Сварка в защитных газах

Сварка в защитных газах

Подробности

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ДУГОВОЙ СВАРКИ В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НЕЕ

Общие сведения

Сущностью и отличительной особенностью дуговой сварки в защитных газах является защита расплавленного и нагретого до высокой температуры основного и электродного металла от вредного влияния воздуха защитными газами, которые обеспечивают физическую изоляцию металла и зоны сварки от воздуха и заданную атмосферу в зоне сварки.

Разновидности сварки в защитных газах можно классифицировать по следующим признакам:

типу электрода — плавящимся и неплавящимся электродами;
типу защитного газа — инертные, активные, их смеси; 
способу защиты — струйная, в контролируемой атмосфере;
характеру горения дуги — стационарной, импульсной;
механизации — ручная, полуавтоматическая, автоматическая.

Классификация разновидностей сварки по типу электрода и степени механизации приведена на рисунке. В качестве плавящегося электрода используют сварочные проволоки, по химическому составу соответствующие свариваемым материалам, описанным далее. Неплавящиеся электроды служат для возбуждения и поддержания горения дуги. В основном используют вольфрамовые, реже угольные и графитовые электроды (при сварке в активных газах). 

Для повышения устойчивости горения дуги и стойкости электрода в состав вольфрамового электрода вводят обычно 1,5—3% окислов активирующих редкоземельных металлов (тория, лантана, иттрия), повышающих эмиссионную способность электрода.

В качестве электродов для сварки применяют вольфрамовые прутки диаметром 0,2—12 мм, выпускаемые промышленностью: вольфрам чистый (ЭВЧ), вольфрам торированный (ЭВТ5, ЭВТЮ, ЭВТ15), вольфрам лантанированный (ЭВЛ10, ЭВЛ20), вольфрам иттрированный (ЭВИЗО). Угольные и графитовые электроды (стержни) изготовляют из электротехнического угля или синтетического графита диаметром 4—18 мм и длиной 250—700 мм. Графитовые электроды имеют лучшую электропроводность и более стойки против окисления при высоких температурах, чем угольные электроды. 

Защитные газы защищают дугу и сварочную ванну от вредного воздействия окружающей среды. В качестве защитных газов применяют инертные и активные газы, а также их смеси. Инертным и называются газы, которые химическк не взаимодействуют с металлом и не растворяются в нем. В качестве инертных газов используют аргон (Аг), гелий (Не) и их смеси.
Инертные газы применяют для сварки химически активных металлов (титан, алюминий, магний и др.), а также во всех случаях, когда необходимо получать сварные швы, однородные по составу с основным и присадочным металлом (высоколегированные стали и др.). Инертные газы обеспечивают защиту дуги и свариваемого металла, не оказывая на него металлургического воздействия.
Аргон поставляется по ГОСТ 10157—79 «Аргон газообразный и жидкий» следующих сортов с содержанием аргона не менее (%): высшего сорта (99,99), 1-го сорта (99,98), 2-го сорта (99,95), остальное — кислород «0,005), азот «0,004), влага «0,03). Гелий выпускают по МРТУ 51-04-23-64 составов (%): марка I (99,6—99,7), марка II (98,5—99,5), остальное — азот. Аргон и гелий поставляют в баллонах вместимостью 40 л под давлением 15 МПа. Баллон для аргона окрашен в серый цвет, надпись зеленого цвета; баллон для гелия — коричневый, надпись белого цвета. В связи с тем что гелий в 10 раз легче аргона, расход гелия при сварке увеличивается в 1,5—2 раза. По отношению к меди инертным является также азот (N2), и который поставляется по ГОСТ 9293—74 «Азот газообразный и жидкий» в газообразном состоянии четырех сортов (состав, %): высший — 99,9; 1-й —99,5; 2-й — 99,0 и 3-й — 97,0; остальное — примеси. Активным и защитными газами называют газы, вступающие в химическое взаимодействие со свариваемым металлом и растворяющиеся в нем (углекислый газ, водород, пары воды и др.).
Основным активным защитным газом является углекислый газ, который поставляется по ГОСТ 8050—76 «Двуокись углерода газообразная и жидкая». Для сварки используют сварочный углекислый газ чистотой 99,5%. Углекислый газ хранят и транспортируют в жидком виде преимущественно в стальных баллонах емкостью 40 л под давлением 6,0—7,0 МПа. В баллоне находится 60—80% жидкой углекислоты, а остальное — испарившийся газ. Цвет баллона черный, надпись желтого цвета. Смеси газов обладают в ряде случаев лучшими технологическими свойствами, чем отдельные газы. Например, смесь углекислого газа с кислородом (2—5%) способствует мелко-капельному переносу металла, уменьшению разбрызгивания (на 30—40%), улучшению формирования шва. Смесь из 70% Не и 30% Аг увеличивает производительность сварки алюминия, улучшает формирование шва и позволяет сваривать за один проход металл большей толщины.
По способу защиты различают местную и общую защиту свариваемого узла (сварку в контролируемой атмосфере).


Основным способом местной защиты является струйная защита шва.

При этом способе защитная среда в зоне сварки создается газовым потоком при центральной, боковой и комбинированной подаче газа. При центральной подаче газа дуга, горящая между электродом и основным металлом, со всех сторон окружена газом, подаваемым под небольшим избыточным давлением из сопла горелки, расположенного концентрично оси электрода. Этот способ защиты является наиболее распространенным.
В ряде случаев с Целью экономии инертных газов, а также получения оптимальных технологических и металлургических свойств защитной среды применяют горелки, конструкция которых обеспечивает комбинированную защиту двумя концентрическими потоками газов. Например, внутренний поток образуется аргоном, а внешний — углекислым газом. При сварке высокоактивных металлов (Ti, Zr, Та, Nb, Mo, W) необходимо защищать не только расплавленный металл, но и зону металла, нагреваемую при сварке до температуры более 300°С с лицевой и обратной сторон шва. Для расширения струйной защиты с лицевой стороны шва применяют дополнительные колпаки-дриставки, надеваемые на сопло горелки (рис. 59, г). Защита обратной стороны шва обеспечивается поддувом защитного газа. Боковую подачу газа применяют ограниченно.

Наиболее эффективная защита металла шва и зоны термического влияния обеспечивается при сварке в камерах с контролируемой атмосферой. Камеры предварительно продувают или вакуумируют, а затем заполняют защитным (инертным) газом заданного состава под небольшим давлением. Преимуществами сварки в защитных газах являются: высокая производительность (приблизительно в 2,5 раза выше, чем при ручной дуговой сварке покрытыми электродами); простота механизации и автоматизации; возможность сварки в различных пространственных положениях; малая зона термического влияния и относительно небольшие деформации изделий в связи с высокой степенью концентрации дуги; высокое качество защиты, отсутствие необходимости применения зачистки швов при многослойной сварке; доступность наблюдения за процессам сварки; возможность сварки металла различной толщины (от де сятых долей миллиметра до десятков миллиметров).
Недостатками сварки в защитных газах являются открытая дуга, что повышает опасность поражения зрения световым излучением, и необходимость защиты зоны сварки от сквозняков (при струйной защите), что затрудняет применение этого вида сварки в монтажных условиях на открытом воздухе. Ч § 26. Сварка в защитных газах плавящимся электродом __ Сварка в защитных газах плавящимся электродом осуществляется с использованием плавящегося электрода и защитного газа, подаваемого в зону дуги. Для защиты используют инертные и активные газы, а также их смеси (Аг, Не, С02» Аг+С02, СОа+Оа, Аг+0 2 и др.). Основными разновидностями сварки являются сварка в углекислом газе и аргонодуговая сварка. Этот вид сварки является механизированным, выполняют полуавтоматами и автоматами. Схема поста для сварки в защитных газах плавящимся электродом приведена на рисунке.

Высокая плотность сварочного тока обусловливает применение электродной проволоки малого диаметра (обычно э=0,8ч-2,5 мм), что приводит к необходимости применения больших скоростей подачи электродной проволоки. При этих условиях процесс саморегулирования источниками питания с падающими характеристиками не обеспечивается. Поэтому для поддержания стабильной длины дуги и обеспечения процесса саморегулирования длины дуги необходимо применять источники питания постоянного тока с жесткой или возрастающей внешней характеристикой (преобразователи типа ПСГ-500 или выпрямители ВС-300, ИПП-500 и др.). Сварку обычно выполняют на постоянном токе обратной полярности при непрерывной подаче электродной проволоки полуавтоматами и автоматами. Наибольшее применение получили полуавтоматы типов А-547, ПДГ-500 и др. Автоматы для сварки в защитных газах в основном тракторного типа — АДПГ-500, АДГ-500 и др. К основным параметрам режима сварки плавящимся электродом относятся сила тока, полярность, напряжение дуги, диаметр и скорость подачи электродной проволоки, состав и расход защитного газа, вылет электрода, скорость сварки.
Сварку плавящимся электродом обычно выполняют на обратной полярности. При прямой полярности скорость расплавления в 1,4—1,6 раза выше, чем при обратной, однако дуга горит менее стабильно с интенсивным разбрызгиванием. Сварочный ток, от которого зависят размеры шва и производительность сварки, зависит от диаметра и состава проволоки; его устанавливают в соответствии со скоростью подачи проволоки. Скорость сварки составляет обычно 15—80 м/ч, ее выбирают с учетом производительности и качества формирования шва. Качественные соединения можно получить при толщине металла для автоматической сварки >0, 5 мм, механизированной 1 мм, обычно сваривают толщины >3 мм.

Техника сварки

Металлы толщиной до 4 мм сваривают без разделки кромок. Для улучшения формирования шва при толщине металла >2—3 мм сварку проводят на медной подкладке с формирующей канавкой или на остающейся подкладке из основного металла. Для сварки тонколистового металла используют проволоку диаметром 0,5—1,2 мм. Металл толщиной 4—12 мм обычно сваривают за два прохода с двух сторон без разделки, толщиной 15— 20 мм — за два-три прохода с углом разделки 60°. При толщине 20—30 мм применяют двустороннюю разделку кромок с углом 60° и притуплением 2—4 мм. Металлы большей толщины целесообразно сваривать при узкой щелевой разделке кромок за несколько проходов. Механизированную сварку выполняют обычно на меньших силах тока, чем автоматическую. Сварку можно выполнять в различных пространственных положениях с применением приемов удержания сварочной ванны. Техника сварки металла толщиной >2 мм при механизированной сварке аналогична технике при ручной дуговой сварке покрытыми электродами. Сварку швов плавящимся электродом в различных пространственных положениях выполняют проволокой диаметром до 1,2 мм, швов, расположенных в нижнем положении,— 1,2—3,0 мм. Циклограмма сварки в защитном газе плавящимся и не плавящимся электродом показана на рис. 61. Сварка в углекислом газе наряду с другими преимуществами, которые характерны для сварки в защитных газах, характеризуется высокой производительностью и низкой стоимостью. К недостаткам ее относятся повышенное разбрызгивание и не всегда удовлетворительный внешний вид шва. Основной особенностью сварки в углекислом газе плавящимся электродом является необходимость применения электродных проволок с повышенным содержанием элементов-раскислителей кремния и марганца, компенсирующих их выгорание в зоне сварки, предотвращающих дополнительное окисление металла при сварке и образование пор. Для углеродистых сталей в основном используют сварочные проволоки сплошного сечения Св-ЮГС, Св-08Г2С, а также порошковые проволоки, содержащие порошки ферросплавов FeSi, FeMn. Причины окисления и образования пор при сварке в углекислом газе следующие. При сварке углекислый газ диссоциирует в зоне дуги с образованием атомарного кислорода по реакции С0 2С0+0, СО-С+О. Атомарный кислород окисляет железо и легирующие присадки, содержащиеся в стали, Fe+O-^-FeO. В результате этого металл сварочной ванны насыщается кислородом, а его свойства ухудшаются. При охлаждении расплавленного металла углерод, содержащийся в стали, окисляясь, будет способствовать образованию оксида углерода по реакции С+О-^СО, FeO-f C->CO-f Fe. Образующийся при кристаллизации металла шва СО выделяется в виде пузырьков, часть из которых» не успевая выделиться, задерживается в металле шва, образуя поры. В том случае, если сварочная проволока легирована Si и Мп, окислы железа раскисляются не за счет углерода, а в основном за счет Si и Мп из сварочной проволоки, таким образом предотвращается образование окиси углерода при кристаллизации и образование пор. Раскисление окислов железа идет по реакции 2Fe0+Si-*Si02+2Fe, РеО+ +Mn-*MnO+Fe. Окислы кремния и марганца в виде шлака скапливаются на поверхности сварочной ванны. Рассмотрим основные параметры режима сварки в углекислом Тазе. Диаметр сварочной проволоки выбирается в зависимости от толщины металла; устойчивый процесс обеспечивается при высоких плотностях ток, поэтому используют проволоку малого диаметра от 0,5 до 3,0 мм. Сварочный ток определяется в зависимости от диаметра проволоки скоростью ее подачи. Скорость подачи проволоки устанавливают с таким расчетом, чтобы при сварке был устойчивый процесс плавления электродов, без его закорачивания и без обрывов дуги. Напряжение дуги должно быть менее 32 В, так как с увеличением напряжения и длины дуги увеличиваются разбрызгивание и окисление. Обычно Ud=20-^30 В, скорость сварки от 20 до 80 м/ч, расход газа 6—25 л/мин. Вылет электрода и расстояние от сопла горелки до поверхности металла увеличиваются с увеличением диаметра,, электродной проволоки. При сварке с очень малым вылетом, затруднено наблюдение за процессом сварки и происходит частое подгорание газового сопла и токоподводящего контактиого наконечника. С увеличением вылета ухудшаются устойчивость горения дуги и формирование шва, а также увеличивается разбрызгивание металла.
Сварка в углекислом газе выполняется на постоянном ч токе обратной полярности. Переменный ток без специальной активации дугового пространства не применяют из-за низкой устойчивости процесса сварки, неудовлетворительного формирования и плохого качества шва. На свойства металла шва влияет качество углекислого газа. При повышенном содержании в нем азота и водорода, а также влаги в швах могут образоваться поры. При сварке в углекислом газе влияние ржавчины незначительно, однако лучшее качество шва обеспечивается зачисткой кромок от ржавчины, загрязнений маслом, влаги. Ориентировочные режимы полуавтоматической сварки в углекислом газе низкоуглеродистой стали приведены в табл. 12. В практике применяется также сварка на повышенных (форсированных) режимах: на увеличенных силе тока, напряжении дуги и скорости сварки, что позволяет увеличить производительность на 25—75%. В массовом производстве, например при производстве шкивов колес автомобилей, находит применение скоростная автоматическая сварка в углекислом газе проволокой диаметром 3—5 мм. В ограниченном объеме применяют сварку в углекислом газе неплавящимся угольным или графитовым электродом бортовых соединений из низкоуглеродистых сталей.

Комментарии   

 
+12 #1 Алла 05.12.2012 13:37
Подскажите,где можно найти нормативы расхода сварочных материалов(не плавящего вольфрамового электрода,аргон а,присадочной проволоки)для аргоно-дуговой сварки Алюминия.
Цитировать
 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   
© ALLROUNDER