ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Сварка в защитных газах нашла широкое применение в промыш­ленности. Этим способом можно соединять вручную, полуавтомати­чески или автоматически в различных пространственных положе­ниях разнообразные металлы и сплавы толщиной от десятых долей до десятков миллиметров.

v Сущность способа. При сварке в зону дуги 1 через сопло 2 непрерывно подается защитный газ 3 (рис. 36). Теплотой дуги расплавляется осповной металл 4 и, если сварку выполняют
плавящимся электродом, расплавляется и электродная проволока. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизу­ясь, образует шов. При сварке неп да­вящимся электродом электрод не рас­плавляется, а его расход вызван испа­рением металла или частичным оплавле­нием при повышенном допустимом сва­рочном токе.

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Рис. 36. Дугоізая сварка в защитных газах

Образование шва происходит за счет расплавления кромок основного металла или дополнительно вводимого присадоч­ного металла. В качестве защитных газов

применяют инертные (аргон и гелий) и активные (углекислый газ, водород, кислород п азот) газы, а также их смеси (Ат + Не, Лг + С02, Аг + 02, С02 + 02 и др.). По отношению к электроду защитный газ можно подавать центрально или сбоку (рис. 37). Сбоку газ подают при больших скоростях сварки плавящимся электродом, когда при центральной защите надежность защиты нарушается из-за обдувания газа неподвижным воздухом. Сквоз­няки или встетр при сварке, сдувая струю защитного газа, могут резко ухудшить качество сварного шва или соединения. В неко­торых случаях, особенно при сварке вольфрамовым электродом, для получения необходимых технологических свойств дуги, а также с целью экономии дефицитных и дорогих инертных газов используют защиту двумя концентрическими потоками газа.

Для сварки тугоплавких и активных металлов, часто выпол­няемой вольфрамовым электродом, для улучшения защиты нагре­того и расплавленного металлов от возможного подсоса в зону сварки воздуха используют специальные камеры (сварка в контро­лируемой атмосфере). Небольшие детали помещают в специальные камеры, откачивают воздух до создания вакуума до 10 [1] мм рт. ст. и заполняют инертным газом высокой чистоты. Сварку выполняют

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

а) б) е) г)

Рис 37. Подачи защитных газов в зону сварки:

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Рис. 38. Камера с контролируемой атмосферой для ручной дуговой сварки вольфрамовым электродом:

1 — корпус камеры; 2 — смотровое окно; з — рабочие рукава-перчатки сварщика, сое­диненные с корпусом камеры; і — горелка

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

вручную (рис. 38) или автоматически с дистанционным управле­нием.

Для сварки в контролируемой атмосфере крупногабаритных изделий находят применение обитаемые камеры объемом до 450 м3. Сварщик находится внутри камеры в специальном скафандре с индивидуальной системой дыхания. Инертный газ, заполняю­щий камеру, регулярно очищается и частично заменяется. Для доступа сварщика в камеру и подачи необходимых материалов имеется система шлюзов. При крупногабаритных изделиях исполь­зуют переносные мягкие камеры из полиэтилена, устанавливае­мые на поверхности изделия. После их продувки и заполнения защитным газом сварку выполняют вручную или механизиро­ванно. Для этих же целей используют подвижные камеры (рис. 37, г), представляющие собой дополнительную насадку на уширенное газовое сопло горелки. Сварка в этом случае обычно выполняется автоматически.

Теплофизические свойства защитных газов оказывают боль­шое влияние на технологические свойства дуги и форму швов. Например, по сравнению с аргоном гелий имеет более высокий потенциал ионизации и большую теплопроводность при темпера­турах плазмы. Поэтому дуга в гелии более «мягкая». При равных условиях дуга в гелии имеет более высокое напряжение, а обра - I зующийся шов имеет меньшую глубину проплавления и большую ширину. Поэтому гелий целесообразно использовать при сварке! тонколистового металла. Кроме того, он легче воздуха и аргона, что требует для хорошей защиты зоны сварки повышенного его расхода (1,5—3 раза). Углекислый газ по влиянию на форму шва занимает промежуточное положение.

Широкий диапазон используемых защитных газов, обладаю­щих значительно различающимися теплофизическими свойствами, обусловливает большие технологические возможности этого спо-

rof»a как в отношении свариваемых металлов (практически всех), так и их толщин (от 0,1 мм до десятков миллиметров). Сварку можно выполнять, используя также неплавящийся (угольный, вольфрамовый) или плавящийся электрод.

По сравнению с другими способами сварка в защитных газах обладает рядом преимуществ: высокое качество сварных соедине­ний на разнообразных металлах и сплавах различной толщины; возможность сварки в различных пространственных положениях; возможность визуального наблюдения за образованием шва, что особенно важно при полуавтоматической сварке; отсутствие опе­раций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака; высокая производительность и легкость механизации и автоматизации; низкая стоимость при использовании активных защитных газов. К недостаткам способа по сравнению со. сваркой под флюсом относится необходимость применения защитных мер против све­товой и тепловой радиации дуги.

Техника сварки неплавящимся электродом. В настоящее время сварка угольным электродом находит ограниченное применение. В качестве защитного газа в этом случае используют углекислый газ. Хорошие результаты достигаются при автоматической сварке оплавлением отбортованных кромок при изготовлении канистр на специальных установках. Это объясняется образованием окиси углерода (СО) при взаимодействии углекислого газа с твердым углеродом. Окись углерода — эффективный защитный газ, так как он не растворяется в металле и, восстанавливая окислы, улучшает качество металла шва. Следует помнить, что окись углерода очень токсична.

При применении вольфрамового электрода в качестве защит­ных используют инертные газы или их смеси и постоянный или переменный ток. Лучшие результаты при сварке большинства металлов дает применение электродов не из чистого вольфрама, а торированных, итерированных или лантанированных. Добавка в вольфрам при изготовлении электродов 1,5—2% окислов иттрия и лантана повышает их стойкость и допускает применение повы­шенных на 15% сварочных токов. Перед сваркой рабочий конец электрода обычно затачивают на конус с углом 60° на длине двух­трех диаметров. Форма заточки электрода влияет на форму и раз­меры шва. С уменьшением угла заточки и диаметра притупления в некоторых пределах глубина проплавления возрастает.

Технологические свойства дуги в значительной мере опреде­ляются родом и полярностью сварочного тока. При прямой полярности на изделии выделяется до 70% теплоты дуги, что обес­печивает глубокое проплавление основного металла. При обрат­ной полярности напряжение дуги выше, чем при прямой поляр­ности. На аноде — электроде выделяется большое количество энергии, что приводит к значительному его разогреву и возмож­ному оплавлению рабочего конца. Ввиду этого допустимые плот­ности сварочного тока понижены (табл. 3). Дугу постоянного тока

обратной полярности с вольфрамовым электродом в практике используют ограниченно.

Таблица 3. Допустимая сила сварочного тока для ввльфрамовыж электродов

Род

Защитный газ

Сила сварочного тока (А) при дшаметре алектрода (мм)

1—2

[3

4

5

с

Переменный

Аргон................

20-100

100—160

140—220

220—280

250-300

Гелий.................

10-60

60-100

100—160

160—200

200—250

Постоянный

Аргон................

65- 150

140-180

250 340

300- -400

350—450

прямой

полярности

Гелий. .....

50 110

100- 200

200 -30U

250—350

300—400

Постоянный

Аргон. ....

10—30

20—40

30—50

40-80

60-100

обратной

полярности

Гелий.................

10-20

15-30

20—40

30—70

40—80

Примечание. При применении иттрированных и лантанированных электродов силу сварочпого тока допустимо увеличивать на 15%.

При использовании переменного тока полярность электрода и изделия меняется с частотой тока. Поэтому количество теплоты, выделяющейся на электроде и изделии, примерно одинаково. Электропроводность дуги различна в различные полупериоды полярности переменного тока. Она выше в те полупериоды, когда катод на электроде (прямая полярность) и дуговой разряд про­исходит в основном за счет термоионной эмиссии ввиду высокой температуры плавления и относительно низкой теплопроводности вольфрама. В полупериоды, когда катод на изделии, электропро­водность дуги ниже, напряжение, требуемое для возбуждения дуги, выше, поэтому ее возбуждение происходит с некоторым опо­зданием (рис. 39).

В соответствии с различным напряжением дуги в разные полу - перподы переменного тока различна и величина сварочного тока, т. е. в сварочной цепи появляется постоянная составляющая тока. В данном случае мы имеем дело с выпрямляющим (вентильным) эффектом рассматриваемого типа дуги, вызванным различием теп­лофизических свойств электрода и изделия. Величина постоянной составляющей зависит от величины сварочного тока, скорости сварки, свариваемого металла и т. д. Ее наличие ухудшает каче­ство сварных швов па алюминиевых сплавах и снижает стойкость вольфрамового электрода. Для уменьшения величины постоянной составляющей тока применяют различные способы (см. гл. IV).

Интересной разновидностью применения вольфрамового элек­трода является сварка погруженной дугой (рис. 40), при которой используют электрод повышенного диаметра и повышенный сва­рочный ток. Соединение собирают встык без разделки кромок, без зазора. При увеличении подачи защитного газа 1 через сопло

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Рис. 40. Сварки в защитных газах вольфрамовым электродом погру­женной дугой

ГГ

до 40—50 л/мин дуга обжима - і'тсл газом, что повышает ее температуру. Как и в плазма - тропах, проходящий через дугу газ, нагреваясь, увеличивает свой объем и приобретает свой­ства плазмы. Давление защит­ного газа и дуги 2, вытесняя расплавленный металл 4 из-под дуги, способствует ее углубле­нию в основной металл 3.

Таким образом, дуга горит в образовавшейся в металле полости. Это позволяет опус­тить электрод так, чтобы дуга горела ниже поверхности ме­талла (погруженная в металл дуга). Образующаяся ванна расплавленного металла при кристаллизации образует шов. Этим способом можно сваривать титан, алюмипий, высоколеги­рованные стали и другие ме­таллы толщиной до 3(5 мм с двух сторон (чем меньше плотность свариваемого металла, тем больше толщина). Шов при атом имеет специфическую боч­кообразную форму, определяе­мую тем, что дуга горнт ниже верхней плоскости металла.

Сварку погруженной дугой можно осуществлять и в вер­тикальном положении на подъ­ем. В этом случае расплав­ленный металл сварочной ван­ны, стекая вниз, удерживается кристаллизатором (медным ох­лаждаемым водой кокилем), который и формирует прину­дительно шов. Сварка возмож­на с одпой стороны с непол­ным проплавлением или за два прохода с двух сторон с не­полным проплавленнем в каж­дый проход. При сварке погру­женной дугой применяют вход­ные и выходные планки для вы-

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Рис. 39. Асимметрия дуги перемен­ного тока при сварке вольфрамовым электродом в среде аргона; U, KT — напряжение источника сварочного тока; £7д — напряжение дуги; /д — ток дуги

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Рис. 41. Сварка полым вольфрамо­вым электродом в вакууме:

і — полый катод; 2 — вакуумная камера; 3 — дозирующее устройство; 4 — баллон с инертным газом; 5 — насос; в — дуга; 7 — свариваемое изделие; 8 — источник тока

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

ШИЕ

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Рис. 42. Изменение сварочпого тока и напряжения при импульсной сварке вольфрамовым электродом (и); /св — сварочный ток; /лсж — ток дежурной дуги; in — время паузы; гс„ — время сварки (/сн + tn — ta — время цикла); швы в плоскости (б) и продольном сечении (б)

□55353Х!

в)

вода дефектных начального (неполный провар) и конечного (уса­дочная раковина) участков шва.

Другой разновидностью сварки вольфрамовым электродом яв­ляется сварка полым вольфрамовым электродом в вакууме (рис. 41). Возбуждение и поддержание дуги в вакууме 10 :1 мм рт. ст. пред­ставляет определенные трудности, так как тлеющий разряд пере­ходит на стенки камеры. Подача в рассматриваемом способе сварки дозируемого количества газа в полость электрода стаби­лизирует катодное пятно на внутренней поверхности электрода. Перемещение катода по внутренней полости вызывает разогрев электрода до яркого свечения. При силах тока свыше 50 А дуга представляет собой голубоватый разряд, цилиндрический по форме на всей длине дуги.

Можно предполагать, что газ, подаваемый в полость элект­рода, ионизируясь, приобретает свойства плазмы. Количество газа, подаваемое в полость электрода, должно обеспечивать давление газа в камере меньше 50 мм рт. ст. При больших давле­ниях катодное пятно выходит на торец электрода и хаотически перемещается по нему. Давление в камере 10~2—10~4 мм рт. ст. при расходе газа 0,01—0,1 л/мин создает наилучшие условия повышения концентрации дугового разряда. Применение подоб­ного способа сварки имеет определенные металлургические преи­мущества, так как способствует удалению газов из расплавлен­ного металла и уменьшает угар легирующих элементов. Этим способом можно сваривать различные металлы и сплавы толщи­ной до 15 мм.

В последние годы для сварки тонколистового металла находит применение импульсная дуга. Основной металл расплавляется дугой, горящей периодически отдельными импульсами постоянного тока (рис. 42, а) с определенными интервалами во времени. При боль­шом перерыве в горении дуги (/,,) дуговой промежуток деионизи­руется, что приводит к затруднению в повторном возбуждении дуги. Для устранения этого недостатка постоянно поддерживается вторая, обычно маломощная дежурная дуга от самостоятельного

источника питания. На эту дугу и накладывается основная им­пульсная дуга. Дежурная дуга, постоянно поддерживая термо­электронную эмиссию с электрода, обеспечивает стабильное воз­никновение основной сварочной дуги.

Шов в этом случае состоит из отдельных перекрывающих друг друга точек (ряс. 42, б и в). Величина перекрытия зависит от металла и его толщины, силы сварочного тока и тока дежурной дуги, скорости сварки и т. д. С увеличением силы тока и дли­тельности его импульса ширина шва и глубина проплавления уве­личиваются (рис. 43). Размеры шва в большей степени зависят от силы тока, чем от длительности его импульса. Благоприятная форма отдельных точек, близкая к кругу, уменьшает возможность вытекания расплавленного металла из сварочной ванны (про­жога). Поэтому сварку легко выполнять на весу без подкла­док при хорошем качестве во всех пространственных положе­ниях.

Представляет определенный интерес использование внешнего магнитного поля для отклонения или перемещения непрерывно горящей дуги. Внешнее переменное или постоянное магнитное ноле, параллельное или перпендикулярное к направлению сварки, создается П-образными электромагнитами. При использовании постоянного магнитного поля дугу можно отклонить в любую сторону относительно направления сварки. При отклонении дуги в сторону направления сварки (магнитное поле также параллельно направлению сварки) наблюдается такой же эффект, как и при сварке наклонным электродом — углом вперед. В этом случае уменьшается глубина проплавлення. При отклонении дуги в об­ратном направлении наблюдается увеличение глубины проплав­лення, как при сварке с наклоном электрода углом назад.

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Рис. 43. Зависимость размеров шва от основных параметров импульсно-дуговой сварки

При переменном внешнем магнитном поле дуга колеблется с частотой внешнего магнитного поля. В результате изменяются условия ввода теплоты в изделие и, в частности, ее распределение по поверхности. При колебании дуги і олерек направления сварки увеличивается ширина шва и уменьшается глубина проплавлення. Это позволяет сваривать тонколистовой металл. Удобно исполь­зовать этот способ для сварки разнородных металлов (например, меди и стали и др.) небольшой толщины при отбортовке кромок.

Колебания, сообщаемые расплавленному металлу сварочной ванны, изменяют характер его кристаллизации и способствуют измельчению зерна. В результате улучшаются свойства наплав­ленного металла. Поэтому этот способ используют при сварке металлов, характеризующихся крупнозернистым строением ме­талла шва, таких как алюминий, медь, титан и их сплавы. Имеется положительный оныт использования способа и при сварке высокопрочных сталей и сплавов.

Сварка волх>фрамовым электродом обычно целесообразна для соединения металла толщиной 0,1—6 мм. Однако ее можно при­менять и для больших толщин. Сварку выполняют без присадки, когда шов формируется за счет расплавления кромок, и с допол­нительным присадочным металлом, предварительно уложенным в разделку или подаваемым в зону дуги в виде присадочной проволоки. Угловые и стыковые швы во всех пространственных положениях выполняют вручную, полуавтоматически и автома­тически.

Для получения качественной сварки, особенно тонколистовых конструкций, следует обеспечивать точную подготовку и сборку кромок прихватками вручную вольфрамовым электродом или в специальных сборочно-сварочных приспособлениях.

Загрязнение рабочего конца электрода понижает его стойкость (образуется сплав вольфрама с более низкой температурой плав­ления) и ухудшает качество шва. Поэтому дугу возбуждают без прикосновения к основному металлу или присадочной проволоке, используя осциллятор. При правильном выборе силы сварочного тока рабочий конец электрода расходуется незначительно и долго сохраняет форму заточки.

Качество шва в большой степени определяется надежностью оттеснения от зоны сварки воздуха. Необходимый расход защит­ного газа устанавливают в зависимости от состава и толщины свариваемого металла, типа сварного соединения и скорости сварки. Соединения на рис. 44, о и б для достаточной защиты требуют нормального расхода газов. Типы соединений на рис. 44, в и г требуют повышенного расхода защитного газа, поэтому при сварке этих соединений рекомендуется применять экраны, устанавливаемые сбоку и параллельно шву. Поток за­щитного газа при сварке должен надежно охватывать всю область сварочной ванны, разогретую часть присадочного прутка и элект­род. При повышенных скоростях сварки поток защитного газа

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Рис. 44. Расположение границы защитной струн газа при сварке соединений различных типов

может оттесняться воздухом. В этих случаях следует увеличивать расход защитного газа.

При сварке многопроходных швов с V - или Х-образной раз­делкой кромок первый проход часто выполняют вручную или механизированно без присадочного металла на весу. Разделку заполняют при последующих проходах с присадочным металлом. Для формирования корня пгва можно использовать медные или стальные съемные подкладки, флюсовую подушку. В некоторых случаях возможно применение и остающихся подкладок. При сварке активных металлов необходимо не только получить хо­роший провар в корне шва, но и обеспечить защиту от воздуха с обратной стороны расплавленного и нагретого металлов. Это достигается использованием медных или других подкладок с ка­навками, в которые подается защитный инертный газ (рис. 45). Эта же цель в некоторых случаях достигается при использовании флюсовых подушек.

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Рис 4о Подкладки дли защиты от воздуха обрат­ной стороны шва при сварке:

°)

а — односторонней; б — двусторонней;

1 — медная подкладка; 2 — защитный газ; 3 —; сваривае­мый металл; 4 — заншмиое приспособление

При сварке труб или закрытых сосудов газ пропускают внутрь сосуда. Инертные газы, увеличивая поверхностное натяжение расплавленного металла, улучшают формирование корня шва. Поэтому их поддув используют при сварке сталей на весу. При сварке на весу, особенно без присадочного металла, следует тща­тельно поддерживать требуемую величину зазора между кром­ками.

При соединении встык метал­ла толщиной до 10 мм ручную сварку ведут справа налево (рис. 46). При сварке металла мень­шей толщины угол между горел­кой и изделием устанавливают равным 60°. При сварке изделий больших толщин применяют пра­вый способ; угол между горелкой и изделием, так же как и при сварке угловых соединений, ус­танавливают равным 00°.

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Рис. 46. Расположение горелки и присадочного прутка при руч­ной аргонодуговой сварке:

1 — электрод; 2 — присадочный пру­ток; 3 — защитный газ; 4 — сопло

Присадочный пруток при руч­ной сварке тонколистового ма­териала вводят не в столб дуги, а несколько сбоку возвратно - поступательными движениями; при сварке металла большей тол­щины — поступательно-поперечными перемещениями. При сварке многослойных швов отдельные валики рекомендуется выполнять не на всю ширину разделки (многопроходными).

При автоматической и полуавтоматической сварке электрод располагают перпендикулярно к поверхности изделия. Угол между ним и присадочной проволокой (обычно диаметром 2—4 мм) дол­жен приближаться к 90°. В большинстве случаев направление сварки выбирают таким, чтобы присадочный пруток находился впереди дуги (подавался в головную часть сварочной ванны).

При автоматической и полуавтоматической сварке вертикаль­ных швов на спуск, если сварочная ванна имеет значительные размеры, возможно затекание расплавленного металла под воль­фрамовый электрод, что резко уменьшает глубину проплавления и может привести к короткому замыканию. Вылет конца элект­рода из сопла не должен превышать 3—5 мм, а при сварке угло­вых швов и стыковых с глубокой разделкой — 5—7 мм. Длина дуги должна поддерживаться в пределах 1,5—3 мм. Для преду­преждения непровара в начале и конце шва рекомендуется при­менять выводные планки. Обрывать дугу следует постепенным ее удлинением, а при автоматической сварке — уменьшением силы сварочного тока. Для предупреждения окисления вольфрама и защиты расплавленного металла в кратере после обрыва дуги защитный газ выключают через 5—10 с. Защитный газ включают за 15—20 с до возбуждения дуги для продувки шлангов от воз­духа.

Техника сварки плавящимся электродом. В зависимости от свариваемого металла и его толщины в качестве защитных газов используют инертные, активные газы или их смеси. 13 силу физи­ческих особенностей стабильность дуги и ее технологические свой­ства выше при использовании постоянного тока обратной поляр­ности. При использовании постоянного тока прямой полярности количество расплавляемого электродного металла увеличивается

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Гиг,. 47. Осноппме формы рас­плавления и переноса элект­родного металла:

и — короткими замыканиями; б — ни цельный; в — струйный

ил 25—30%, но резко сни­жается стабильность дуги я повышаются потери ме­талла на разбрызгивание.

11римепенио переменного тока невозможно из-за не­стабильного горения дуги.

При сварке плавящим­ся алектродом шов обра­зуется за счет проплав­лення основного металла талла — электродной

и расплавления дополнительного ме - проволоки. Поэтому форма и размеры шва, помимо прочего (скорости сварки, пространственного по­ложения электрода и изделия и др.), зависят также от харак­тера расплавления и переноса электродного металла в сварочную напну. Характер переноса электродного металла определяется а основном материалом электрода, составом защитного газа, плотностью сварочного тока и рядом других факторов.

Можно выделить три основные формы расплавления электрода и переноса электродного металла в сварочную ванну. Процесс сварки с периодическими короткими замыканиями характерен для сварки электродными проволоками диаметром 0,5—1,6 мм при короткой дуге с напряжением 15—22 В. После очередного короткого замыкания (I и II на рис. 47, а) силой поверхностного натяжения расплавленпый металл на торце электрода стягивается в каплю. В результате длина и напряжение дуги становятся мак­симальными.

Во все стадии процесса скорость подачи электродной прово­локи постоянна, а скорость ее плавления изменяется и в пе­риоды III и IV меньше скорости подачи. Поэтому торец элект­рода с каплей приближается к сварочной ванне (длина дуги и со напряжение уменьшаются) до короткого замыкания (F). При коротком замыкании резко возрастает величина сварочного тока и, как результат этого, сжимающее действие электромагнитных ті л, совместное действие которых разрывает перемычку жидкого металла между электродом и изделием. Во время короткого замы- каппн капля расплавленного электродного металла переходит и сварочную ванну. Далее процесс повторяется.

Частота периодических замыканий дугового промежутка может изменяться в пределах 90—450 в секунду. Для каждого диаметра электродной проволоки в зависимости от его материала, защит­ного газа и т. д., существует диапазон сварочных токов, в кото-

ром возможен процесе свар­ки с короткими замыкания­ми. При оптимальных пара­метрах процесса сварка воз­можна в различных прост­ранственных положениях, а потери электродного метал­ла на разбрызгивание не превышают 7%. Периодиче­ские короткие замыкания могут осуществляться и при­нудительно, например меха­ническим путем (вибродуго - вая наплавка).

иг, в

JT

£

тп Л_

Рис. 48. Изменение тока п напряжения дуги при импульсно-дуговой сварке; /п, Un — ток и напряжение основной дуги; U„ — ток и напряженно дуги во время импульса; Тп, — длитель­ность паузы и импульса

Увеличение плотности сварочного тока и длины (напряжения) дуги ведет к изменению характера расплавления и переноса электродного металла, перехода от сварки короткой дугой с короткими за­мыканиями к процессу с редкими короткими замыканиями или без них. В сварочную ванну электродный металл перено­сится нерегулярно, отдельными крупными каплями различ­ного размера (рис. 47, б), хорошо заметными невооруженным глазом. При этом ухудшаются технологические свойства дуги, затрудняется сварка в потолочном положении, а потери электрод­ного металла на угар и разбрызгивание возрастают до 15%.

Для улучшения технологических свойств дуги применяют периодическое изменение ее мгновенной мощности — импульсно­дуговая сварка (рис. 48). Теплота, выделяемая основной дугой, недостаточна для плавления электродной проволоки со скоростью, равной скорости ее подачи. Вследствие этого длина дугового промежутка уменьшается. Под действием импульса тока про­исходит ускоренное расплавление электрода, обеспечивающее формирование капли на его конце. Резкое увеличение электро­динамических сил сужает шейку капли и сбрасывает ее в направлении сварочной ванны в любом пространственном по­ложении.

Можно использовать одиночные импульсы (рис. 48) или группу импульсов с одинаковыми и различными параметрами. В послед­нем случае первый или первые импульсы ускоряют расплавление электрода, а последующие сбрасывают каплю электродного ме­талла в сварочную ванну. Устойчивость процесса зависит от соот­ношения основных параметров (величины и длительности импуль­сов и пауз). Соответствующим подбором тока основной дуги и импульса можно повысить скорость расплавления электродной проволоки, изменить форму и размеры шва, а также уменьшить нижний предел сварочного тока, обеспечивающий устойчивое горение дуги.

При достаточно высоких плотностях постоянного по величине (без импульсов или с импульсами) сварочного тока обратной по­лярности и при горении дуги в инертных газах может наблю­даться очень мелкокапельный перенос электродного металла. Название «струйный» он получил потому, что при его наблюде­нии невооруженным глазом создается впечатление, что расплав­ленный металл стекает в сварочную ванну с торца электрода непрерывной струей (рис. 47, в). Изменение характера переноса электродного металла с капельного на струйный происходит при увеличении силы сварочного тока до «критического» для данного диаметра электрода.

Величина критического тока уменьшается при активи ровапии электрода (нанесении на его поверхность тем или иным способом некоторых легкоионизирующих веществ), увеличении вылета электрода. Изменение состава защитного газа также влияет на величину критического тока. Например, добавка в аргон до 5% кислорода снижает значение критического тока. При сварке в угле­кислом газе без применения специальных мер получить струй­ный перенос электродного металла невозможно. Он не получен и при использовании тока прямой полярности.

При переходе к струйному переносу поток газов и металла от электрода в сторону сварочной ванны резко интенсифицируется благодаря сжимающему действию электромагнитных сил. В ре­зультате под дугой уменьшается прослойка жидкого металла, в сварочной ванне появляется местное углубление. Повышается теплопередача к основному металлу, и шов приобретает специ­фическую форму с повышенной глубиной нроплавления по его оси. При струйном переносе дуга очень стабильна — колебаний сварочного тока и напряжений не наблюдается. Сварка возможна во всех пространственных положениях.

При сварке плавящимся электродом, так же как и при сварке иеплавящимся электродом, внешние магнитные поля отклоняют дугу. Однако эффект от использования внешнего магнитного ноля наблюдается при сварке длинной дугой и наиболее заметен при струйном переносе электродного металла. В этом случае расплавленный торец электрода колеблется синхронно с частотой внешнего магнитного поля. При поперечных колебаниях увели­чивается ширина шва и уменьшается глубина проплавлення. В ре­зультате образующийся шов не имеет повышенной глубины про­плавления по его оси.

Изменять технологические характеристики дуги можно, ис­пользуя центральную подачу защитного газа с высокой скоростью. Высокие скорости истечения газа при обычных расходах дости­гаются применением сопл с уменьшенным выходным отверстием. Обдувание дуги газом способствует уменьшению ее поверхности, т. е. сжатию. В результате ввод теплоты дуги в изделие стано­вится более концентрированным. Кинетическим давлением по­тока газа расплавленный металл оттесняется из-под дуги, и дуга углубляется в изделие. В результате глубина проплавления уве­личивается в 1,5—2 раза. Однако при этом повышается и воз­можность образования в швах дефектов.

В последние годы в отечественной и зарубежной практике находит применение способ сварки но узкому или щелевому зазору. При этом способе изделия толщиной до 200 мм без скоса кромок собирают с зазором между ними 6—12 мм. Сварку осу­ществляют на автоматах плавящимся и неплавяпщмся электро­дом, одной или двумя последовательными дугами (при плавя­щемся электроде сварочные проволоки диаметром до 2 мм). При сварке сталей плавящимся электродом для защиты лучше исполь­зовать смесь из 75—80% аргона и 25—20% углекислого газа. Для сварки алюминия и его сплавов применяют смесь аргона и гелия. Разделку заполняют путем наложения одинаковых по сечению валиков (см. рис. 9, а). Метод характеризуется уменьшенной протяженностью зоны термического влияния и равномерной мелко­кристаллической структурой швов. Возможна сварка не только в нижнем, но и в других пространственных положениях.

Экономичность способа определяется уменьшением числа про­ходов в шве за счет отсутствия разделки кромок. Повышение производительности достигается также повышением скорости расплавления электродной проволоки с увеличенным вылетом. Нагрев электрода в вылете протекающим по нему сварочным током обеспечивает повышение коэффициента расплавления. Однако при этом уменьшается глубина проплавления, поэтому способ целесообразно применять для сварки швов, требующих большого количества наплавленного металла.

При сварке плавящимся электродом в защитных газах зави­симости формы и размеров шва от основных параметров режима такие же, как и при сварке под флюсом (см. рис. 28). Для сварки используют электродные проволоки малого диаметра (до 3 мм). Поэтому швы имеют узкую форму провара и в них может наблю­даться повышенная зональная ликвация (см. рис. 29). Применяя поперечные колебания электрода (см. рис. 30, а), изменяют форму шва и условия кристаллизации металла сварочной ванны и умень­шают вероятность зональной ликвации. Имеется опыт примене­ния для сварки в углекислом газе электродных проволок диа­метром 3—5 мм. Сила сварочного тока в этом случае достигает 2000 Л, что значительно повышает производительность сварки. Одиако при подобных форсированных режимах наблюдается ухуд­шенное формирование стыковых швов и образование в них под­резов. Формирование и качество угловых швов вполне удовлет­ворительны.

Ввиду высокой проплавляющей способности дуги повышаются требования к качеству сборки кромок под сварку. Качественный провар и формирование корня шва обеспечивают теми же прие­мами (см. рис. 16, 17 и 45), что и при ручной сварке или сварке под флюсом (подкладки, флюсовые и газовые подушки и т. д.).

С уменьшением плотности тока стабильность дуги понижается (табл. 4). Величина вылета электрода также влияет на стабиль­ность процесса и размеры шва. Ниже приведен оптимальный вылет плавящегося электрода при сварке в защитных газах:

Диаметр электродной проволоки, мм 0,5 0,8 1,0 1,6 2,0

Вылет электрода, мм. . 5—7 6—8 8- 10 10—12 12—14

Расстояние от сопла горелки до изделия обычно выдерживают п пределах 8—15 мм. Токоподводящий наконечник должен на­ходиться па уровне краев сопла или утапливаться до 3 мм. При сварке угловых и стыковых швов с глубокой разделкой допу­скается выступание токоподводящего наконечника из сопла на

Таблица 4. Величина минимального тока (А), при котором обеспечивается стабильное горение дуги

(электрод, плавящийся из низколегированной стали)

Диаметр элек­тродной про­волоки, мм

Аргон

Углекислый

газ

0,6

30

35

1.0

50

60

1.6

00

00

2,0

120

120

5—10 мм. Полуавтомати­ческую сварку в нижнем положении можно выпол­нять правым или левым методом, узким валиком или с поперечными коле­баниями.

При сварке тонколис­тового металла электрод отклоняют от вертикали на 20—30° в сторону на­правления сварки. При сварке угловых швов в соединениях с вертикаль­ной стенкой держатель дополнительно отклоняют от вертикальной стенки па угол 30— 45°. Вертикальные швы на тонколистовом металле обычно выпол­няют на спуск (электрод под углом назад для лучшего удержания расплавленного металла от стекания). Сварку на подъем приме­няют при необходимости обеспечить глубокий провар кромок. Мри сварке горизонтальных швов электрод располагают па ниж­ней части кромок и перемещают с поперечными колебаниями. Потолочные швы выполняют вертикальным электродом или с на­клоном углом назад с поперечными колебаниями.

Сущность н техника сварки электрозаклепками. Сварная точка образуется за счет теплоты неподвижной дуги, обеспечивающей сквозное проплавление верхнего листа и сквозное или частичное проплавление нижнего. В зону дуги и сварочной ванны подают защитные газы или их смеси. В отличие от контактной дуговая сварка возможна при одностороннем подходе к месту соединения, что не ограничивает размеры изделия. Сварка электрозаклепок возможна вольфрамовым электродом на углеродистых, корро­зионно-стойких сталях и титановых сплавах. Из-за недостаточ­ной очистки поверхности алюминиевых сплавов катодным распы­лением их сварка этим способом затруднена.

Рис. 49. Типы газовых наса­док для сварки электрозакле­пок вольфрамовым электродом:

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

а и б — нахлесточные соединения; в и г — угловые соединения

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Сварку можно выпол­нять в любом пространст­венном положении. Для получения хорошего про­вара и формирования го­ловки заклепки соедине­ние следует собирать с минимальным зазором ме­жду листами. Качество соединений и их механи­ческие свойства зависят главным образом от силы сварочного тока, времени горения дуги и ее длины. Для регулирования времени горения дуги служат реле. При использовании в качестве защитного газа гелия диаметр заклепки получается больше, а глубина проплавления меньше, чем при использовании аргона.

Для вольфрамового электрода необходимы инертные газы, постоянный ток прямой полярности и специальной конструкции сварочные пистолеты, с помощью которых поджимают верхний лист к нижнему, закрепляют электрод, подводят сварочный ток и защитный газ. Хорошее качество заклепок достигается при тол­щине верхнего листа до 2 мы. Во избежание загрязнения электрода дугу возбуждают с помощью осциллятора, который автоматически отключается.

При увеличении силы сварочного тока при сварке листов рав­ной толщины обычно увеличивается диаметр заклепки. Если нижний лист имеет большую толщину, растет и глубина пропла­вления. То нее наблюдается и при увеличении времени горения дуги. Для обеспечения хорошей защиты зоны сварки применяют различные типы газовых сопл-насадок (рис. 49). Для предупре­ждения образования подрезов, трещин и пор в заклепке, вызван­ных высокой скоростью кристаллизации металла, применяют повторное кратковременное возбуждение дуги или плавное умень­шение сварочного тока. При применении плавящегося электрода шов образуется за счет проплавления основного металла и рас­плавления электродной проволоки диаметром до 2 мм. Сварку можно выполнять с предварительной пробивкой отверстия в верх­нем листе или без него. Благодаря большей глубине проплавле­ння при сварке в углекислом газе, чем под флюсом, без пробивки отверстия можно сваривать соединения с толщиной верхнего листа до 8 мм. Сварку выполняют при несколько повышенном па - пряжении дуги на обычных полуавтоматах, снабженных специаль-
тгыми насадками для опирания держателя на поверхность изделия. Для сварки используют постоянный ток обратной полярности. Возможна также сварка алюминия и его сплавов.

Техника сварки стыков труб. Сварка стыков труб в поворот­ном положении вручную или механизированно не представляет значительных трудностей - Однако швы выполняются только с од­ной наружной стороны, что препятствует провару корпя шва и формированию обратного валика на весу без применения специаль­ных приспособлений.

Применение при автоматической сварке поперечных колебаний электрода значительно облегчает провар корня шва и формиро­вание швов в последующих проходах. Амплитуда и частота попе­речных колебаний электрода зависят от ширины разделки и пара­метров режима. Сборку труб под сварку осуществляют в спе­циальных центраторах или на прихватках. При сварке вольфра­мовым электродом прихватки выполняют длиной до 15 мм обычно без присадочной проволоки за счет оплавления кромок. При сварке прихватки следует полностью переваривать. Для преду­преждения вытекания расплавленного металла из сварочной ванны электрод смещают с зенита навстречу вращению труб. Величина смещения зависит от диаметра труб и режима сварки.

Сварку неповоротных стыков труб осуществляют в различ­ных пространственных положениях. Ручную сварку вольфрамо­вым электродом выполняют без разделки или с V-образной раз­делкой кромок, используя присадочную проволоку диаметром 1,2—3 мм. Трубы с толщиной стенки до 1,5 мм сваривают в один проход, при большей толщине — в несколько проходов. Сварку труб диаметром 108 мм и выше следует выполнять вразброс. При толщине стенки более 8 мм возможно применение комбинирован­ного способа — первый проход вручную вольфрамовым электро­дом, а остальные полуавтоматически или автоматически плавя­щимся электродом. Полуавтоматическую сварку неповоротных стыков труб в практике не применяют.

Автоматическую сварку вольфрамовым электродом выполняют различными способами. Трубы диаметром 8—26 мм с толщиной стенки 1—2 мм можно сваривать без разделки кромок и без при­садочной проволоки. Однако в процессе сварки наблюдается постепенное увеличение ширины шва и глубины проплавления ввиду разогрева трубы. Поэтому необходимо изменять в процессе сварки ее скорость — использовать установки с программиро­ванием скорости сварки. Однако и в этом случае шов практически не имеет усиления.

При сварке методом «автоопрессовки» получение усиления достигается за счет пластической деформации нагретого металла в направлении, перпендикулярном оси трубы, при многократном нагреве металла в месте стыка. Этим способом можно сваривать трубы из металла с большим коэффициентом линейного расшире­ния. Сварку первого слоя рекомендуется выполнять короткой
дугой длиной до 1,2 мм на макси­мально возможной скорости для получения узких швов с непол­ным проваром. Остальные три - пять проходов выполняют для получения усиления шва.

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

с;

Рис. 50. Подготовка стыков труб для сварки вольфрамовым элек­тродом в среде защитных газов

Этим способом сваривают тру­бы диаметром 20—57 мм с тол­щиной стенки 2—3,5 мм. Трубы диаметром 8—26 мм с толщиной стенки 1—2,5 мм можно сваривать с подготовкой кромок с приса­дочным выступом (рис. 50, а), создаваемым путем раскатки торца трубы. Усиление шва создается благодаря расплавлению металла присадочного выступа. Сварку обычно выполняют за один про­ход. Трубы большого диаметра и с большей толщиной стенки сваривают, используя расплавляющееся подкладное кольцо (рис. 50, б), служащее для хорошего формирования обратного валика. Первый проход выполняют без присадочной проволоки. При этом следят за полным расплавлением подкладного кольца и прилегающей части кромок. Последующие проходы выполняют с присадочной проволокой или плавящимся электродом.

При всех этих способах для улучшения формирования обрат­ного валика используют поддув защитного газа с обратной сто­роны или заполнение им части труб, ограниченной заглушками различной конструкции. Более ограниченное применение в прак­тике находит сварка неповоротных стыков труб плавящимся электродом. Это вызвано трудностью получения хорошего про­вара корня шва и формирования обратного валика. Обычно сварку ведут с поперечными колебаниями электрода или без коле­баний и без скоса кромок по щелевому зазору определенного размера.

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ТРЕБОВАНИЙ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДАХ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

При ручной дуговой сварке мелких изделий рабочее место свар­щика и сборщика: кабина 2x2 или 2 х 3 м с подвижной бре­зентовой занавеской. Кабина оборудуется (рис. 191, а) поворот­ным столом 1, …

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И НОРМАТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ

В ГОСТ 12.0.002—74 даны следующие определения: «Техника безопасности — это система организационных и технических меро­приятий и средств, предотвращающих воздействие на работаю­щих опасных производственных факторов» и «Охрана труда — это система …

СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА ОСОБЫХ СПОСОБОВ НАПЛАВКИ

Кроме описанных выше основных способов наплавки, достаточно широко применяемых в промышленности, имеется ряд других, имеющих ограниченное применение. Это наплавка с разделен­ными процессами тепловой подготовки наплавляемого металла и наплавляемой детали, наплавка …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.