Технология дуговой сварки в среде защитных газов

Технологические особенности сварки в среде защитных газов и их смесях.

Применение дуговой сварки в среде защитных газов благодаря ее технологическим и экономическим преимуществам все больше возрастает. Технологическими преимуществами являются относительная простота процесса сварки и возможность применения механизированной сварки в различных пространственных положениях. Незначительный объем шлаков позволяет получить высокое качество сварных швов.

Сварка в среде защитных газов применяется как для соединения различных сталей, так и цветных металлов. Для сварки в защитных газах кроме источника питания дуги требуются специальные приборы и оснастка (приспособления).

Пост для свари в среде защитного газа:

1) баллон с газом

2) подогреватель

3) осушитель

4) редуктор

5) расходомер (ротаметр)

6) газоэлектрический клапан

7) источник питания

8) пульт управления

9) рабочий стол

10) подающий механизм

11) горелка.

Сварка в защитных газах – это общее название разновидностей дуговой сварки, при которых через сопло горелки в зону горения дуги вдувается струя защитного газа. В качестве защитных газов применяют: аргон, гелий (инертные газы), углекислый газ, кислород, азот, водород (активные газы). Смеси газов (Ar+CO₂+O₂; Ar+O₂; Ar+CO₂ и др.). Смеси защитных газов должны удовлетворять требованиям ТУ 14-1-2079-77.

Аргонокислородную смесь (Ar+1-5%O₂) применяют при сварке малоуглеродистых и легированных сталей. В процессе сварки капельный перенос металла переходит в струйный, что позволяет увеличить производительность сварки и уменьшить разбрызгивание металла.

Смесь аргона с углекислым газом (Ar+10-20%CO₂) также применяется при сварке малоуглеродистых и низколегированных сталей. При использовании этой смеси защитных газов устраняется пористость в сварных швах, повышается стабильность горения дуги и улучшается формирование шва.

Тройная смесь (75%Ar+20%CO₂+5%O₂) при сварке сталей плавящимся электродом обеспечивает высокую стабильность горения дуги, минимальное разбрызгивание металла, хорошее формирование шва, отсутствие пористости.

На практике используются либо баллоны с готовой смесью, либо баллоны с каждым газом отдельно. В последнем случае расход каждого газа регулируется отдельным редуктором и измеряется ротаметром типа РС-3.

При сварке в среде защитных газов различают следующие основные способы: сварка постоянной дугой, импульсной дугой; плавящимся и неплавящимся электродом.

Наиболее широко применяется сварка в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся электродами.

Сварка неплавящимся электродом в защитных газах – это процесс, в котором в качестве источника теплоты применяется дуга, возбуждаемая между вольфрамовым или угольным (графитовым) электродом и изделием.

Сварка постоянным током прямой полярности позволяет получать максимальное проплавление свариваемого металла.

В комплект сварочной аппаратуры при сварке на постоянном токе входят сварочные горелки, устройства для первоначального возбуждения сварочной дуги, аппаратура управления сварочным циклом и газовой защиты.

Для того, чтобы улучшить процесс зажигания дуги в среде защитных газов используют специальные устройства первоначального возбуждения дуги. Это связано с тем, что защитные газы, попадая в зону горения дуги, охлаждают дуговой промежуток и дуга плохо возбуждается. Наиболее широко применяются устройства следующих марок: ОСППЗ-300М; УПД-1; ВИР-101; ОСПЗ-2М.

При сварке в среде защитных газов на переменном токе применяют устройство для стабилизации горения дуги, например, стабилизатор – возбудитель дуги ВСД-1.

Сварку можно выполнять как с присадочной проволокой, так и без присадки. При сварке плавящимся электродом в защитных газах дуга образуется между концом непрерывно расплавляемой проволоки и изделием. Сварочная проволока подается в зону горения дуги подающим механизмом со скоростью, равной средней скорости её плавления. Расплавленный металл электродной проволоки переходит в сварочную ванну и таким образом формируется сварной шов.

При этом способе сварки имеются некоторые преимущества:

-обеспечивается высокая производительность сварки;

-представляется возможность производить сварку при повышенной плотности мощности, при этом обеспечивается более узкая зона термического влияния;

-представляется возможность механизированного процесса сварки.

При сварке плавящимся электродом в среде защитных газов различают следующие две основные разновидности процесса: сварка короткой дугой и сварка длинной дугой.

Сварка короткой дугой является естественным импульсным процессом и осуществляется с постоянной скоростью подачи сварочной проволоки. Особенностью этого процесса являются возникающие замыкания дугового промежутка с частотой 150-300 зам/с. При сварке короткой дугой наблюдается мелкокапельный перенос электродного металла с частотой, равной частоте коротких замыканий. Это дает возможность производить сварку при меньших значениях сварочного тока, повысить стабилизацию процесса сварки и снизить потери металла на разбрызгивание.

Сварки длинной дугой – это процесс с редкими замыканиями дугового промежутка (3-10 зам/с). В зависимости от режима сварки, защитного газа и применяемых сварочных материалов наблюдаются различные способы переноса электродного металла в сварочную ванну: крупнокапельный, мелкокапельный, струйный и др.

Определенным недостатком сварки плавящимся электродом в аргоне и смеси аргона с гелием является сложность поддержания струйного процесса переноса электродного металла.

Для повышения стабильности сварки и улучшения формирования сварного шва к аргону добавляют до 5% О₂ или до 20% СО₂.

Технологические особенности процесса сварки в углекислом газе (СО₂).

Сварку в СО₂ обычно выполняют на постоянном токе обратной полярности плавящимся электродом. Основными параметрами режима сварки в СО₂ и его смесях являются полярность и сила тока, напряжение дуги; диаметр, скорость подачи, вылет и наклон электрода; скорость сварки; расход и состав защитного газа.

Сварочный ток и диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и расположения шва в пространстве. Стабильный процесс сварки с хорошими технологическими характеристиками можно получить только в определенном диапазоне силы сварочного тока, который зависит от диаметра и состава электродной проволоки и рода защитного газа.

Величина сварочного тока определяет глубину проплавления и производительность процесса сварки. Величину сварочного тока регулируют изменением скорости подачи сварочной проволоки.

Одним из важных параметров режима сварки в СО₂ является напряжение дуги. С повышением напряжения увеличиваются ширина шва и улучшается его формирование. Однако увеличивается и угар полезных элементов кремния и марганца, повышается чувствительность дуги к «магнитному дутью», увеличивается разбрызгивание металла сварочной ванны. При понижении напряжения дуги ухудшается формирование сварочного шва. Оптимальные значения напряжения дуги зависят от величины сварочного тока, диаметра и состава электродной проволоки, а также от рода защитного газа.

Другие параметры режима сварки в СО₂ находятся в сложной зависимости от различных факторов, влияющих на сварочный процесс. Режим сварки в СО₂ подбирают на основании обобщенных опытных данных.

Перед началом сварки необходимо отрегулировать расход газа и выждать 20-30 секунд до полного удаления воздуха из шлангов. Перед зажиганием дуги необходимо следить, чтобы вылет электрода из мундштука не превышал 20-25 мм. Движение горелки должно осуществляться без задержки дуги на сварочной ванне, так как эта задержка вызывает усиленное разбрызгивание металла. Сварка в нижнем положении производится с наклоном горелки под углом 5-15° вперед или назад. Предпочтительнее вести сварку углом назад, так как при этом обеспечивается более надежная защита сварочной ванны. При механизированной сварке металла малой толщины 1-2 мм поперечных колебательных движений не производят. Сварку ведут на максимальной длине дуги, с максимальной скоростью. При достаточной газовой защите избегают прожогов и обеспечивают нормальное формирование шва. Горелку ведут углом назад, при этом угол наклона составляет 30-45°.

Стыковые соединения при толщине металла 1,5-3 мм сваривают на весу. Более тонкий металл сваривают в вертикальном положении на спуск (сверху вниз), провар достигается за один проход. Сварку соединений внахлестку при толщине металла 0,8-2,0 мм чаще производят на весу и реже – на медной подкладке. При качественной сборке нахлесточных соединений представляется возможным значительно увеличить скорость сварки. Колебательные движения горелкой при сварке больших толщин те же, что и при ручной сварке. При сварке с перекрытием для уменьшения пор применяют продольные колебания горелки вдоль оси шва, что обеспечивает более полное удаление водорода из сварочной ванны.

Сварка в среде СО₂ является высокопроизводительным процессом.

Требования к качеству сборки и подготовки деталей под сварку в СО₂ сварочной проволокой (0,8-2,5 мм) должны соответствовать ГОСТ 14771-76.

Сварка цветных металлов.

Техническая медь маркируется в зависимости от содержания в ней примесей. Сплавы на основе меди в зависимости от состава легирующих элементов относят к латуням, бронзам и медно-никелевым сплавам.

При сварке технической меди и ее сплавов необходимо учитывать их специфические физико-химические свойства; высокую теплопроводность, высокий коэффициент термического расширения, высокую чувствительность к водороду, низкую стойкость швов и околошовной зоны к возникновению горячих трещин, повышенную текучесть и др.

Перед сваркой меди или ее сплавов разделку кромок и основной металл около них на ширине не менее 20 мм очищают от масла, грязи и оксидной пленки, обезжиривают растворителем или бензином. Сварочную проволоку и присадочный металл очищают травлением в водном растворе азотной, серной и соляной кислот с последующей промывкой в воде и щелочи и просушкой горячим воздухом. Для предупреждения пористости кромки детали покрывают специальными флюс – пастами (АН-М15А).

Медь хорошо сваривается в аргоне, гелии и азоте, а также в их смеси. Чаще применяют смесь в составе (70-80%) Ar+(30-20%) N₂. Азот способствует увеличению проплавления меди. Из-за высокой теплопроводности меди трудно получить надежный провар. Поэтому перед сваркой кромки деталей подогревают до температуры 200-500°С. При сварке в аргоне подогрев необходим для деталей толщиной более 4мм, а при сварке в азоте – более 8 мм.

Величину сварочного тока выбирают исходя из диаметра вольфрамового электрода, состава защитного газа (или смеси) и рода тока. Сварку можно производить как на переменном, так и на постоянном токе обратной полярности.

При сварке латуней, бронз и медно-никелевых сплавов предпочтительнее использовать вольфрамовые электроды. В этом случае испарение цинка и олова будет значительно меньше, чем при сварке плавящимся электродами.

Следует учесть, что сварка вольфрамовым электродом током обратной полярности затруднена из-за сильного нагрева электрода и очень малых допустимых токов.

При сварке алюминиевых и магниевых сплавов имеются специфические трудности. Они заключаются в том, что поверхность этих сплавов покрыта тугоплавкой оксидной пленкой, которая препятствует сплавлению металла сварочной ванны с основным металлом. В процессе сварки не всегда удается полностью удалить ее из сварного шва, где она остается в виде неметаллических включений.

При сварке на токе обратной полярности происходит катодная очистка свариваемых поверхностей в зоне горения дуги. Однако действием сварочного тока разрушается лишь сравнительно тонкая оксидная пленка. Толстую пленку оксида алюминия (Al₂O₃) перед сваркой необходимо удалять механическим или химическим путем. Очень важно удалить оксидную пленку с поверхности электродной проволоки малого диаметра из алюминиевых и магниевых сплавов. Подготовка под сварку должна осуществляться особенно тщательно, так как на поверхности оксидной пленки хорошо задерживается атмосферная влага. В процессе сварки влага разлагается и приводит к насыщению металла шва водородом и увеличению пористости металла.

Термически упрочняемые сплавы марок АВ, АК6, АКВ обладают повышенной склонностью к образованию горячих трещин. Для уменьшения склонности к горячим трещинам этих сплавов применяют в качестве присадочного металла сварочную проволоку с содержанием 4-6% Si.

Влияние на качество сварных соединений оказывает и выбор конструктивных элементов разделки кромок, которые определены требованиями ГОСТ 23949-80.

Свариваемые детали собирают так, чтобы были обеспечены минимально возможные зазоры. Если сварку приходится производить без сборочно – сварочных приспособлений, то детали фиксируются с помощью прихваток. Прихватки выполняют той же проволокой, что и сварку.

Наилучшие механические свойства сварных швов обеспечиваются при сварке неплавящимся электродом в среде аргона. Основным достоинством этого способа является высокая устойчивость горения дуги. Питание дуги осуществляется переменным током от источников с падающими внешними характеристиками.

При сварке плавящимся электродом питание дуги осуществляется от источников постоянного тока с жесткой вольт – амперной характеристикой. С целью надежного разрушения оксидной пленки сварку ведут на токе обратной полярности. Сварку выполняют либо в аргоне, либо в смеси аргона и гелием (30% Ar+70% He).

Механизированная дуговая сварка плавящимся электродом в среде защитных газов.

Сущность процесса.

Кромки свариваемого изделия расплавляют дугой, горящей между изделием и плавящейся электродной проволоки, непрерывно поступающей в дугу и служащей одновременно присадочным материалом. Дуга расплавляет проволоку и кромки изделия, образуя сварочную ванну. Дуга, металл сварочной ванны, плавящийся электрод и кристаллизующийся шов защищены от воздействия воздуха газом, подаваемым в зону сварки горелкой. По мере перемещения дуги сварочная ванна кристаллизуется, образуя сварной шов.

Правила эксплуатации горелок.

При изменении диаметра или марки электродной проволоки необходимо заменить направляющую спираль и токоподводящий наконечник.

Перед сваркой продуть горелку сжатым воздухом.

Перед заправкой проволоки в направляющий канал закруглить ее конец напильником.

До начала сварки проверить осевую «игру» (люфт) проволоки в канале горелки (ориентировочно 8-12 мм).

Необходимо постоянно следить за естественным износом токоподводящего наконечника. При чрезмерном износе наконечник заменить.

В процессе сварки следить за надежной затяжкой токоподводящего наконечника.

При сварке регулярно очищать сопло и токоподводящий наконечник от брызг.

Режимы сварки.

Род и полярность тока.

Сварку обычно выполняют на постоянном токе обратной полярности. Иногда возможна сварка на переменном токе. При прямой полярности скорость расплавления в 1,4-1,6 раз выше, чем при обратной, однако дуга горит менее стабильно, с интенсивным разбрызгиванием.

Диаметр электродной проволоки.

Выбирают в пределах 0,5-3,0 мм в зависимости от толщины свариваемого материала и положения шва в пространстве. Чем меньше диаметр проволоки, тем устойчивее горение дуги, больше глубина проплавления и коэффициент наплавки, меньше разбрызгивание. Большой диаметр проволоки требует увеличения сварочного тока.

Сварочный ток.

Устанавливают в зависимости от диаметра электрода и толщины свариваемого металла. Сила тока определяет глубину проплавления и производительность процесса в целом. Ток регулируют скоростью подачи сварочной проволоки. Скорость подачи электродной проволоки устанавливают с таким расчетом, чтобы процесс сварки происходил стабильно, без коротких замыканий и обрывов дуги.

Напряжение на дуге.

С ростом напряжения на дуге глубина проплавления уменьшается, а ширина шва и разбрызгивание увеличивается. Ухудшается газовая защита, образуются поры. Напряжение на дуге устанавливают в зависимости от выбранного сварочного тока и регулируют положением вольт – амперной характеристики, изменяя напряжение холостого хода источника питания.

Вылет электрода.

Расстояние от точки токопровода до торца сварочной проволоки. С увеличением вылета ухудшаются устойчивость горения дуги и формирование шва, интенсивнее разбрызгивается металл. Малый вылет затрудняет процесс сварки, вызывает подгорание газового сопла и токоподводящего наконечника.

Выпуск электрода.

Расстояние от сопла горелки до торца сварочной проволоки. С увеличением выпуска ухудшается газовая защита зоны сварки. При малом выпуске усложняется техника сварки, особенно угловых и тавровых соединений.

Поиск по сайту: