Сущность аргонодуговой сварки неплавящимся электродом и ее применение

Дуговая сварка в защитном газе. Сущность способа. Защитные газы.

3. Механизирован­ная и автоматическая сварка в углекислом газе; сущ­ность, преимущества, область применения, применяемое оборудование, материалы и инструмент.

1. Для защиты металла при ручной и автоматической сварке от воздействия кислорода и азота воздуха, кро­ме шлакового покрытия, применяют газовую защиту вокруг дуги и расплавленного металла. В качестве защитных газов применяют инертные и активные газы (водород, окись углерода или их смесь с азотом). Наибольшее промышленное применение имеют аргонодуговая свар­ка и сварка в углекислом газе.

Защитный газ может заполнять камеру, где ведут процесс сварки, но чаще всего его подают в дугу через мундштук 1 (рис. 69) в виде потока 2, который окутывает электрод 3,дугу 4 и сварочную ванну 5, защищая их от проникновения кислорода и азота. Рис. 69 Дуговая сварка в защитной среде

Сварка в защитных средах может проводиться как плавя­щимся, так и неплавящимся электродом с применением присадоч­ного металла 6. В качестве неплавящихся электродов используют вольфрамовые, угольные или графитированные стержни. Расход вольфрамового электрода при токе до 300 А составляет примерно 0,5 г на 1 м шва. В качестве плавящегося электрода используется металлическая проволока того же состава, что и свариваемый ме­талл. Процесс ведется с помощью полуавтоматических или авто­матических устройств.

Источниками питания для дуги в защитных средах служат агрегаты постоянного тока или сварочные выпрямители. Кроме того, в комплект оборудования входит механизм подачи электрод­ной проволоки, горелка и устройство для обеспечения дуги защит­ным газом. В полуавтоматах проволока подается по специальным шлангам в горелку. Диаметр проволоки берут в интервале 1,2-2 мм. Зажигание дуги в аргоне затруднено, потому что атомы ар­гона не образуют отрицательных ионов, вследствие чего необходи­ма более высокая степень ионизации нейтральных частиц. Поэтому напряжение холостого хода источника питания повышают до 90-120 В.

Сварка в инертной среде используется для нержавеющих, жароупорных, алюминиевых и магниевых сплавов. При этом использо­вание плавящихся электродов экономично для толщин не менее 2 мм. Меньшие толщины сваривают неплавящимся вольфрамовым электродом.

2. При аргонодуговой сварке неплавящимся электро­дом (рис. 70) через специальную горелку, в которой установлен вольфрамовый электрод, пропускают нейт­ральный газ – аргон (или гелий). Возбуждение дуги происходит между электродом и свариваемым издели­ем. Для заполнения разделки кромок в зону вводят при­садочный пруток, химический состав которого близок к составу основного металла.

Рис. 70 Схема аргонодуговой сварки:

1 – изделие; 2 – присадочный пру­ток; 3 – вольфрамовый электрод; 4 – мундштук; 5 – защитная обо­лочка из инертного газа; 6 – элек­трическая дуга; 7 – расплавленный металл

Применяют электроды ди­аметром 2-6 мм. Аргон подается в горелку под давлением 0,3…0,5 ат.

Аргон – инертный газ, получаемый из воздуха, хранят и транспортируют его в специальных стальных баллонах под давлением 15 МН/м² (150 aт). Для сварки меди и малоответственных деталей из легированных сталей применяют тех­нический аргон, содержащий до 17% примесей, а для сварки вы­соколегированных сталей, легких сплавов применяют чистый аргон (не более 0,3% примесей).

Аргонодуговую сварку осуществляют тремя способами:

1) ручной сваркой неплавящимся (вольфрамо­вым) электродом,

2) полуавтоматической и автоматической свар­кой неплавящимся электродом,

3) полуавтоматической и автомати­ческой сваркой плавящимся электродом.

Сварку неплавящимся электродом обычно осуществляют на переменном токе с применением осцилляторов или на постоянном токе обратной полярности. Такую схему включения применяют при сварке алюминиевых сплавов, когда за счет эффекта катодно­го распыления происходит разрушение поверхностных окисных пленок.

В сварочных горелках для аргонно-дуговой сварки одновремен­но с подачей электродной проволоки в дугу и подводом сварочного тока к электроду осуществляется подача струи аргона.

Аргонодуговая сварка применяется для сварки легированных сталей, алюминия и его сплавов, титана, магниевых спла­вов и дает хорошие ре­зультаты.

В ряде случаев сварка выполняется и плавящимся металлическим электродом, подаваемым через сопло горелки, обеспечивающей струйную защиту дуги и места сварки аргоном, гелием или их смесями.

Сварка в аргоне и гелии имеет преимущества перед свар­кой покрытыми электродами и под флюсом: обеспечивается на­дежная защита расплавленного металла от кислорода и азота воз­духа, что обусловливает высокие механические свойства и посто­янство состава наплавленного металла; обеспечивается высокая производительность и хорошее формирование шва за счет устой­чивости процесса и полной его механизации; можно сваривать ме­таллы разнородные и малой толщины.

Недостатком сварки в среде аргона является дороговизна са­мого аргона, так как технология его производства очень трудоемка, а дли сварочного процесса требуется газ высокой чистоты.

3. Сварка в углекислом газе – наиболее дешевый спо­соб по сравнению с другими видами сварки в защитных средах. В качестве заменителя аргона используют углекислый газ, несмотря на его окислительные способности. Углекис­лый газ дешев, негорюч, нетоксичен. Дуга горит между изделием и электродной проволокой, подаваемой через специальную газоэлектри­ческую горелку, и которую поступает из баллона угле­кислый газ, предварительно пропущенный через осу­шитель. Углекислый газ защищает дугу и расплавлен­ный металл от воздуха. Сварку производят постоянным током обратной полярности для устранения пористости наплавленного металла. При этом достигается высокая производитель-ность (до 18 кг/ч). Расход углекислого газа составляет 8…20 л/мин.

Свар­ка в среде углекислого газа требует элек­тродной проволоки специального состава с повышенным содержанием марганца и кремния и ведется на постоянном токе при больших плотностях сварочного тока (ди­аметр электродной проволоки 0,5-3 мм, плотность тока 80-100 А/мм²), что тре­бует источника питания с жесткой харак­теристикой. Рис.71 Схема сварки в среде углекислого газа

Наша промышленность выпу­скает разнообразные автоматы и полуавтоматы (типа ПДГ) для вы­полнения этого процесса. Технология сварки в среде углекислого га­за проста: режим подбирается в зависимости от свариваемой толщи­ны (1-30 мм), вида шва (стыковые, угловые, электрозаклепками и др.), положения шва в пространстве (нижнее, горизонтальное, вертикальное) и свариваемого материала (углеродистые, низколе­гированные, теплоустойчивые, высоколегированные хромоникелевые стали и др. сплавы).

Сварка в угле­кислом газе успешно применяется для изделий из малоуглеродистой стали, для заварки дефектов стальных отливок, для наплавки изношенных деталей и др.

Пластичность наплавленного металла при сварке в углекислом газе может быть несколько ниже, чем при сварке под флюсом.

Схема сварки представлена на рис.71. Установка состоит из источника питания сварочного тока 1, газоэлектрической горел­ки 2, механизма подачи электродной проволоки 3, указателя рас­хода углекислого газа (ротаметра) 4, редуктора 5 (обычно после ре­дуктора устанавливают осушитель влаги) и баллона 6 с углекисло­той. Газоэлектрические горелки, предназначенные для малых токов (до 300 А), не имеют водяного охлаждения, а предназначенные для больших токов (более 300 А), оборудованы водяным охлаждением во избежанте сильного перегрева при сварке.

Особенностью сварки в среде углекислого газа является возможность в широких масштабах заменить ручную электродуговую сварку полуавтоматическойи автоматической. При этом можно использовать электродную проволоку диаметром 0,6…2,0 мм, что обеспечивает высокую устойчивость процесса сварки, небольшое разбрызгивание и высокое качество сварных соединений. Однако, следует учитывать, что при сварке некоторые элементы металла (С, Si, Мn, Тi, Мg, АI, V и др.) выгорают. Для компенсации окис­лительного действия углекислого газа повышают содержание рас­кисляющих элементов (Мn, Ni) в электродной проволоке.

Для получения плотного, беспористого металла шва и умень­шения разбрызгивания металла при сварке необходимо поддержать наиболее короткую дугу (1,5-4 мм).

Газоэлектрическая сварка в атмосфере углекислого газа наибо­лее эффективна для соединения тонких деталей. При сварке дета­лей малой толщины (до 2 мм) напряжение на дуге должно быть при­мерно 22 В, ток 60-150 А, расстояние от сопла горелки до металла 7-14 мм. Для сварки деталей средней толщины принимают ток 250-500 А, напряжение на дуге 26-34 В, расстояние от сопла го­релки до металла 15-25 мм.

Сварку, как правило, осуществляют на постоянном токе обратной полярности. Расход углекислого газа, достаточный для защиты зоны сварки от воздуха, составляет 15-20 дм³/мин при рабочем давлении 50 кН/м² (0,5 атм).

На полуавтоматических и автоматических установках скорость сварки достигает 60 м/ч.

Недостатком сварки в атмосфере углекислого газа является то, что пластичность наплавленного металла может быть несколько ниже, чем при сварке под флюсом.

Дуговая сварка в атмосфере углекислого газа получила распространение в с/х машиностроении и ремонтном деле для соединения низкоуглеродистых и легированных сталей, сплавов алюминия, а также чугуна.