4 Сущность, технология и техника сварки в защитных газах.

Рис. 4.2. Дуговая сварка в защит­ном газе плавящимся электро­дом: 1 - электрическая дуга, 2 — газовое сопло, 3 — подающие ролики, 4 — электродная проволока, 5 — токоподводяшмй мундштук, 6 — защитный газ.

Рис. 4.1. Дуговая сварка в защит­ном газе неплавящимся электро­дом: 1—электрическая дуга, 2 - газовое сопло, 3 - вольфрамовый электрод, 4 - присадочная проволока.

Сущность: защита расплавленного металла электрода и нагретого до высоких температур основного металла, защитными газами от вредного воздействия газов. Защитные газы обеспечивают физическую изоляцию.

Преимущества:

1. высокая производительность, в 2,5 раза больше чем при РДС

2. простота механизации, автоматизации

3. возможность сварки в любом положении

4. малая зона термического влияния, относительно небольшие деформации в связи с высокой концентрацией дуги

5. отсутствие необходимости зачистки швов при многослойной сварке (в инертных газах)

6. доступность наблюдения за процессом

7. возможность сварки металлов различных толщин: от десятых долей миллиметров – до нескольких десятков.

Недостатки:

1. открытая дуга опасность поражения зрения

2. необходимость защиты зоны сварки от сквозняков, ветров (при монтаже).

3. разбрызгиваемость при сварке плавящимся электродом.

Сварочные материалы.

Электродная проволока (см. АСФ)

Неплавящиеся электроды (см. РДС)

Защитные газы.

Инертные: аргон, гелий, азот (редко). Инертные газы применяются для сварки химически активных металлов, а также во всех случаях, когда необходимо получить сварные швы однородные по составу с основным и присадочным металлом. Обеспечивают защиту и не участвуют в химических процессах.

Ar: ГОСТ 101.57-79 (газообразный и жидкий).

Не: МРТУ 51-0423-64.

N₂: ГОСТ 9293-74 (газообразный и жидкий).

Активные газы: углекислый газ, водород, водяные пары и другие.

Смеси газов: в ряде случаев обладают лучшими технологическими свойствами, чем чистые газы:

CО₂+О₂ (2…5 %) – струйный, мелкокапельный перенос j >100 А/мм². Уменьшается разбрызгивание на 30 – 40 %, улучшается формирование шва.

He+Ar (He – 70%, Ar – 30%) – увеличивается производительность, улучшается формирование и позволяет сваривать металлы достаточно больших толщин.

На формирование и качество шва влияет способ защиты. Выделяют местную и общую защиту.

Местная защита – в основном струйная.

Рис. 4.3. Подача защитных газов в зону сварки: а — центральная одним концентрическим потоком; б — центральная, двумя концентрическими потоками; в — боковая; г — в подвижную камеру (насадку). Где:1 — электрод; 2 — защитный газ; 3 и 4 — наружный и внутренний потоки защитных газов; 5 — насадка; 6 — распределительная сетка.

а) Центральная – самая распространенная.

б) Комбинационная – для экономии инертных газов и получение оптимальных технологических и механических свойств.

в) Боковая – при больших скоростях сварки.

г) С насадкой – для сварки высококачественных металлов(Ti, Zr), защищает зону нагретого металла выше 300С.

Защита обратной стороны шва осуществляется поддувом с обратной стороны. Общая защита осуществляется в камерах с контролируемой атмосферой.

Сварные соединения и швы.

Основные типы и конструктивные элементы сварных соединений, выполняемых дуговой сваркой в защитных газах регламентируются ГОСТ 14771, в которых представлены 4 типа сварных соединений:

Стыковые от 0,5 до 120 мм

Угловые 0,5100

Тавровые 0,5100

Нахлесточные 0,560

Разделка кромок ГОСТ 5264.

Способы сварки.

Обозначаются:

ИН – в инертных газах неплавящимся электродом без присадки.

ИНп – в инертных газах неплавящимся электродом с присадкой.

ИП – в инертных газах с плавящимся электродам.

УП – в CO₂ плавящимся электродам.

Параметры режима сварки и их влияние на форму и размеры шва.

1. Диаметр электрода: 0,53,0мм. Фактически: 0,82,5 мм. Зависит от толщины металла и положения соединения в пространстве. С уменьшением dэ повышается устойчивость горения, увеличивается глубина проплавления _н, уменьшается разбрызгивание.

2. Марка электрода. При сварке в СО₂ – должны быть электроды с раскислителем (08ГС и др.). В инертных газах проволока того же состава, что и основной металл.

3. Сварочный ток Iсв. При увеличении Iсв увеличивается глубина проплавления, увеличивается доля основного металла в шве, ширина шва сначала увеличивается, затем уменьшается. Сварочный ток устанавливается в зависимости от dэ.

4. Напряжение на дуге Uд. При увеличении Uд глубина проплавления уменьшается, ширина шва увеличивается, увеличивается разбрызгивание, уменьшается защита. Возможно появление пор, Uд устанавливается в зависимости от сварочного тока.

5. Скорость подачи проволоки прямо пропорционально сварочному току и напрямую от него зависит.

6. Скорость сварки Vсв. При увеличении Vсв все параметры шва уменьшаются. Vсв устанавливается в зависимости от толщины металла, но с учетом хорошего формирования шва. При слишком высокой скорости сварки нарушается защита, при уменьшении появляются поры, уменьшается ванна.

7. Вылет электрода. При увеличении вылета электрода – ухудшается устойчивость горения дуги и формирование шва, увеличивается разбрызгивание, маленький вылет затрудняет наблюдение, вызывает подгорание сопла электрода. Величина вылета электрода и расстояние от сопла горелки до поверхности металла устанавливают в зависимости от dэ. см. табл.1.

Таблица 4.1. Режимы газовой защиты

dэ	0,5 – 0,8	1 – 1,4	1,6 – 2	2,5
Вылет	7 – 10	8 – 15	15 – 25	18 – 30
Расположение от сопла до поверхности металла	7 – 10	8 – 14	15 – 20	18 – 22
Расход СО2 , л/мин	5 – 8	8 – 16	15 – 20	20 – 30

1. Расход газа. Определяется в зависимости от dэ, но на него оказывает влияние скорость сварки, конфигурация изделия, наличие сквозняка. Чем больше скорость сварки и сквозняки – больше расход (см. рис.3).

Рис. 4.4. Влияние типа сварного соединения (а) и скорости сварки (б) на защиту зоны сварки СО₂: 1 — съемные щитки для улучшения газовой защиты.

2. Наклон электрода вдоль шва.

3. Род и полярность тока. Сварка в СО₂ выполняется на постоянном токе обратной полярности. Переменный ток и прямой полярности не применяется из-за неустойчивости процесса, не удовлетворяемым формировании шва и плохого качества. Переменный ток применяют для Al и его сплавов.

Расчет и выбор параметров режима.

Режим сварки в защитных газах составляет те же параметры, что при АСФ, кроме расхода газа. Устойчивое горение дуги должно обеспечиваться при j=100А/мм², при этом обычно наступает струйный перенос. Точная расчетная методика для режимов при сварке в СО₂ отсутствует. Поэтому обычно используют табличные данные, полученные на основе обработке опытных данных. Недостаток сварки в СО₂: разбрызгивание. Для уменьшения применяют усовершенствованные источники питания, механизмы подачи проволоки, соответствующий подбор сварочных материалов, газовых смесей, применяют защитные покрытия для основного металла.

Основные параметры:

Uд: 2032В, 32В.

Vсв: 2080 м/час

Расход СО₂: 8-25 л/мин.

Расчет параметров такой же, как при АСФ.

Аргонодуговая (АрДС) сварка неплавящимся электродом.

Целесообразная сварка металла 110мм и тавровых соединений с катетом 2 – 8мм, а также заварка корня шва металлов большой толщины. Свариваются низколегированные, высоколегированные стали, Al, Cu, Ni и другие цветные металлы и их сплавы.

Параметра режима:

Iсв 10600 А,

Uд 1030 В,

Vсв 1030 см/мин,

dэ 0,56,5

d_{присад .проволоки} 26

Защитный газ – Ar, расход (Q): 12 л/мин., как вариант может использоваться импульсная сварка:

Разновидности сварки: с поперечным колебанием магнитного поля – для тонколистовых металлов; сварка в вакууме полыми электродами. Параметры режима сварки обычно выбирают по таблицам. Существуют как вариант – сварка сжатой дугой (Pl – плазменная). Дуга сжимается газом за счет концентрически расположенной сопловой системы. В дугу вдувается плазмообразующий газ – Ar, а вокруг обжимается сжимаемым газом: Ar+H₂, Ar+N₂.

Технология механизированной сварки порошковой и самозащитной проволокой

Сварка порошковой проволокой — дуговая сварка, вы­полняемая плавящимся электродом из порошковой прово­локи.

Сварку порошковой проволокой можно выполнять от­крытой дугой без дополнительной защиты, в углекислом газе и под флюсом. Сварка порошковой проволокой откры­той дугой — основной путь механизации сварки в тех слу­чаях, когда затруднено применение механизированных способов сварки в углекислом газе и под флюсом, прежде всего в монтажных условиях, на открытых строительных площадках. Порошковая проволока представляет собой трубчатую (часто со сложным внутренним сечением) прово­локу, заполненную порошкообразным наполнителем — шихтой (рис. 64). Оболочку порошковой проволоки изготов­ляют из стальной (чаще низкоуглеродистой) ленты толщи­ной 0,2—0,5 мы. Наполнитель представляет собой смесь порошков из газо- и шлакообразующих компонентов, а так­же легирующих компонентов, которые обеспечивают защи­ту зоны сварки и требуемые свойства сварного шва. Наибо­лее широко используют порошковую проволоку диаметром от 1,6 до 3,0 мм.

При сварке такой проволокой расплавляется и трубка и компоненты сердечника. В результате плавления шлако­образующих и разложения органических составляющих шихты обеспечивается газошлаковая защита расплавленно­го металла от воздуха. По составу шихты сердечника по­рошковые проволоки делятся на две основные группы — рутилового и основного типов.

Сварку порошковыми проволоками всех типов обычно выполняют на постоянном токе обратной полярности с ис­пользованием источников питания с жесткими внешними характеристиками. Недостатками самозащитной проволоки является узкий диапазон параметров режима сварки, от­клонения от которых приводят к резкому ухудшению каче­ства сварного соединения. Этот недостаток компенсируется при сварке порошковыми проволоками с дополнительной защитой углекислым газом.

В зависимости от состава шихты порошковую проволоку можно использовать для механизированной сварки и на­плавки сталей и чугуна как без защиты, так и с дополни­тельной защитой (флюсом, защитным газом) от воздуха.

Для сварки углеродистых и легированных сталей откры­той дугой применяют порошковые проволоки ПП-АН1, ПП-АНЗ, ПП-АН6 и др., при сварке в углекислом газе — ПП-АН4, ПП-АН5, ПП-АН8, ПП-АН9.

Преимуществом порошковой проволоки является воз­можность за счет наполнителя в широких пределах регули­ровать химический состав шва, что используется при на­плавке. Ими можно наплавлять изделия под флюсом, в за­щитных газах и открытой дугой.

Параметры режима и техника сварки в основном те же, что при сварке в углекислом газе: диаметр проволоки, сила сварочного тока и связанная с ним скорость подачи прово­локи устанавливаются в зависимости от толщины свари­ваемого металла, количества слоев для заполнения раздел­ки и положения шва в пространстве. Сварку выполняют ко­роткой дугой для уменьшения разбрызгивания жидкого металла, улучшения защиты его от кислорода и азота воз­духа, уменьшения выгорания легирующих элементов. При слишком короткой дуге в связи с падением напряжения в ней ухудшается стабильность горения дуги и качество шва. С увеличением диаметра проволоки от 1,4 до 3 мм соответ­ственно увеличивается вылет электрода от 7—10 до 20—25 мм.

Сварка самозащитной проволокой сплошного сечения предназначена для механизации сварки при монтаже на открытых площадках, а также в заводских условиях, когда неприемлема сварка в углекислом газе. При сварке открытой дугой происходит интенсивное оки­сление свариваемого и присадочного металла, угар леги­рующих элементов, порообразование. Для предотвращения этих процессов сварочную проволоку легируют элементами, обладающими большим сродством к кислороду, чем выгораемые элементы. В качестве таких легирующих элементов используют Al, Ti, Zr и редкоземельные элементы (церий, лантан и др.). Эти элементы активно связывают О%, N2, S в стойкие неметаллические соединения и за счет этого можно получить свойства сварных соединений по прочности и пластичности на уровне металла шва, получаемого при сварке покрытыми электродами типа Э46—Э50. Микроле­гирование проволоки церием повышает стабильность про­цесса сварки и пластичность и вязкость металла шва. Для сварки низкоуглеродистых сталей этим способом использу­ют проволоки Св-15ГСТЮЦА и Св-20ГСТЮА. Сварку вы­полняют постоянным током как прямой, так и обратной по­лярности. Технологические свойства дуги при сварке этим спосо­бом несколько хуже, чем при сварке в углекислом газе; шов покрывается толстой пленкой окислов, плотно сцеплен­ных с его поверхностью.

Лекция № 9

Оборудование для сварки в защитных газах

Полуавтоматическая сварка является наиболее распространенной механизированной сваркой. Для неё применяются шланговые полуавтоматы с различными горелками. Специальные полуавтоматы, использующие механизмы перемещения дуги, прижимные механизмы для сварки электрозаклепками, полуавтоматы для сварки неплавящимся электродом, полуавтоматы для сварки ЭШС и другие. Наиболее распространены шланговые полуавтоматы.

Рис. 4.5 Конструктивная схема шлангового полуавтомата: 1— горелка со шлангом; 2— подающее устройство; 3 - подающее устройство с редуктором и роликом и системой управления, 4 — катушка; 5 — источник сварочного тока;6 — система подачи газа.

Классификация

1. По способу защиты дуги:

   1. В защитных газах

   2. Под флюсом

   3. Без внешней защиты (порошковой проволокой или самозащитной проволокой)

   4. Универсальная

2. По способу регулирования скорости подачи проволоки:

• С плавным регулированием

• Со ступенчатым

• По типу применяемой проволоки:

• Для сварки стальной сплошной (жесткой)

• Для порошковой проволоки (мягкий)

• Для сварки алюминиевой проволоки (мягкий)

3. По конструктивному исполнению:

• Однокорпусные

• Стационарные

• С транспортируемым подающим устройством (А547У)

• Тянущего типа (для алюминиевых конструкций), шланг  1м, монтажные аппараты

• Тянуще-толкающего типа (шланг =5м). Недостаток: не синхронизация толкающих и тянущих роликов.

• Специальные

Главным параметром сварочного полуавтомата является сварочный ток. Существует стандартный ряд: 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630.

Основные узлы:

Подающее устройство – аналогично сварочному автомату. Характеризуется типом, диаметром, скоростью подачи проволоки. Срок службы обычно 5 лет. В отличие от сварочных автоматов среди полуавтоматов со ступенчатым регулированием распространены подающие устройства с коробкой передач: А537 и другие. Число скоростей 516. существуют безредукторные механизмы подачи проволоки: планетарные, импульсные.

Кассеты и катушки (см. сварочные автоматы)

Горелки (держатели) предназначены для подачи в зону сварки проволоки под током и защитного газа. Классифицируются в основном : по характеру охлаждения токоведущих частей, по характеру расположения корпуса и рукоятки (пистолетного и молоткового типа).

Конструкция горелки оказывает существенное влияние на производительность труда сварщика, так как его утомляемость зависит от формы, массы и др.

Требования к конструкции.

1. Прохождение тока без перегрева рукоятки.

2. По возможности водяного охлаждения.

3. Полная электроизоляция.

4. Прочность.

5. Небольшая масса.

6. Предельно простая конструкция.

Главным параметром горелки является величина I_ном. Горелки с водяным охлаждением (10%) рассчитаны на ток 500 и 630А (мировой стандарт 400А). Горелки с воздушным охлаждением – молоткового типа. Угол наклона наконечника к оси рукоятки 3060. Встречаются с изменяющимся углом наклона. Горелки различаются расположением и конструкцией пускового тумблера: курковые, рычажные (движковые).

В отношении конструкции существует два направления:

• TWECO, горелка на 400А, проработка всех деталей и их соединений, возможна легкая разборка и замена всех деталей. Предназначена для индивидуальных работ.

• BERNAR, предельно упрощенная конструкция при небольшой стоимости. Сделана по принципу: «дешевле сменить, чем ремонтировать». Предназначена для массового производства, тяжелых условий.

Выбор типа горелки определяется характером наиболее часто выполняемых работ.

Определяющие факторы:

1. Положение шва в пространстве.

2. положение рабочего.

3. Длина шва.

4. Расположение шва относительно ограничивающего его деталей.

5. Ремонтопригодность.

6. Серийность производства.

Газовые сопла.

Газовые сопла служат для направления защитного газа в зону сварки. Форма сопла и его размеры определяют ламинарность газового потока и надежную защиту расплавленного металла сварного соединения.

Наиболее рациональной конструкцией газового сопла является цилиндрическая медная трубка, которая может крепиться различными способами. Во всех унифицирован­ных горелках сопло крепится с помощью цангового зажима, что обеспечивает его легкую и быструю смену.

Внутренний диаметр сопла зависит от величины сва­рочного тока и должен быть не менее: 14 мм для тока 160А;18 мм для тока 31 5 А и 22 мм для тока 500 А.

При сварке на токах 500 А и более, для избежания чрезмерного залипания брызгами расплавленного металла сопло должно охлаждаться водой.