Сварка и наплавка деталей в среде защитных газов

При сварке и наплавке  в среде защитных газов в зону горения дуги под небольшим давлением подается газ, который вытесняет воздух из этой зоны и защищает сварочную ванну от кислорода и азота воздуха.

В зависимости от применяемого газа сварка разделяется на сварку в активных (СО₂, Н₂, и др.) и инертных (He, Ar, Ar + He и др.) газах. Сварку (наплавку) можно осуществлять как плавящимся, так и неплавящимся электродами.

Наибольшее распространение при восстановлении деталей машин получили сварка и наплавка в среде углекислого газа СО₂ с использованием плавящихся электродов (проволоки) с защитой сварочной ванны от воздуха углекислым газом. Такой способ является самым дешевым при сварке углеродистых и низколегированных сталей. Поэтому по объему производства он занимает одно из первых мест среди механизированных способов сварки плавлением.

При сварке (наплавке) в среде углекислого газа (рис. 3) из сопла горелки 2, охватывающей поступающую в зону горения дуги электродную проволоку 4, вытекает струя защитного газа 6, оттесняя воздух из сварочной ванны.

В процессе сварки углекислый газ под действием высоких температур диссоциирует: 2СО₂ → 2СО+О₂, поэтому сварка идет не в чистом углекислом газе, а в смеси газов СО₂, СО и О₂. В этом случае обеспечивается практически полная защита расплавленного металла от азота воздуха, но сохраняется почти такой же окислительный характер газовой смеси, каким он был бы при сварке голой проволокой без защиты от атмосферного воздуха.

Следовательно, при сварке и наплавке в среде СО₂ необходимо предусматривать меры по раскислению наплавляемого металла. Эта задача решается использованием сварочных проволок диаметром d_э = 0,8–2,0 мм, в состав которых входят элементы-раскислители. Чаще всего это – кремний (0,6–1,0 %) и марганец (1,0–2,0 %).

Наибольшее распространение при сварке в среде СО₂ нашли электродные проволоки сплошного сечения Св-08ГС, Св-08Г2С, СВ-10ГС, Св-18ХГС и др. Кроме проволок сплошного сечения, часто используются порошковые проволоки типа ПП-АН4, ПП-АН5, ПП-АН8, ПП-3Х2В8Т и др. Для наплавки используются проволоки сплошного сечения Св-08Г2С (твердость наплавленного слоя НВ 200–250), Св-10ХГ2С (НВ 200–250), Св-18ХГСА (НВ 300–400, после закалки – HRC 42–45), Св-10Х13, Н2Х13 (HRC 53–55) порошковые проволоки марок ПП-НП-30Х5Г2СМ (HRC 50–55), ПП-НП-10Х15Н2Т (HВ 240–260), ПП-НП-100Х4Г2АР (HRC 42–45) и др.

Сварка в среде СО₂ имеет целый ряд преимуществ: высокую степень концентрации дуги и плотности тока, дающих минимальную зону структурных изменений металла; большую степень защиты сварочной ванны от воздействия внешней среды; существенную производительность; возможность наблюдения за формированием шва; сварки металла различной толщины (от десятых долей до десятков миллиметров); производства сварки в различных пространственных положениях; механизации и автоматизации технологического процесса; незначительную чувствительность к ржавчине и другим загрязнителям основного  металла.

Однако необходимо иметь в виду и ее недостатки: сильное разбрызгивание металла при токе больше I_св = 500 А, что требует постоянной защиты и очистки сопла горелки; открытая мощная дуга дает интенсивное излучение и требует защиты сварщика; при значительных токах необходимо предусматривать охлаждение горелки; сварка осуществляется практически только на постоянном токе; требуется специальная проволока.

Режимы сварки (наплавки в среде углекислого газа)

Диаметр электродной проволоки d_э выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла (табл. 9).

Таблица 9. Зависимость диаметра электродной проволоки от толщины свариваемого металла

Для наплавки покрытий в среде углекислого газа обычно используется проволока диаметром 1,2­, 1,6 или 2,0 мм.

Длина вылета электродной проволоки l_в.э выбирается в зависимости от диаметра электрода и находится в пределах 5–20 мм. При одном и том же диаметре электродной проволоки длина l_в.э уменьшается с увеличением сварочного тока.

Таблица 10. Зависимость длины вылета электродной проволоки от диаметра электрода

При сварке (наплавке) на токах I_св = 200–300 А длина дуги должна быть в пределах 1,5–4,0 мм.

Расчет силы сварочного тока I_св (А) производится по формуле

                                                   ,                                               (10)

где d_э – диаметр электродной проволоки, мм;   j – плотность тока в электродной проволоке, А/мм² (при сварке в СО₂    j  = 110–130 А/мм²).

Напряжение дуги U_д и расход углекислого газа q_г выбираются в зависимости от силы сварочного тока   I_св по табл. 11.

Таблица 11. Зависимость напряжения и расхода углекислого газа