Technologie svařování různých ocelí – Storm | Svařovací a řezací zařízení

Řekneme vám, jak správně svařovat kov elektrodami pro začátečníky a jakých chyb se při tom vyvarovat.

V garáži, na chatě, v soukromém domě se musí něco vařit. Pro takové úkoly není vůbec nutné absolvovat svářečské kurzy – stačí mít domácí svářečku, ochranné pomůcky, spotřební materiál a trochu praxe. Řekneme vám, jak správně svařovat kov elektrodami pro začátečníky a jakých chyb se při tom vyvarovat.

V tomto článku:

• Druhy elektrického svařování
• Technologie ručního obloukového svařování
• Jak se naučit vařit s elektrickým svařováním sami
• Hlavní chyby
• Tipy pro začínajícího svářeče

Druhy elektrického svařování

Všechny typy elektrického svařování zahrnují buzení elektrického oblouku mezi dvěma konci různých polarit. V tomto případě se uvolní teplota až 5000 stupňů, která roztaví základní kov a přídavný kov a vytvoří svarový spoj.

Elektrické svařování lze provádět svařovacím transformátorem. Má nejjednodušší konstrukci primárního a sekundárního vinutí, díky čemuž se napětí snižuje na bezpečné hodnoty a zvyšuje se proud. Transformátory jsou napájeny střídavým proudem, silně hučí, oblouk praská a plive. Šev se může ukázat jako nerovnoměrný v šířce, výšce a hloubce průniku. Při provozu transformátoru často klesá napětí v celé síti, což může způsobit rozhořčení mezi sousedy.

Elektrické svařování pomocí invertoru se provádí na stejnosměrný proud, jehož frekvence byla předtím zvýšena (ve střídavém stupni), a poté byl proud usměrněn. To poskytuje:

Střídače jsou menší než transformátory a odčerpávají méně sítě. Existují modely na 220 a 380 V. Pro začátečníka je lepší začít svařovat s invertorem RDS (manuální obloukové svařování). Taková zařízení se také nazývají MMA invertory. Dobrý výběr zařízení pro různé úkoly naleznete v sekci – Ruční obloukové svářečky (MMA).

Svařování poloautomatickou nebo wolframovou elektrodou je také založeno na tavení kovu elektrickým obloukem, ale používají se i jiné způsoby ochrany svarové lázně a způsoby přenosu přídavného kovu.

Technologie ručního obloukového svařování

Pro svařování RDS je proud přiváděn ze stroje do pracovních kabelů. Zemnící kabel je připojen k produktu a svářeč zůstane v rukou kabelu s držákem elektrody. Teplota oblouku způsobuje roztavení okrajů spoje.

Pro zvýšení množství kovu ve svaru se používají spotřební elektrody. Při jejich hoření se tekutý kov přenáší do produktu. Svarová lázeň je chráněna před vnějším prostředím potažením elektrody. Při spálení vytváří hustý oblak kouře, který izoluje roztavený kov od kontaktu se vzduchem. Po ochlazení zůstane na povrchu švu tenká strusková kůra. Zpomaluje přenos tepla, podporuje hladké chlazení a zpevňuje šev. Pro vizuální posouzení kvality spoje se tluče speciálním struskovým kladivem.

Šev se tvoří díky speciálním pohybům s elektrodou. Pokud vše zvládnete správně, spáry budou jednotné co do tloušťky a výšky a také s požadovanou hloubkou průniku.

Jak se naučit vařit s elektrickým svařováním sami

Chcete-li se naučit svařovat pomocí ručního obloukového svařování, budete muset sestavit sadu zařízení, získat osobní ochranné prostředky, správně nastavit stroj a zvládnout řadu pohybů.

Co potřebujete k práci

svářeči

Vyberte si svařovací invertor v závislosti na nadcházejících úkolech. Pro domácí potřeby (svaření brány, zhotovení nádrže na sprchu) stačí modely 160 A. Potřebujete-li svařit rozbitý rám auta, vyrobit přístřešek na auto na parkoviště, kupte přístroje s proudovou silou 200-250 Odpověď: Často to stačí pro dům a garáž. Pokud ale v budoucnu plánujete vlastní výrobu, 300A měnič neuškodí.

Svařovací příslušenství

Pro připojení střídače potřebujete zemnící kabel a držák elektrody. Ty jsou obvykle součástí výbavy, ale pokud nejsou, vyberte zde. Při tom věnujte pozornost délce kabelů. Pro svařování u stolu stačí délka 2 m a k sestavení skleníku budete potřebovat kabely 4-5 m.

Svařovací elektrody

Elektrický svářeč potřebuje elektrody. Kovové složení tyče a typ povlaku se volí na základě svařovaných materiálů. Pro začátečníky doporučujeme zakoupit elektrody ESAB s rutilovým povlakem, které jsou vhodné pro kritické konstrukce a svařování ve všech prostorových polohách. Navíc cena spotřebního materiálu je docela přijatelná.

Ochranné pomůcky pro svářeče

Chraňte se před teplem a škodlivým světlem elektrických oblouků. Kupte si tlusté legíny a ochrannou masku. Pro začátečníka bude snazší naučit se vařit s maskou chameleona, aby viděl, kam umístit hrot elektrody. Nezapomeňte na uzavřené boty a tlusté oblečení s dlouhými rukávy.

Zařízení správně nakonfigurujeme a vybereme elektrodu

V mnoha ohledech závisí kvalita švu na správném nastavení stroje. Pokud zvolíte příliš nízký proud, základní kov se neroztaví, přídavný kov zůstane na povrchu a spoj se ukáže jako křehký a netěsný. Příliš velký proud vede k podříznutí, spálení a oblouk je obtížně ovladatelný.

Doporučujeme uložit tabulku nastavení svářečky pro ruční obloukové svařování. Charakteristiky jsou uvedeny pro provoz ve spodní poloze.

Jak připojit elektrodu

Když je zvolen průměr elektrody a síla proudu, můžete zapnout zařízení a vložit elektrodu do držáku elektrody. Ty mohou být dvou typů: pružinové a šroubové. Pružinový typ má přítlačnou patku, kterou svářeč přitlačí palcem a druhou rukou zasune elektrodu. Šroubový typ je vybaven otvorem pro vložení spotřebního materiálu a upínacím šroubem. Pružinové držáky umožňují rychlou výměnu elektrody a pomáhají šetřit čas při rozsáhlých svařovacích pracích.

Nedoporučujeme používat podomácku vyrobené držáky elektrod ve formě odpruženého trojzubce. Jsou nebezpečné z hlediska TB (bezpečnostní) a nechráněná živá část se neustále náhodně dotýká produktu a narušuje proces.

Pro svařování v dolní poloze nainstalujte elektrodu v pravém úhlu k držáku. Pokud plánujete svařovat vertikálu nebo strop, umístěte elektrodu o dalších 45 stupňů od sebe – budete tak muset méně ohýbat zápěstí.

Připojíme kabely ke střídači

Zemnící kabel a kabel držáku elektrody mají stejné konektory pro připojení k zařízení. Pokud musíte svařovat silný kov 5-6 mm, připevněte držák na plus. Poté se teplo soustředí na produkt a hloubka průniku se zvýší.

Při svařování tenkého kovu se doporučuje použít rovnou polaritu – držák elektrody připojte ke svorce se znaménkem mínus a obrobek ke kladce. Tím se sníží přívod tepla do kovu a zabrání se propálení, což zajistí stabilnější provoz elektrody.

Začněte svařovat: zapalte oblouk

Když je vše smontováno a připojeno s maskou, můžete začít zapalovat elektrický oblouk. Pro trénink použijte hrubý kus kovu. Oblouk je vzrušený poklepáním na povrch nebo úderem, jako zápalkou.

Nová elektroda má holou špičku a poměrně rychle se vznítí. Elektroda, která již byla použita k vaření, pokud stihla vychladnout, je obtížnější ji zapálit, protože na jejím konci se vytvořil „průzor“ povlaku. Musíte zasáhnout 3-4 krát, abyste to ubránili. Ale nepřehánějte to, jinak se tyč bez povlaku začne lepit na produkt.

Sklon elektrody

Když udeří oblouk, nepropadejte panice. Zvykněte si na konkrétní světlo. Vaším úkolem je nejprve se naučit udržovat mezeru mezi elektrodou a výrobkem v rozmezí 3-5 mm. Nepokoušejte se spoj hned svařit. Jen se naučte držet oblouk tak, aby nezhasl (pokud se pohybujete příliš daleko) a elektroda se nepřilepila (pokud se pohybujete příliš blízko).

Úkol je komplikován skutečností, že délka spotřební elektrody se neustále zkracuje, takže musíte přiblížit ruku k produktu. Časem přichází „pevná ruka“, takže budete muset spálit více než jednu elektrodu, než si na to zvyknete.

Když již zvládnete držení elektrického oblouku, můžete přejít ke svařování. Nejprve správně držte elektrodu. Obvykle ji vaří tak, že ji nakloní k sobě o 30-60º. Někteří svářeči volí optimální polohu náklonu 45º. Zpětné úhlové svařování poskytuje dobrou viditelnost svarové lázně, kov se zahřívá hlouběji. Svařování pod úhlem dopředu (když je šev odtažen od vás) pomáhá snížit zahřívání. To je vhodné pro spojování tenkých kovů 1-2 mm.

Můžete svařovat zprava doleva nebo zleva doprava a naklánět elektrodu na různé strany svarové lázně. Vše závisí na přístupu k bodu připojení.

Pohyby elektrod

Na tenkých kovech 1-2 mm, kde jsou obě strany pevně přitlačeny k sobě, nejsou nutné žádné další pohyby. Oblouk je vybuzen, elektroda je umístěna na začátku spoje a pomalu je tažena podél spojovací linie. Šev bude úzký a šupinatý.

Na silných kovech vytvořte mezeru 1-2 mm, aby tekutý kov pronikl hlouběji. Pokud je tloušťka desky větší než 5 mm, je nutné oříznout okraje pod úhlem 45 stupňů. Poté se první šev (nazývaný kořen) položí bez dalších pohybů. A následující jsou potřebné k vyplnění šířky a vyžadují příčné oscilační manipulace. Tyto pohyby mohou být:

V ideálním případě umístěte díl pod mírným úhlem, aby tekutá struska nestékala do svarové lázně. Pokud to není možné, pravidelně provádějte prudký pohyb špičkou elektrody do strany a odhazujte strusku. V opačném případě dojde k nedostatečné penetraci.

Hlavní chyby

Podívejme se na hlavní chyby, kterých se začátečníci při svařování RDS dopouštějí:

Tipy pro začínajícího svářeče

Na závěr dáme řadu tipů pro začátečníky, jak si vaření usnadnit. Před aplikací švu musí být obě strany výrobku připevněny k sobě pomocí cvočků. V závislosti na velikosti spáry budete potřebovat 2 nebo více hrotů, se vzdáleností 8-25 cm mezi sebou.To je nutné, aby se strany neposunuly od tepelné roztažnosti, když začnete vařit od jednoho okraje.

Svařování tenkého kovu s 1 mm elektrodou je možné, ale bude vyžadovat školení. Nejčastějším problémem jsou popáleniny. Nastavte proud na 30-40 A a vložte elektrodu o průměru 1.6 mm. Pod produkt umístěte měděný nebo grafitový substrát. Nedovolí, aby zahřátý kov propadl a nepřilnul k němu. Svařujte ne kontinuálním obloukem, ale přerušovaným (každé 1-2 sekundy odtrhněte hrot elektrody od povrchu, aby oblouk zhasl). To umožní kovu mírně vychladnout a snížit propalování.

Zdroj videa: Aurora Online Channel

Aby nedošlo k klepání na hotový obrobek, aby se elektroda zapálila, mějte po ruce hrubý obrobek. Opalte na něm elektrodu a okamžitě jděte do kloubu pro připojení. Pak budete mít méně času na začištění od svarů na výrobku.

Pro začátečníka se snadněji naučí vařit, pokud má zařízení funkci „Anti-stick“. Když se elektroda dotkne obrobku, svařovací proud se vypne. Není třeba tahat za držák doleva a doprava a snažit se odlomit spotřební materiál. Funkce Fast and Furious usnadňuje svařování tenkých kovů. Při nízkém proudu je délka oblouku krátká. Když stroj „cítí“, že oblouk zhasne, na okamžik zvýší svařovací proud. Funkce „Hot Start“ zajistí rychlé zapálení elektrody bez četných poklepů. To platí, pokud se práce provádějí na rezavém kovu. Nebudete pak muset předem moc uklízet.

Oceli, které se liší svou atomárně-krystalickou strukturou, jsou považovány za heterogenní, tzn. mají mřížku FCC nebo BCC nebo patří do různých strukturních tříd (perlit, feritická, austenitická), stejně jako oceli se stejným typem mřížky, které patří do různých skupin podle typu a stupně legování (nízkolegované, legované, vysoce legované). Obsahují celkem až 5, 10 nebo přes 10 % chrómu a dalších legujících prvků.

V tabulce. 1 jsou uvedeny hlavní skupiny ocelí používaných ve strojírenství. Používají se k vytváření různých kombinací pro výrobu svařovaných konstrukcí.

Tabulka. 1 Klasifikace ocelí používaných ve svarových spojích různých ocelí

Třída ocelí a svařovacích materiálů

Charakteristika ocelí

Značky (příklady)

Perlitické a bainitické

09G2S, 10HSND, 20HGSA

30KhGSA, 40Kh, 40KhN2MA, 38KhV

Tepelně odolný (Cr-Mo a Cr-Mo-V)

12МХ, 12Х1МФ, 20Х1М1Ф169

Martenzitické, feritické, feriticko-martenzitické, austeniticko-martenzitické, feriticko-austenitické

12% chrom, tepelně odolný

08X17Т, 15Х25Т, 20X17Н2

12% chrom, tepelně odolný

Austenitické oceli a slitiny na bázi niklu

Austenitická odolnost proti korozi a kryogenní

Tepelně odolné slitiny niklu

Konstrukce svařované z odlišných ocelí se nazývají kombinované. Používají se v případech, kdy se provozní podmínky jednotlivých částí konstrukce liší teplotou, agresivitou prostředí, zvláštními mechanickými vlivy (opotřebení, střídavé zatížení apod.).

Vlastnosti technologie svařování kombinovaných konstrukcí z ocelí různých konstrukčních tříd

Jedním z důvodů snížené svařitelnosti perlitických a austenitických ocelí je tvorba křehké martenzitické vrstvy nebo karbidového hřebene v objemu přechodové krystalizační vrstvy, ve které klesá legovací úroveň kovu, přibližující se perlitické oceli. Vznik této vrstvy se vysvětluje zhoršením promíchávání tekutého kovu ve vrstvách stěn. S malou rezervou austenitického svarového kovu může tloušťka této vrstvy dosáhnout kritické hodnoty, při které dochází ke křehkému lomu svarového spoje.

Proto se při volbě metod a režimů svařování dává přednost technologii, při které je tloušťka krystalizační vrstvy minimální. Toho je dosaženo následujícími metodami:

— Použití vysoce koncentrovaných zdrojů tepla (elektronový paprsek, laser, plazma);

— řeznými hranami nebo jejich svařováním (obr. 1), což snižuje podíl použitých ocelí;

— Výběr svařovacích režimů s minimální hloubkou průniku;

— Přechod na obloukové svařování v ochranných plynech, které zajišťuje intenzivní promíchání kovové lázně.

Výhody svařování kombinovaných struktur v ochranných plynech jsou spojeny se zvýšením teploty roztaveného kovu, snížením povrchového napětí a v důsledku toho zvýšením intenzity jeho míchání, což je způsobeno zvýšením téměř elektrodového poklesu napětí svařovacího oblouku a zvýšením kinetické energie přenosu kapek kovu elektrody a toku plazmy v oblouku.

Přidání kyslíku, dusíku a oxidu uhličitého k argonu zvyšuje uvedené výhody. Přídavky kyslíku také zvyšují teplotu lázně tím, že způsobují exotermické oxidačně-redukční reakce. V důsledku uvedených jevů se snižuje úroveň strukturní a mechanické heterogenity v zóně tavení perlitické oceli s austenitickým svarem.

Při ručním obloukovém svařování se kladné výsledky získávají opačným způsobem, tzn. kdy teplota svarové lázně klesá, což závisí na teplotě tavení elektrody. Snížení teploty tání elektrody je dosaženo zvýšením obsahu niklu a manganu. Použití takových elektrod je nejradikálnějším opatřením při svařování pod tavidlem, přičemž se současně snižuje šířka krystalizační a difúzní vrstvy (obr. 2).

Při svařování pod tavidlem lze promíchání svarové lázně zvýšit také zvýšením proudu, napětí nebo rychlosti svařování. Zvýšení těchto parametrů však vede k nepříznivé změně krystalizačního vzoru (zvětšení úhlu tání krystalitů), což zvyšuje riziko vzniku trhlin za tepla. Rychlost svařování by obecně neměla překročit 25 m/h. Intenzivnímu elektromagnetickému promíchávání lázně brání přítomnost posunu magnetického pole perlitickou ocelí a také porušení struskové ochrany. Při tomto procesu je velmi účinné zavádění vnitřních chladičů ve formě chladicí přísady (obr. 3), které zároveň snižuje teplotu lázně.

Tabulka. 2 Volba složení svarového kovu a tepelného zpracování pro svařování perlitických a bainitických ocelí na austenitické oceli a slitiny

Skupina svařitelných ocelí (viz tabulka 1)

Složení naneseného kovu

Maximální provozní teplota, °C

Tepelné zpracování

VI – VIII + XI – XIII

Při vytváření další vrstvy 2 ze strany perlitické oceli se na ní podílí základní kov (bod P) a kořenový svar (sekce a – b), tvořící lázeň bodu složení D a v ní obsažená elektroda (bod B), která celkem vytváří vrstvu kovu se strukturou b – g, podle podílů jejich účasti. Podobně je vrstva 3 na austenitové straně charakterizována segmentem e-d.

Velká zásoba austenitického svarového kovu umožňuje zabránit tvorbě nízkoplastických oblastí s martenzitickou nebo karbidovou strukturou v kořenových svarech a vrstvách přiléhajících k perlitické oceli za podmínek nevyhnutelných výkyvů jejich podílu na účasti. Tato varianta technologie se však bude vyznačovat vysokou tendencí k tvorbě trhlin za tepla v jednofázovém austenitickém svarovém kovu, které se tvoří podél hranic zrn vzniklých v důsledku migrace. Pro jejich zamezení u svarů se stabilní austenitickou strukturou je deponovaný kov legován prvky snižujícími difúzní procesy za vysokých teplot jsou použity elektrody typu Kh15N25AM6 s obsahem 6 % Mo a 0,2. 0,3 % N. Zabraňují rozvoji vysokoteplotního tečení a mezikrystalového skluzu v pevném kovu při svařování, přičemž zvyšují plasticitu v rozsahu teplot křehkosti a tím zabraňují vzniku trhlin za tepla. Složitější verze technologie je nutná při svařování tuhých celků z austenitické a středně uhlíkové martenzitické oceli, kdy se mohou v kořenových vrstvách tvořit horké trhliny v důsledku zvýšení podílu základního kovu na 0,5 a v horních vrstvách studené trhliny typu „trhání“ a „štípání“. V tomto případě jsou kořenové vrstvy tvořeny elektrodami obsahujícími až 60 % Ni a 15 % Mo.

Uvedené elektrodové materiály s jednofázovou austenitickou strukturou svaru se používají i při svařování perlitických ocelí se žárupevnými žáruvzdornými austenitickými ocelmi a slitinami niklu.

Ve většině takových případů se při svařování perlitických a tepelně nekalitelných austenitických ocelí skupiny IX používá další elektroda – austeniticko-feritická elektroda, která tvoří 10 v naneseném kovu. 12% feritové fáze a umožňuje podíl perlitické oceli ve svarovém kovu až 30%. Při smíchání materiálu elektrody a taveniny ve stejném poměru vznikne svar obsahující 4. 6% delta feritu, který eliminuje tvorbu horkých trhlin, ale mírně zvyšuje tloušťku krystalizační vrstvy.

Tento typ technologie je přijatelný při svařování austenitických ocelí s perlitickými oceli (skupiny II-III), obsahujících aktivní karbid tvořící látky pro omezení difúze uhlíku nebo obsahujících velmi malé množství uhlíku jeho částečnou náhradou dusíkem.

Pro svařované jednotky pracující při vysokých teplotách je nutné použít vysokoniklové elektrody typu HH60M15. Švy vyrobené s takovými elektrodami fungují dobře za podmínek tepelného posunu díky rovnosti koeficientu lineární roztažnosti s perlitickou ocelí (viz tabulka 10.2). Těmito elektrodami se svařují vady odlitku u ocelí IV. a V. skupiny bez následného tepelného zpracování.

Pokud jsou výše uvedené technologické možnosti nedostatečné nebo nepřijatelné, uchýlí se ke svařování přes distanční vložky nebo k předběžnému, včetně kombinovanému (viz obr. 10.9) navařování hrany perlitické oceli austenitickým kovem s následným svařováním těchto polotovarů austeniticko-feritickými svařovacími materiály s regulovaným množstvím ?-Fe (2 %).

Při svařování kyselinovzdorných a žáruvzdorných vysokochromových feritických ocelí (skupina VIII) s austenitickými (skupina XI – XIII) je zásadně možné použít jak austenitické, austeniticko-feritické, tak i vysokochromové elektrody, neboť při míšení uvedených ocelí v lázni s elektrodovým kovem, jehož podíl až 40% má uvedenou strukturu kovu jako u elektrod, je shodná. V tomto případě při zvýšení provozní teploty nad 500 °C jsou výhodné elektrody s vysokým obsahem chrómu. Při použití za podmínek tepelného cyklování je nutné svařovat specifikované kombinace ocelí s austenitickými elektrodami na bázi niklu, protože jejich koeficient lineární roztažnosti se blíží koeficientu vysokochromové oceli. Pro splnění požadavků na tepelnou odolnost svaru by měly být použity elektrody s vysokým obsahem chrómu (25-27 %) a niklu (12-14 %), což umožňuje jejich použití při 1000 °C.

V neagresivním pracovním prostředí lze spoje specifikovaných ocelí podrobených tepelnému zpracování provést elektrodami typu E-08Kh15N25AM6, které umožňují výrazné promíchání se základním kovem bez vzniku horkých trhlin. Pokud tepelné zpracování není možné, doporučuje se olepování hran kalených ocelí elektrodami na bázi niklu.

Třetí technologická možnost zahrnuje předběžné nanášení austenitické vrstvy na perlitickou kalenou ocel, při kterém se provádí předběžné nebo souběžné zahřívání pro zajištění požadované rychlosti ochlazování s následným popouštěním pro eliminaci kalení. Poté jsou díly vyrobené z perlitické oceli s navařenými hranami přivařeny k austenitické oceli pomocí režimů, které jsou pro ni optimální.

Ve všech případech svařování nepodobných ocelí je důležitým procesním parametrem úroveň obsahu vodíku ve svaru, která závisí na délce oblouku a vypalovací teplotě elektrody. Vodík způsobuje pórovitost svarů a podporuje vývoj zárodků všech výše uvedených typů studených trhlin v kalených zónách. Proto je nutné používat nízkovodíkové elektrody se základním povlakem a tavidla na bázi fluoridu vápenatého.

Další kombinací ocelí různých konstrukčních tříd ve svařovaných konstrukcích je svařování perlitických a vysokochromových ocelí. Při svařování perlitických ocelí s 12 % chromových ocelí je nutné zabránit vzniku martenzitických a studených trhlin a také vzniku difúzních vrstev při popouštění a vysokoteplotním provozu. Při výběru svařovacích materiálů je třeba se vyvarovat vzniku křehkých přechodových oblastí v mísicích zónách oceli. Pro zajištění co největší plasticity svaru se používají svařovací materiály perlitické třídy (tab. 3). V tomto případě je v přechodových úsecích na straně vysokolegované oceli s obsahem do 5 % chromu zachována vysoká plasticita, houževnatost a dlouhodobá pevnost spoje jako celku. Pro zmenšení velikosti difúzních vrstev musí být perlitický svarový kov legován určitým množstvím karbidotvorných prvků, které jsou aktivnější než chrom.

Tabulka. 3 Volba složení svarového kovu a tepelného zpracování pro svařování perlitických ocelí s martenzitickými, feritickými a austeniticko-feritickými ocelemi

Svařitelné ocelové skupiny

Složení naneseného kovu

Maximální provozní teplota, °C