в 2008-м году. Оно возникло в результате разделения фирмы Kjellberg Finsterwalde Elektroden und Maschinen GmbH − богатого традициями предприятия, основанного в 1922-м году в городе Финстервальде.

На двух предприятиях − в южнобранденбургском городе Финстервальде и в городе Виттене земли Северный Рейн-Вестфалия − заняты 17 сотрудников.

KSV входит в состав группы Kjellberg. Центральной задачей предприятия является разработка и производство высококачественной сварочной техники для соединения и наплавки. Современная техника для сварки под флюсом, плазменно-порошковой наплавки и сварки в среде защитного газа поступает в широкую международную сеть продавцов и клиентов. Обладая большим ноу-хау, Kjellberg Finsterwalde изготовляет и поставляет индивидуальные решения автоматизации для самых высоких требований.

Техника для сварки под флюсом

При сварке под флюсом электрическая дуга и ванна расплава не видны, так как они находятся под флюсом в виде зернистого порошка. Сварка под флюсом является высокопроизводительным методом, экономично применяемым начиная с толщины листа 6 мм. Этим методом можно сваривать нелегированные, низколегированные и высоколегированные стали. Сварка под флюсом применяется, прежде всего, в судостроении, мостостроении, при возведении стальных конструкций и при производстве резервуаров.

Автоматы для сварки под флюсом (СКАЧАТЬ PDF)

Гибкая модульная концепция автоматов Kjellberg для сварки под флюсом образует основу для индивидуальных системных решений с большой технологический широтой применения. Kjellberg предлагает автоматы как для однопроволочной сварки и сварки параллельными проволоками, с одношарнирной или двухшарнирной рукой.

Автоматы KA представляют собой мобильные аппараты, легко транспортируемые на новое рабочее место и приспосабливаемые к различным обрабатываемым деталям. Модульная структура серии KA облегчает расширение автомата дополнительными устройствами, например, для отслеживания шва и подачи флюса. Благодаря этому можно оптимально выбирать подходящие компоненты для каждого сварочного процесса.

Автоматизированные системы для сварки под флюсом (СКАЧАТЬ PDF)

Некоторые особенности сварки и влияние параметров режима на формирование шва

Сварку под слоем флюса производят электродной проволокой, которую подают в зону горения дуги специальным механизмом, называемым сварочной головкой автомата.
Металл сварочной проволоки расплавляется дугой и переносится каплями в сварочную ванну. В сварочной ванне металл сварочной проволоки смешивается с расплавленным основным металлом.
Токоподвод к проволоке осуществляется через мундштук, изготовляемый из меди или ее сплавов.
Малый вылет электрода, отсутствие покрытия, большая скорость подачи электродной проволоки позволяют значительно увеличить силу сварочного тока по сравнению с ручной сваркой электродами тех же диаметров. Это приводит к ускорению процесса плавления сварочной проволоки, увеличению глубины проплавления основного металла и, как следствие, значительному повышению производительности. Достаточно толстый слой флюса (до 60 мм), засыпаемый в зону сварки, расплавляется на 30%. Это делает дугу закрытой (невидимой) и обеспечивает надежную защиту расплавленного металла от окружающего воздуха, стабилизирует сварочный процесс. Существенным достоинством сварки под флюсом являются незначительные потери на угар металла и его разбрызгивание. Вследствие увеличения эффективной тепловой мощности дуги может быть расширен диапазон толщин деталей, свариваемых без скоса кромок.
Например, при обычных режимах сварки под флюсом деталей встык без скоса кромок, можно сваривать металл толщиной 15-20 мм. В этом случае увеличивается проплавление основного металла, и его доля в металле шва составляет 0,5-0,7. При этом значительно снижается расход электродной проволоки.
При сварке угловых швов увеличенная глубина провара обеспечивает большее сечение, чем это достигается при ручной сварке с одинаковым катетом шва.
Как отмечалось ранее, флюсы влияют на устойчивость горения дуги, формирование и химический состав металла шва. Флюсы в значительной мере определяют стойкость металла шва против образования пор и кристаллизационных трещин.
Требуемые механические свойства, структура металла шва и сварного соединения в целом обеспечиваются применением сочетания флюса и электродной проволоки.
Размеры и форма шва при сварке под флюсом характеризуются глубиной провара, шириной шва, высотой выпуклости и т.д. Закономерности изменения формы шва обусловлены главным образом режимом сварки и практически мало зависят от типа сварного соединения.

Читайте также:
Маркировка пищевой нержавеющей стали

Зазор между деталями, разделка кромок и вид сварного соединения не оказывают значительного влияния на форму шва. Очертание провара и общая высота шва остаются практически постоянными. Чем больше зазор или разделка кромок, тем меньше доля основного металла в металле шва .
В зависимости от зазора или разделки кромок шов может быть выпуклым, нормальным или вогнутым. Наиболее существенное влияние на форму и качество шва влияет непосредственно зазор между деталями. При сварке вручную сварщик может сам выправить дефект сборки (заплавить увеличенный зазор) и обеспечить требуемую форму шва. При автоматической сварке это осуществить невозможно. Плохая сборка не обеспечит заданные зазоры и получение качественного шва.

Сварка под слоем флюса

Подробное знакомство со сварочными работами и процессами указывает, что воздух несет негативное влияние на качество соединения. Требуемого крепления возможно добиться с применением защитной среды, к которым относятся флюсы либо инертные газы. Наиболее распространенное применение флюсы получили в промышленных условиях, ввиду того, что при использовании данного способа гарантированно образуется надежное крепление. Использование подразумевает автоматический или полуавтоматический режим, на некоторых производственных линиях применяются роботизированные установки.

Технология сварки под слоем флюса

Автоматизированный процесс сварки подразумевает наличие сыпучего флюса, подаваемого непосредственно к изделию. При розжиге дуги происходит плавление проволоки электрода, воздействующего на металлическое основание. Результатом реакции металла с веществом, которые интегрируются на участке сварки, образуется газовая ванна, состоящая из сварочных паров. Сварка под флюсом применяется автоматическим либо механизированным производством.

Основным предназначением полости при рассматриваемом способе сварки, является образование защитной оболочки во избежание воздействия кислорода на металл.

Также конструкция электродной проволоки реагирует на флюс, подвергая обработке материал, допускает получить качественный шов.

Схема дуговой сварки под флюсом

В процессе удаления дуги, изделие переходит из расплавленного состояния в твердое, образовывая твердый слой, легко удаляемый с поверхности изделия. Технология автоматической сварки под флюсом подразумевает цикл изъятия лишнего вещества с помощью специального механизма. Технология имеет множество достоинств, позволяющих применять метод на любом предприятии.

  1. Возможно объединить детали, используя повышенную силу тока. На большинстве производств употребляется сила тока от 1000 до 2000 А, для сравнения показатель дуговой сварки не превышает 650 Ампер. Обычным режимом увеличение силы тока пагубно влияет на качество, разбрызгивая металл. При использовании вещества, возможно повышение мощности до 4000 А, что позволяет получить готовый материал в сочетании со скоростью процесса.
  2. Процесс подразумевает образование дуги под слоем флюса, работающей при большой глубине. Данное условие дает возможность не беспокоится о предварительной обработке сварных соединений.
  3. Повышенная скорость сцепления позволяет производить больший объем сварочных работ. Для сравнения, изготовление шва с идентичными параметрами дуговой сваркой может отнять больше времени в 10 раз.
  4. Формируемый газовый пузырь в процессе позволяет избежать разбрызгивания раскаленного металла в процессе. Данное условие позволяет не только получить крепкий шов, но и соблюдать технику безопасности при работе с большими температурами. За счет этого, происходит экономия электроэнергии и инструментов.

Режим сварки определяется при зависимости от некоторых требуемых характеристик шва. Основные критерии:

  • диаметр электрода;
  • электроток, его полярность;
  • скоростные показатели работы и напряжение тока;
  • характеристики состава.

Также существует ряд дополнительных параметров, зависящих от применяемых инструментов.

Что дает применение флюса

Химическое вещество, основанное на множестве компонентов, именуется флюсом. Применяется при необходимом следовании стандартам, защите металлических изделий от коррозионных условий при последующей эксплуатации.

Основные задачи, которые под силу решить веществу:

  • устойчивое горение сварочной дуги;
  • улучшенные свойства и формы шва;
  • обеспечение сварочной ванны, ей производится защита металла;
  • применение различных креплений позволяет изменять состав химической смеси для получения необходимых характеристик.
Читайте также:
Литье алюминия в домашних условиях

Кроме вышеперечисленных достоинств, основным преимуществом является возможность построения механического процесса стыковки. Различные химические соединения применяются в автоматических линиях.

Химический состав различных марок флюса

У каждого способа существуют недостатки, использование флюса не исключение:

  • работа производится только при нижнем положении стыка;
  • сборка деталей должна соответствовать параметрам подгонки и обработки кромок;
  • производство выполняется только на жесткой опоре, воздействие в подвешенном состоянии на материал недоступно;
  • стоимость вспомогательных материалов высока, поэтому способ употребляется в ответственных конструкциях.

Сварка алюминия или других цветных металлом невозможна без применения флюса, вне зависимости от способа стыковки. Однако существует вероятность образования твердой окиси, вытесняемой на поверхность в процессе.

Виды сварки под флюсом

Стыковка цветных металлов методом сварки подразумевает применение различных составов. Составная часть делится на марганцевые, низко кремнистые, бескислородные изделия. Плавленые составы имеют структуру пемзы, легирующие свойства существуют у керамических изделий, улучшающие свойства крепления. Составляющие основных разновидностей:

  • Солевые соединения богаты фторидами и хлоридами. С помощью них выполняется ручная аргонодуговая сварка, применяя активные составы, переплав шлаков.
  • Оксидные смеси нашли свое назначение в стыковке фтористых деталей, а также низколегированных материалов. Данное изделие отличается содержанием кремния, имеет до десяти процентов фтористых составов.
  • Смешанные изделия употребляются к высоколегированным сталям, структуру исполняют все элементы, перечисленные в первых двух материалах.

Подобрать правильный флюс достаточно тяжело без наличия соответствующего опыта, автоматическая дуговая сварка под флюсом требует качественного материала.

Тип и характеристики состава определяются технической документацией.

Режимы сварки сталей под флюсом

Автоматизированная сварка осуществляется таким способом, что оператор выполняет лишь отладку оборудования при соответствующем режиме работы. Последовательность действий и технология:

  • К соединяемым деталям автоматическим режимом подводится флюс, высота слоя регулируется по отношению к толщине металла, забор продукта происходит из специально отведенного бункера.
  • Кассетным механизмом подается проволока электрода, без которой процесс невозможен.
  • Скорость работы выбирается таким образом, чтобы образовывалась качественная сварочная ванна, предотвращающая разбрызгивание металла.
  • Изделие с более маленькой плотность всплывает на поверхность ванны, что не влияет на свойства шва. Неизрасходованный материал механически собирается в целях экономии.

Основным положительным качеством является увеличенная скорость путем механизированной сварки под флюсом. Благодаря этому, способ применяется различными производствами, зарекомендовал себя надежным и долговечным способом соединения сварных деталей.

Шов выполняется по нескольким характеристикам, в зависимости от этого подбираются режимы работы. Распространённым видом является холодная сварка, применяется с пониженными температурами для соединения цветных металлов.

Каждый материал имеет техническое задание с разрешенными параметрами сварки.

В случае отсутствия инструкции, вещество подбирается к работе методом пробы, важно следовать некоторым советам:

  • Соединение высокого качества можно получить только при наличии стабильной дуги. Параметр регулируется путем подбора уровня скорости движения плавящего инструмента, силы тока.
  • На скоростные показатели влияет степень вылета проволоки, а также легированный состав.
  • Сила тока напрямую зависит на глубину, а напряжением можно производить регулировку ширины шва.

Механизм работы флюсов при сварке

Таким образом, возможно максимально точно подобрать необходимое вещество. Необходимо понимать, что пренебрегать контролем не стоит, т.к. соединение может быть нарушено при дальнейшей эксплуатации.

Оборудование которым осуществляют сварку под флюсом

На производственных мощностях применяется стенд сборочного типа, на котором возможно зафиксировать обрабатываемые элементы в неподвижном состоянии. Требование надежного крепления особенно соблюдается, т.к. при работах деталь может сместиться, получится неровный сварочный шов. Зачастую, вместо полноценного дорогостоящего оборудования сварки под флюсом, применяют мобильные головки.

Автомат, сваривающий под флюсом

Тележка, оборудованная электроприводом и механической сварочной головкой именуется трактором. Данное устройство способно двигаться по направлениям шва или непосредственно деталям.

Область применения

Автоматизированный способ дает возможность поставить на конвейер производство различных крупных конструкций. Наиболее распространенные области, которыми применяется метод:

  • Судостроением употребляется крупно узловая сборка, при сварке флюсом возможно монтирование секциями, что позволяет сократить время на производства в целом.
  • Требования к высоким параметрам стыкуемых поверхностей позволяют применять устройство при изготовлении различных резервуаров.
  • Газопроводные трубы крупных диаметров.

Технология не стоит на месте, с каждым годом становится все совершеннее. Дуговая сварка под флюсом позволяет производить крупные изделия высокого качества в машинном режиме. На некоторые работы ручным способом уходим несколько дней, механизированные линии выпускают готовое изделие за считанные минуты.

Читайте также:
Кромкогиб ручной для авторемонта своими руками

Технологии победы: автоматическая сварка танковых корпусов

Укрощение брони

Одной из основных проблем производства корпусов и башен средних танков Т-34 было трещинообразование в местах сваривания деталей. Все дело в высокой твердости брони 8С, когда рядом со сварным швом образовываются небольшие надрывы или микротрещины. Наличие остаточных напряжений после сваривания в первое время после производства бронемашины не давало о себе знать, но с течением времени выходило наружу трещинами длиной до 500 мм. Все это, естественно, снижало ударную стойкость танковой брони. Для решения этой проблемы сразу после организации производства эвакуированных предприятий, во второй половине 1942 года, привлекли специалистов Броневого института (ЦНИИ-48) и Института электросварки Академии наук СССР. Исследования проводились на двух предприятиях: Уральском танковом заводе №183 в Нижнем Тагиле и Уральском заводе тяжелого машиностроения в Свердловске. В общей сложности с июля по октябрь металлурги и материаловеды исследовали образование трещин при сваривании около 9500 бронедеталей. Целью изучения был поиск наиболее оптимального химического состава брони 8С. Оказалось, что наиболее важным компонентом в броне в этой ситуации был углерод. В случае, если его содержание в броне было больше 0,25%, твердость закаленной зоны в районе сварного шва резко возрастала, что неминуемо приводило к трещинообразованию.

Но обеспечить такое низкое содержание углерода в броневой стали и в мирное время было непросто, а в условиях военного времени вообще казалось невозможным. Небольшие «косметические» изменения сварочного цикла путем использования аустенитных электродов, многоваликовой системы наложения сварных швов и низкий отпуск узлов после сварки позволяли поднять верхний предел содержания углерода лишь до 0,28%. Кстати, в немецкой танковой промышленности о столь серьезных требованиях к танковой броне и не слышали – в среднем доля углерода была в пределах 0,4-0,5%. Решением проблемы появления трещин в области сваривания оказался предварительный нагрев деталей до 150-200 градусов Цельсия с последующими медленным остыванием деталей после сваривания до 100 градусов в течение 30 минут. Для этой цели в Броневом институте были разработаны специальные индукторы, обеспечивающие локальный нагрев бронедеталей в зоне газовой резки либо сварочного шва. На Уральском заводе тяжелого машиностроения индукторы применялись при сваривании стыка лобовой части с бортами и крышей, а также при вырезании балансирных отверстий в закаленных бортовых деталях танков. Таким образом была решена проблема трещинообразования при сваривании среднеуглеродистых бронесталей. Со временем практика свердловского завода была распространена на остальные танковые заводы.

Сварочные автоматы

В июле 1941 года распоряжением Совета Народных Комиссаров в Нижний Тагил был эвакуирован Институт электросварки Академии наук СССР. Именно поэтому на Уралвагонзаводе впервые была внедрена автоматическая дуговая сварка танковых корпусов под флюсом. Безусловно, эта технология был известна и ранее, но группа академика Евгения Оскаровича Патона с сотрудниками ЦНИИ-48 смогли адаптировать её для сварки броневых сталей. Одним из выдающих ученых, внесших вклад в развитие бронетанкового сварочного дела, был Владимир Иванович Дятлов. Он вместе с сотрудниками Харьковского завода имени Коминтерна решил проблему трещинообразования в броне при сварке путем введения в сварочную ванну низкоуглеродистой проволоки (подробнее об этом пойдет речь ниже). В 1942 году ученый, первый в мире, открыл явление саморегулирования дуговых процессов с плавящимся электродом, что позволило значительно упростить конструкции подающих механизмов сварочных автоматов. Также за счет этого удалось создать относительно простые одномоторные сварочные головки, более надежные и дешевые. Без Дятлова не удалось бы создать эффективные флюсы на основе шлаков доменных древесно-угольных печей Ашинского металлургического завода, которые получили названия «шлаковые флюсы ША». С октября 1943 года ученый возглавил лабораторию сварочного Уралвагонзавода и пробыл на этой должности до 1944 года, пока его не перевели в ЦНИИ Технологий судостроения.

Но вернемся к легендарному Т-34, который никогда бы не стал таким массовым танком, если бы не автоматическая сварка его бронекорпусов (башен) на заводах №183 и УЗТМ. Использование сварочных автоматов позволяло сократить время на сварку в 3—6,5 раза. При этом на каждый танковый корпус использовалось не менее 40 погонных метров сварочных швов.

Читайте также:
Лак для полированного металла

Кроме Т-34, сварка академика Патона применялась на бронекорпусном заводе №200 в Челябинске. С её помощью варили днище корпуса танка КВ, что в общей сложности составляло около 15 погонных метров шва на одну машину. Немаловажно, что автоматизация сварки брони позволила привлекать к производству низкоквалифицированных рабочих – мастеров-сварщиков на протяжении всей войны хронически не хватало. В Нижнем Тагиле с июля 1942 года работал уникальный танковый конвейер, на котором действовало 19 установок автоматической сварки под флюсом. Оцените масштаб новации — это позволило высвободить для других работ 280 высококлассных сварщиков, заменив их 57 рабочими низкой квалификации. Сам академик Евгений Оскарович Патон в докладной записке на имя секретаря отдела танковой промышленности Свердловского обкома ВКП(б) в марте 1942 года говорил об эффективности внедрения автоматической сварки (цитата по книге Н. Мельникова «Танковая промышленность СССР в годы Великой Отечественной войны»):

Сравнение затрат времени на ручную и автоматизированную сварку можно найти в архивах выставочного комплекса ОАО «НПК Уралвагонзавод». В соответствии с ними, на сварку, к примеру, сектора погона башни Т-34 у сварщика уходит чуть более пяти часов, а автоматическая сварка справляется с этим всего за 40 минут. Стыки днища с помощью ручной сварки провариваются за три часа, а в автоматическом режиме — за один час.

Борьба за шов

Нельзя сказать, что автоматические сварочные аппараты в одночасье появились на сборочных предприятиях советского танкопрома. Во-первых, доля ручной сварки все-таки была очень велика в производстве бронепродукции, а во-вторых, на первых порах с самой технологией не все было гладко. Не удавалось придать сварному шву необходимый уровень пластичности – после остывания он становился твердым и хрупким. Это, естественно, самым негативным образом сказывалось на снарядостойкости брони. После разбора причин оказалось, что все дело в превышении глубины проплавления свариваемого металла, перемешивании металла проволоки с основным металлом и значительном легированием металла шва. Группы из ЦНИИ-48 под руководством И. Ф. Срибного и из Института сварки, во главе которой стоял упоминаемый выше В. И. Дятлов, предложили и апробировали следующие приемы сварки «непокорной» брони 8С и 2П. Прежде всего это многопроходная сварка, когда автомат за несколько приемов соединяет свариваемые детали. Так обеспечивается малое проплавление стыков и формированием прочного и пластичного шва. Понятно, что такой прием не самый эффективный в условиях военного времени: все-таки многопроходная сварка требует большое времени в сравнении с однопроходной.

Вторым приемом от ЦНИИ-48 и Института сварки была закладка проволоки из малоуглеродистой стали в разделку швов для снижения «разваривания» металла брони. В итоге шов после остывания становился пластичнее, проволока серьезно снижала температуру внутри разделки шва, а также в два раза увеличивала производительность сварочных автоматов. Это оказалось наиболее эффективным приемом, который в дальнейшем был даже усовершенствован. Новый способ сварки «в две проволоки», при котором в ванну шва под углом к электродной проволоке подавалась вторая (присадочная) проволока, не подключенная к источнику тока. Подачу и диаметр второй проволоки рассчитывали таким образом, чтобы количество наплавляемого от нее металла было равно количеству металла от наплавляемой электродной проволоки, то есть диаметр второй проволоки должен быть равен диаметру электродной проволоки и скорости их подачи должны быть одинаковыми. Однако в связи с необходимостью переоборудования автоматических головок с подачи одной проволоки на подачу двух внедрение этого способа было отложено и он был заменен способом с закладкой прутков. Тем не менее, уже в июне–июле 1942 года этот способ был применен на заводе № 183 при сварке партии нижних листов носа корпуса танка с носовыми балками.

Сложности с автоматизацией сварки танковых корпусов (башен) были и организационного плана. Стоит помнить, что никогда ранее сварочные автоматы не собирались серийно и были, по сути, продуктами опытного производства Института сварки. Это и объясняет некоторую медлительность в освоении новых технологий в танкопроме. Так, к концу 1942 года на танковых заводах было всего от 30 до 35 сварочных автоматов, которых, естественно, не хватало. Поэтому нарком И. М. Зальцман приказом №200с от 28 марта 1943 года распорядился на заводе №183 дополнительно установить до середины мая 7 автосварочных агрегатов, на Уральском заводе тяжелого машиностроения до 1 июня 8 автоматов и до 15 июня 5 агрегатов требовал поставить на челябинский завод №200. Этот шаг стал один из многих, позволивших отечественному танкопрому выйти на плановые показатели производства столь необходимой фронту гусеничной бронетехники.

Читайте также:
Кристаллическая структура меди

Автоматическая сварка под флюсом

Придумал способ сварки под флюсом Н. Г. Славянов. В качестве флюса он применял дробленое стекло.

Промышленный способ автоматической сварки под флюсом был разработан в Институте сварки академиком Е. О. Патоном. Коллективом его института была создана технология сварки под флюсом, разработаны составы флюсов, созданы сварочные автоматы.

При автоматической дуговой сварке под флюсом электрическая дуга горит под слоем флюса между концом сварочной проволоки и свариваемым металлом. Ролики механизма автоматически вытягивают электродную проволоку в дугу. Сварочный ток, переменный или постоянный, прямой или обратной полярности подводится к электродной проволоке, а другим контактом к изделию.

Сварочная дуга горит в газовом облаке, образованном в результате плавления и испарения флюса и металла. При гашении электрической дуги расплавленный флюс, остывая, образует шлаковую корку, которая отделяется от поверхности шва. Флюс засыпается перед дугой из бункера слоем толщиной 40—80 и шириной 40—100 мм. Количество флюса, идущего в шлаковую корку, равно массе расплавленной сварочной проволоки. Нерасплавившаяся часть флюса отсасывается пневмоотсосом в бункер и используется вновь.

Потери металла на угар и разбрызгивание при горении дуги под флюсом меньше, чем при ручной дуговой и сварке в защитных газах. Расплавленные электродный и основной металлы перемешиваются в сварочной ванне. Кристаллизуясь, они образуют сварной шов.

В промышленности используется сварка проволочными электродами – сварочной проволокой. Иногда сварку проводят ленточными, толщиной до 2 мм и шириной до 40 мм, или комбинированными электродами. Дуга, перемещаясь от одного края ленты к другому, равномерно оплавляет её торец и расплавляет основной металл. Изменяя форму ленты, можно изменить и форму поперечного сечения шва, достигая необходимого проплавления металла или получая равномерную глубину проплавления по всему сечению шва.

При сварке флюс насыпается слоем толщиной 50-60 мм; дуга утапливается в массе флюса и горит в жидкой среде расплавленного флюса, в газовом пузыре, образуемом газами и парами, непрерывно создаваемыми дугой. При среднем насыпном весе флюса около 1,5 г/см3 давление слоя флюса на жидкий металл составляет 7-9 г/см2. Этого давления достаточно для устранения механических воздействий дуги на ванну жидкого металла, приводящего к разбрызгиванию жидкого металла, нарушению формирования шва даже при очень больших токах.

Для электрической дуги, горящей без флюса нельзя проводить сварку при силе тока выше 500-600 А из-за разбрызгивания металла и нарушения формирования шва. Дуга же во флюсе позволяет увеличить токи в до 3000-4000 ампер с сохранением качества сварки и правильным формированием шва.

В качестве флюсов при сварке применяют искусственные силикаты, имеющие слабо кислый характер. Основой флюса являются двойной или тройной силикат закиси марганца, окиси кальция, окиси магния, алюминия и т. д. В качестве добавки, снижающей температуру плавления и вязкость, применяется плавиковый шпат.

Широко применяемых в промышленности высокомарганцовистый флюс ОСЦ-45. Он представляет собой силикат марганца MnOSiO2 с добавкой фтористого кальция. Флюс АН-348 обеспечивает большую устойчивость горения дуги по сравнению с флюсом ОСЦ-45. Большая устойчивость горения дуги обеспечивается при использовании флюса АН-348-А, выделяющем меньше вредных газов.

велики трудозатраты, связанные со стоимостью флюса.

трудности корректировки положения дуги относительно кромок свариваемого изделия;

экологическое воздействие газов на оператора;

невидимость места сварки, расположенного под толстым слоем флюса;

нет возможности выполнять сварку во всех пространственных положениях без специального оборудования;

повышенная жидкотекучесть расплавленного металла и флюса;

требуется тщательная сборка кромок под сварку. При увеличенном зазоре между кромками возможно вытекание в него расплавленного металла и флюса и образование в шве дефектов.

Преимущества

минимальные потери электродного металла;

максимально надёжная защита зоны сварки;

минимальная чувствительность к образованию оксидов;

не требуется защитных приспособлений от светового излучения, так как дуга горит под слоем флюса;

Читайте также:
Кузнечные изделия своими руками

низкая скорость охлаждения металла обеспечивает высокие показатели механических свойств металла шва.

@moderator, не вздумай отправить мой пост в баяны! Ибо #comment_96280879

Мой пост гораздо более полный, а ссылок на источник тот автор тоже не оставил.

Историческая справка об изобретении сварки

Сваркой называется технологический процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

В 1802 г. русский ученый Петров В.В. открыл электрический дуговой разряд и указал на возможность использования его для расплавления металла. На Западе принято считать, что первым в этом был английский ученый Хамфрей Дэйвис, работы которого в этой области также относятся к началу XIX века. В 1882 г. русский инженер Бенардос Н.Н. открыл способ электродуговой сварки металлов неплавящимся угольным электродом. Им были также разработаны способы дуговой сварки в защитном газе, дуговой резки и др. Несколькими годами позже (в 1888 г.) другой русский инженер Славянов Н.Г. предложил производить дуговую сварку плавящимся металлическим электродом. Он создал первый сварочный генератор, предложил флюсы, позволяющие получить высококачественные сварные швы. Работы Славянова Н.Г. и других ученых были использованы шведским инженером Оскаром Кельбергом, который в 1907 году создал первый покрытый электрод. Так была изобретена сварка покрытыми электродами. При этом использовался постоянный ток, получаемый от сварочных генераторов. Сварку покрытыми электродами на переменном токе стали применять начиная с 20-х годов XX-го столетия.

Держатели для дуговой сварки угольным электродом, предложенные Н.Н. Бенардосом

В 30 – 40-х годов прошлого столетия был разработан способ полуавтоматической и автоматической сварки под флюсом, позволяющий повысить производительность процесса сварки в несколько раз.

С 1920 года получил промышленное применение способ дуговой сварки неплавящимся электродом в инертных газах (ТИГ). Хотя первый патент, относящийся к данному способу сварки, был зарегистрирован еще в 1890 году.

Дуговая сварка плавящимся электродом в защитных газах (МИГ/МАГ) впервые была предложена в США в 1948 году.

В 1950-52 г. группой советских ученых под руководством Любавского К.Ф. и Новожилова Н.М. разработан способ сварки в среде углекислого газа низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

В настоящее время сварка покрытыми электродами, сварка плавящимся и неплавящимся электродом в защитных газах, а также сварка под флюсом, которые являются электрическими дуговыми способами сварки, широко применяются в промышленности.

Однако существуют и другие (не дуговые) способы сварки. Так одним из широко применяемых не дуговых способов сварки является контактная сварка, при которой расплавление металла деталей в точке их соединения происходит за счет выделения тепла в месте контакта при прохождении электрического тока. Первые патенты по этому способу сварки относятся к 1885 году.

В настоящее время нашли применение и такие способы сварки как электронно-лучевая, лазерная, индукционная, сварка трением и другие.

Классификация основных способов сварки

Сварка является одним из процессов соединения материалов. Как показано на схеме ниже, все существующие способы сварки могут быть разделены на две основные группы:

сварку плавлением: газовая, электрическая дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная и др.;

сварку давлением: контактная, трением, диффузионная, ультразвуком и др.

Сварка плавлением осуществляется плавлением кромок соединяемых деталей и присадочного материала с образованием общей сварочной ванны. Сварное соединение образуется без внешних усилий.

Сварка давлением осуществляется посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями с применением внешних усилий.

Принципы основных способов электродуговой сварки плавлением

Электрическая дуговая сварка – источником тепла является электрическая дуга. К этому виду сварки относится: ручная дуговая сварка покрытыми электродами (ММА), электродуговая сварка в среде защитных газов (МИГ/МАГ и ТИГ), электродуговая сварка под флюсом, плазменная сварка и другие способы сварки.

Газовая сварка – химический способ сварки плавлением, источником нагрева металла которой является тепловая энергия, получаемая в результате химического процесса сгорания газообразного (или парообразного) горючего в смеси с кислородом. Сварной шов формируется за счет основного и присадочного металлов, расплавленных газовым пламенем.


Схема газовой сварки

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами (ММА). Источником нагрева металла является электрическая дуга. Сварной шов формируется за счет расплавленного основного и электродного металлов.

Читайте также:
Мазутная горелка своими руками


Схема сварки ММА

Механизированная дуговая сварка плавящимся электродом в защитном газе (МИГ/МАГ). Источником нагрева металла является электрическая дуга. Сварной шов формируется за счет расплавленного основного металла и металла электродной проволоки (сплошного сечения или порошковой).


Схема сварки МИГ/МАГ

Дуговая сварка неплавящимся (вольфрамовым) электродом в инертном газе. Источником нагрева металла является электрическая дуга. Сварной шов формируется либо только за счет расплавленного основного металла, либо также и за счет металла присадочной проволоки.


Схема сварки ТИГ

Все, что нужно знать о сварке под флюсом

  1. Что это такое?
  2. Достоинства и недостатки
  3. Сферы применения
  4. Подбираем все, что нужно
  5. Режимы
  6. Технология
  7. Возможные проблемы

До момента изобретения первых флюсовых составов, случившегося во второй половине XIX века, соединить металлические детали между собой зачастую можно было только ковкой. Ковка требовала наличия оборудованной кузницы и определенных навыков, тогда как сварка для обывателя несколько проще и при этом не отличается в сторону ухудшения надежности. При этом перед самостоятельными опытами в теорию вникнуть все-таки стоит.

Что это такое?

Большинство металлов, взаимодействуя с атмосферным кислородом, быстро покрываются тонким слоем оксида. С одной стороны, он даже обеспечивает некоторую защитную функцию, не допуская коррозии внутренних слоев металла, но для сварки оксид представляет большую проблему, поскольку не дает получить доступ к металлическому изделию напрямую.

Оксидный слой образуется заново довольно быстро, потому варить металл без какой-либо защиты поверхности от доступа кислорода непродуктивно. Тот или иной состав, которым покрывается рабочая поверхность, называется сварочным флюсом – он может состоять из различных компонентов, нередко умеет разрушать уже образовавшийся оксид.

Известно не менее полусотни видов флюсов, однако, такое разнообразие не значит, что можно брать любой из них – у каждого есть специфические особенности. Ко всем существующим маркам выдвигаются четкие требования, прописанные в ГОСТе 9087-81. Сущность сварки под флюсом как процесса заключается в том, что электрическая дуга горит под флюсовой смесью, а не только там, где мы ее видим. Горение дуги возможно благодаря подаче на электродную проволоку высокого напряжения. Вокруг дуги образуется облако газов, образовавшихся при плавке как флюса, так и самого металла.

Сама сварка и создаваемые с ее помощью соединения описаны другим ГОСТом – 8713-19.

Достоинства и недостатки

Сварка не во всех случаях обязательно должна происходить с защитой рабочей поверхности флюсом, и в некоторых случаях использование флюсовых смесей игнорируется. Тем не менее в профессиональной сварке флюсы чаще все-таки используются, потому что у такого метода масса преимуществ:

  • электрическая дуга приобретает особую стойкость и стабильность;
  • меньше энергии тратится на нагревание металлов и разбрызгивание, потому коэффициент полезного действия возрастает, как и экономия электричества;
  • сварка с флюсом на токах высокой интенсивности позволяет плавить металл значительно быстрее, благодаря чему возрастает и эффективность;
  • металл в процессе сварки не угорает, потому шов получается более качественным и аккуратным;
  • сварщик пребывает в условиях повышенной безопасности, так как пламя дуги по большей мере «спрятано» с обратной стороны флюсового слоя.

Если бы сварка под флюсом была абсолютно безупречным методом, она давно стала бы безальтернативным решением. Тем не менее во многих случаях сварщики до сих пор обходятся без флюсовых составов, а это значит, что у методики есть и определенные минусы. Их всего два, но иногда они могут сыграть определяющую роль:

  • шов скрыт флюсом до тех пор, пока вы полностью не закончите работу, а значит, в процессе выполнения нет никакой возможности оценить то, что получается;
  • и сами флюсовые смеси, и другие расходники, используемые при этом способе сварки, провоцируют существенное удорожание работы.

Сферы применения

Флюсы применяются как для ручной, так и для автоматической дуговой сварки, чтобы защитить обрабатываемую поверхность от ненужного образования оксида, угара металла и повысить качество получаемого шва. При этом специфика применения флюса для разных нужд несколько отличается.

При ручной сварке варимую деталь обычно покрывают слоем флюсового порошка толщиной ориентировочно в полсантиметра. Экономить на расходнике, хоть он и недешевый, неразумно – тонкий слой флюса может привести к низкокачественной проварке и последующему образованию трещин. Досыпать флюс следует по мере перемещения электрода по заготовке.

Читайте также:
Лоток для бетона своими руками

Промышленный метод немного отличается: если вы варите полуавтоматическим или автоматическим способом, то и флюс к месту варения будет подаваться по особой трубке. Перестараться с количеством флюсового порошка в такой ситуации сложно, потому что в составе агрегата предусмотрен пневматический отсос лишнего порошка.

Тот флюс, который действительно необходим для работы, превращается в шлаковый слой, который удаляют уже после завершения работы.

Подбираем все, что нужно

Сварка под флюсом покажет себя с лучшей стороны только в том случае, если максимально правильно подобрать для нее все необходимое. Это утверждение касается как оборудования, так и флюсовых составов.

Оборудование

В промышленности чаще всего используется специальный автоматический стенд сборочного типа, позволяющий не только варить любые конструкции, но и надежно фиксировать их в том положении, в каком они должны будут пребывать постоянно после завершения работы. Подобное оборудование отличается повышенными показателями надежности крепления элементов – это позволяет гарантировать отсутствие отклонений по швам или форме будущего изделия, тем более что мастер в процессе работы сам шов не видит.

Такой агрегат удобен для выполнения стыковых и угловых швов, работает быстро, обеспечивает высокое качество и надежность соединений. Конструкция управляет собой сама, потому стоит дорого – в качестве альтернативы на стенд иногда устанавливают мобильные головки.

Полуавтомат стоит ощутимо дешевле, но требует от оператора куда большей вовлеченности в процесс. Направление проволоки и контроль вылета электрода целиком и полностью перекладываются на плечи сварщика, хотя подача проволоки все же производится автоматически. Мощность напряжения, скорость перемещения по шву и угол наклона электрода – это те параметры режима сварки, которые мастер должен выбрать самостоятельно в зависимости от специфики обрабатываемой детали.

Ручное оборудование чаще применяется в небольших мастерских или любителями, хотя есть и специфические сферы применения, где это наиболее удобный вариант для выполнения поставленной задачи. Так, ручная сварка возможна даже в труднодоступных местах и в любых положениях.

Подобное оборудование стоит сравнительно недорого, потому широко используется непрофессионалами.

Флюсы

Сварочные флюсы бывают различных видов, их маркировка строго привязана к действующему ГОСТу. Классификация таких составов возможна по разным признакам, мы рассмотрим лишь некоторые из них. В первую очередь все флюсы делятся на классы в зависимости от материала, для сварки которого они годятся. Для высоколегированной стали нужен один класс составов, для углеродистой или легированной – другой. Третий, отдельный класс флюсов, выпускается производителями специально для цветных металлов и сплавов – меди, бронзы и так далее.

По способу производства флюсы делятся на керамические и плавленые. Керамические хороши тем, что обеспечивают повышенные качества шва и обладают легирующими свойствами. Производится масса путем экструзии сыпучих керамических компонентов с последующим добавлением жидкого стекла. Плавленые флюсы отличаются структурой, напоминающей пемзу или стекло, производятся они плавлением и спеканием ингредиентов с дальнейшим образованием гранул.

Существует также классификация флюсов по их химическому составу. Выделяют следующие классы.

  • Солевые составы состоят из хлоридов и фторидов. Типичная сфера их применения – варение активных металлов и шлакового переплава.
  • Оксидные смеси представляют собой металлические окислы с некоторой примесью соединений фтора. Это оптимальный выбор для сварки фтористых и низколегированных сталей.
  • Смешанные флюсы, как следует из названия, представляют собой комбинацию солевых и оксидных. Лучше всего такое вещество подходит для варки легированных сталей.

Классифицируют флюсовые смеси также и по тому, в каком виде они продаются. Гранулы и порошок являются наиболее характерными формами флюса, но только в том случае, если сварка будет электрической. Состав может приобретать форму пасты или даже газа, но тогда он предназначен для более редкой газовой сварки. Некоторые начинающие сварщики по привычке стремятся определить еще и лучшего производителя флюсов, по традиции отдавая предпочтение составам импортных марок.

На самом деле при выборе флюса это самый последний фактор, на который стоит обращать внимание, – куда важнее правильно подобрать смесь по всем остальным критериям.

Режимы

Выбор режима сварки зависит от различных показателей, например, способа разделки кромок, их толщины, планируемого количества проходов по будущему шву и метода удерживания сварочной ванны. Сила и напряжение тока, диаметр сечения проволоки, скорость сварки, положение самого изделия и вылет электрода тоже оказывают влияние на выбор тактики обработки заготовки. Расчет параметров для каждой заготовки всегда производится индивидуально.

Читайте также:
Маркировка сварочной проволоки для полуавтомата

Например, для наиболее ходовой сварки стыковых швов хватит одного одностороннего прохода под флюсом при условии, что толщина заготовки не превышает 3 см. Если детали толще, шов варят с двух сторон и могут добавлять дополнительные проходы. Одностороннее варение актуально лишь в тех случаях, если материал не боится перегрева, а швы не должны дать сварочные трещины.

Если свариваемые листы совсем тонкие (не толще 6 мм), разделка кромок как этап подготовки к дальнейшей обработке не выполняется, при этом соединяемые детали прикладывают друг к другу как можно ближе, стараясь минимизировать зазор до предела. При толщине заготовок порядка 1-1,2 см зазор, наоборот, оставляют – это поможет добиться повышенного качества шва и заодно уменьшить избыток расплавившегося металла. В любом из описанных случаев фиксация деталей требуется особая – либо подкладкой, либо подварочным швом, либо предварительной сборкой «в замок».

Подкладка является наиболее ходовым решением для варения металлических листов толщиной не более 1 см. Как правило, она стальная, толщиной 3-6 мм при ширине 3-5 см. Сварку «в замок» используют для соединения важных деталей, где прожог материала недопустим. Кроме того, это лучший метод соединения больших и тяжелых конструкций. Что же касается подварочного шва, то это сравнительно редкий режим сварки, который уместен лишь в том случае, если перекантовка изделия не представляется реальной.

Технология

Для начала надо подготовить сварные кромки – дуговая сварка под флюсом не выдвигает каких-либо требований по способу их подготовки, это может быть как механическая обработка, так и термическая резка. Сама кромка и участки непосредственно около нее подлежат обязательной очистке от пленок оксида или масла, ржавчины и иных загрязнений. Ширина зоны зачистки обычно колеблется в пределах 3-4 см от края, подлежащего свариванию.

Перед тем как начинать варить шов, будущую конструкцию собирают на специальном стеллаже так, чтобы ее фрагменты находились в правильном положении по отношению друг к другу. Фиксация деталей осуществляется прихватками и технологическими планками.

Средняя длина прихватки составляет 5-10 см, они располагаются с интервалом 50-55 см по линии будущего соединения. Если необходимо сварить угловой шов, процедуру выполняют на выводных технологических планках.

Для всех случаев используется проволока толщиной от 3 до 5 мм. Точная технология сварки очень зависима от того, как выглядят детали по отдельности и как они должны быть соединены между собой. На специфику процедуры влияют также и многочисленные другие показатели, среди которых конфигурация и протяженность швов, химический состав металла и его толщина, а также используемое оборудование.

Возможные проблемы

Даже несмотря на строгое следование инструкциям, новичок может столкнуться с некоторыми проблемами, причина возникновения которых ему неизвестна. Наиболее яркий пример – появление пор на шве, свидетельствующих о том, что под флюсом оказался газ, которого там не должно было быть. В большинстве случаев пористость вызвана присутствием водорода либо углекислого газа, реже корень зла – азот. Азотистые поры возможны только при работе с микролегированной сталью, если материал имеет нитридное упрочнение.

Такая же проблема встречается, если заготовку резали плазменным резаком. Углекислый газ попадает под флюс в том случае, если в сварочной ванне недостаточно раскислителей. Для препятствования образованию пор в жидкую ванну добавляют хотя бы 0,2% кремния. Также реакция раскисления происходит при снижении температуры, и наоборот – углекислого газа будет больше при ее повышении. Наиболее частой первопричиной пор является водород, источником для него часто становится недостаточная чистка кромок от загрязнений или ржавчины.

Кроме того, источником водородных пор в заваренном шве может оказаться влажный флюс.

В следующем видео вас ждет автоматическая сварка под флюсом двутавровой балки на заводе.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
gmnu-nazarovo.ru
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: