1 Разработка и развитие сварки под флюсом История сварочной техники и технологии

Разработка и развитие сварки под флюсом 2 Идея этого способа сварки появилась не на пустом месте. Еще Н.Г. Славянов применял для защиты расплавленного металла от воздействия воздуха битое стекло. В 1927 г. известный изобретатель Д.С. Дульчевский, работавший в Одесских железнодорожных мастерских, разработал свой первый автомат для сварки под флюсом.

Разработка и развитие сварки под флюсом 3 Над проблемой дуговой сварки голым электродом с отдельной подачей флюса к дуге работали как в нашей стране, так и за рубежом. В начале 30-х годов прошлого века в США был построен завод по производству сварных труб с помощью автоматической дуговой сварки с использованием флюсов. В 1934 г. фирма «Дженерал электрик» использовала для автоматической сварки голой проволокой флюс, предложенный В. Миллером и состоящий из полевого шпата и диоксида титана. Измельченные в порошок компоненты смачивали водой и в виде пасты наносили на изделие перед сваркой. В 1936 г. был получен патент на способ автоматической дуговой сварки под флюсом под названием «Юнионмелт».

Разработка и развитие сварки под флюсом 4 В 1939–1940 гг. коллективом Института электросварки под руководством и при непосредственном участии Е.О. Патона на основе идей, выдвинутых еще Н.Г. Славяновым, был разработан отечественный способ механизированной сварки, получивший тогда название «скоростная автоматическая сварка голым электродом под слоем флюса». Впервые этот способ соединения металлов был продемонстрирован в лаборатории Института электросварки в июле 1940 г. Был сварен стыковой шов металла толщиной 13 мм за один проход с неслыханной для того времени скоростью 32 м/ч, что во много раз превышало скорость ручной сварки.

Разработка и развитие сварки под флюсом 5 Создание данного способа сварки потребовало разработки оборудования принципиально нового типа. Была создана аппаратура для подачи флюса в зону сварки, удержания его на месте сварки, сбора неиспользованного флюса для его повторного использования. Кроме специальных источников питания, обладающих требуемыми сварочно- технологическими характеристиками, можно выделить аппараты для сварки: сварочные трактора и самоходные головки, которые, как минимум, обеспечивали возбуждение дуги в начале процесса, поддержание ее горения во время сварки и заварку кратера в конце шва.

Разработка и развитие сварки под флюсом 6 Характерным для отечественного оборудования является широкое использование механизмов с постоянной скоростью подачи электрода и скоростью сварки. Однако первоначально для поддержания постоянной длины дуги использовали более сложные двухдвигательные конструкции подающих механизмов и соответствующие схемы управления.

Разработка и развитие сварки под флюсом 7 В 1942 г. В.И. Дятлов, старший научный сотрудник Института электросварки (работавший в то время заведующим лабораторией на Уралмашзаводе), открыл явление саморегулирования мощной электрической дуги. Было замечено, что имеется зависимость между электрическими параметрами режима (током и напряжением) и скоростью подачи проволоки. Причем их оптимальное соотношение устанавливается без специального регулирования источника питания. При этом изменяется и расход энергии на плавление металла и флюса.

Разработка и развитие сварки под флюсом 8 Например, если напряжение увеличивалось, то расход теплоты на плавление электродного металла уменьшался, и электрод плавился медленнее. Получалось, что скорость подачи опережает скорость плавления электрода, стремясь восстановить прежнюю длину дуги. Сварочные головки нового типа комплектовались асинхронными двигателями с неизменной частотой вращения. Для изменения скорости подачи электрода применили одноступенчатый редуктор со сменными шестернями.

Разработка и развитие сварки под флюсом 9 Значительно упростилась схема управления аппаратом. Проводя исследования, В.И. Дятлов пришел к выводу, что саморегулирование процесса нарушается при использовании источника питания с крутопадающей внешней характеристикой, а также при малых плотностях тока на электроде. В связи с этим им предложено использовать для автоматической дуговой сварки генераторы постоянного тока с жесткой внешней характеристикой.

Разработка и развитие сварки под флюсом 10 Еще одно направление в развитии конструкций сварочных головок было создано коллективом ученых ЦНИИТМАШа: для плавного регулирования скорости подачи проволоки использована фрикционная передача, а для сварки угловых швов предусмотрена возможность наклона головки.

Разработка и развитие сварки под флюсом 11 В эти же годы разработаны и основные схемы компоновки головок и транспортирующих механизмов, которые применяются и в настоящее время: -крепление головки на самоходной тележке, перемещающейся по направляющим балкам; -крепление головки на неподвижной или движущейся по рельсам колонне; -установка головки на тележке, перемещающейся непосредственно по поверхности изделия – такие аппараты получили название сварочных тракторов.

Разработка и развитие сварки под флюсом 12 Автоматическая сварка под флюсом плоскостных конструкций трактором ТС-17

Разработка и развитие сварки под флюсом 13 Автомат для сварки наружных кольцевых швов: 1 – защитное устройство; 2 – мундштук; 3 – суппорт; 4 – механизм подачи проволоки

Разработка и развитие сварки под флюсом 14 Во время Великой Отечественной войны в Институте электросварки, который активно включился в работу на нужды оборонной промышленности в Нижнем Тагиле на Уралвагонзаводе, где изготовлялись знаменитые танки Т-34, начал свою научно-техническую деятельность Б.Е. Патон, проводя исследования по автоматическому регулированию процессов сварки с непрерывной подачей в зону дуги присадочных материалов. В результате были определены основные требования к статическим и динамическим характеристикам приводов систем автоматического регулирования, положенные в основу при создании первого поколения полуавтоматов, использующих тонкую электродную проволоку в сочетании с защитными флюсами и газами.

Разработка и развитие сварки под флюсом 15 Позже Борис Евгеньевич занялся изучением физических процессов в дуге, определяющих перенос сварочного материала в расплавленную ванну в целях поиска способов снижения разбрызгивания. Им было установлено существенное влияние на этот процесс внешних характеристик источников питания, в частности показана целесообразность использования для полуавтоматической и автоматической сварки источников питания с жесткой внешней характеристикой. Эти результаты исследований стали основой для разработки способов сварки в углекислом газе и смесях газов, импульсно-дуговой сварки.

Разработка и развитие сварки под флюсом 16 По известным к середине 30-х гг. прошлого века сведениям следовало, что применение флюса помогает решить ряд задач получения качественного сварного соединения. Он должен был не только прикрыть жидкий металл ванны от воздуха, но и обеспечить введение в строго определенном количестве дополнительных легирующих элементов в металл шва, связать и перевести в шлак вредные примеси (серу и фосфор). Флюс, а после расплавления шлак, должен быстро и активно взаимодействовать с жидким металлом ванны и каплями электродного металла и также быстро покидать металлическую ванну, как только необходимые металлургические реакции будут завершены. Шлак после охлаждения должен легко отделяться от шва.

Разработка и развитие сварки под флюсом 17 Методом проб и ошибок, применяя термодинамические законы, удалось создать способы расчета состава флюса, который обеспечивал получение высококачественного шва с заранее рассчитанным составом. Одним из основоположников данного направления сварочной науки – металлургии сварки – является В.И. Дятлов. Эксперименты начинались с применения бутылочного стекла, которое ученые дробили, просеивали и отбирали гранулы размером в поперечнике 1–4 мм. Их подавали в зону сварки. Результаты этих опытов показали принципиальную возможность защиты ванны.

Разработка и развитие сварки под флюсом 18 Дальнейшие исследования показали, что в шихту, из которой выплавляется флюс, необходимо вводить много различных компонентов, а в качестве исходного сырья можно использовать природные минералы (мел, рутил, плавиковый шпат, мрамор, железную руду и т.д.). При плавлении в печах из исходных компонентов образовывались новые соединения, обеспечивающие быстрое протекание металлургических реакций в сварочной ванне.

Разработка и развитие сварки под флюсом 19 Уже в 1939 г. в Институте электросварки был разработан флюс для сварки угольным электродом, а в 1940 г. – создан первый специальный флюс для сварки плавящимся электродом низкоуглеродистых и углеродистых сталей, вошедший в историю отечественной сварки под индексом АН-1. Существенный вклад в разработку новых составов флюсов внесли ученые ЦНИИТМАШ во главе с К.В. Любавским. Ими в начале 1941 г. был создан плавленый флюс ОСЦ-45, широко применяемый до сих пор для автоматической сварки сталей обычной, средней и повышенной прочности.

Разработка и развитие сварки под флюсом 20 Дальнейшие работы в этом направлении позволили создать широкую гамму плавленых флюсов для сварки практически любых сталей и сплавов. Другим направлением в разработке флюсов для автоматической сварки послужили работы К.К. Хренова. Он предложил сухие тонкоизмельченные и перемешенные компоненты флюса замешивать на водном растворе жидкого стекла. Затем из этой массы формовали гранулы. Их сушили, измельчали и просеивали, получая частицы определенной крупности (0,5–2 мм). Флюсы, изготовленные подобным образом, получили название керамических.

Разработка и развитие сварки под флюсом 21 К.К. Хренов ( ) Константин Константинович Хренов специалист в области металлургии и сварки металлов, доктор технических наук (с 1940), академик АН УССР (с 1945), член президиума АН УССР (с 1953), член-корреспондент АН СССР (с 1953), создатель технологии электродуговой сварки и резки под водой. В 1918 году окончил электрохимическое отделение ЭТИ. В преподавал на кафедре общей химии в ЛЭТИ. В преподавал в Московском электромеханическом институте инженеров железнодорожного транспорта и одновременно с 1931 года в Московском высшем техническом училище. В годах и после 1963 года работал в Институте электросварки АН УССР. В годах работал в Институте строительной механики АН УССР. С 1952 года работал в Институте электротехники АН УССР. С 1947 по 1958 год профессор Киевского политехнического института. Впервые в мире создал и реализовал на практике процессы электродуговой сварки и резки под водой, которые нашли широкое применение при восстановлении мостов и ремонте судов. Им разработаны источники электропитания для дуговой и контактной сварки, керамические флюсы, электродные покрытия, способы холодной сварки давлением, газопрессовая сварка, плазменная резка. Внес вклад в разработку способа сварки чугуна, газопрессовой сварки, дефектоскопии сварных соединений. Один из организаторов подготовки советских инженеров- сварщиков.

Разработка и развитие сварки под флюсом 22 Первые керамические флюсы, разработанные К.К. Хреновым и Д.М. Кушнаревым, нашли промышленное применение в нашей стране в судостроении. Они обеспечивали дополнительное легирование металла шва марганцем и кремнием за счет вводимых в состав флюса ферросплавов. Серьезным достижением в этой области является разработка серии керамических флюсов, позволяющих более мобильно, чем при использовании плавленых, получать металл шва заданного химического состава.

Разработка и развитие сварки под флюсом 23 В 1942 г. были начаты работы по созданию полуавтоматической сварки под флюсом. Шланговый полуавтомат для сварки под флюсом

Разработка и развитие сварки под флюсом 24 При этом процессе была механизирована лишь подача сварочной проволоки в зону дуги, осуществляемая по мере ее плавления специальным устройством – подающим механизмом. Все остальные операции, в том числе перемещение горелки по стыку, обеспечение постоянства дугового промежутка, осуществляются сварщиком. Полуавтоматическая сварка под флюсом не получила широкого распространения. Это связано с тем, что в процессе выполнения сварки было невозможно визуальное наблюдение за положением электрода по отношению к свариваемым кромкам. Сварку можно было вести только в нижнем положении.

Разработка и развитие сварки под флюсом 25 В 1952 г. для сварки алюминия разработан вариант, при котором для защиты зоны дуги применяется тонкий дозированный слой флюса. Он обеспечивает защиту только нижней части дуги и поверхности сварочной ванны. В связи с этим данный процесс получил название «сварка по флюсу». Он нашел применение в промышленности для сварки цветных металлов.

Разработка и развитие сварки под флюсом 26 В настоящее время трудно найти отрасль производства, где бы не применялась сварка под флюсом. При помощи этого процесса осуществляется изготовление судов, вагонов, многослойных сосудов, кранов, роторов гидрогенераторов и других изделий. Сварка под флюсом широко используется при изготовлении сварно-литых, сварно-кованых и сварно-штампованных конструкций. Изделия, создаваемые с применением этого способа сварки, работают во всем диапазоне естественных климатических температур, при сверхвысоких температурах и в условиях глубокого холода, в агрессивных средах и при давлениях значительно отличающихся от атмосферного.