Лекция № 5 «Технология сварки в защитных газах. »

 

 

Сварка в среде защитных газов позволяет сваривать металлы и сплавы толщиной от десятых долей до десятков миллиметров. Этот способ характеризуется высокой степенью концентрации тепловой энергии источника теплоты, возможностью получения швов высокого качества при сварке коррозионно-стойких (нержавеющих) и жаропрочных сталей, цветных металлов и легких сплавов, высокой произво-

 

Таблица 2.6. Параметры режима сварки стальных соединений под слоем флюса

Вид соединения	S, мм	, мм	А	м/ч
Стыковое без скоса кромок			570...650	48...50
			650...720	30...37
			650...750	28..34
			670...800	25...32
Стыковое со скосом кромок			750...870	20...22
Тавровое			480...600	52…60
			570...650	40…50
			670...750	30…32

 

дительностью процесса за счёт лёгкости автоматизации и механизации сварочных работ, а также возможностью наблюдения за дугой.

К основным недостаткам способа относятся:

интенсивное разбрызгивание металла, что приводит к засорению сопла сварочной грелки;

высокая стоимость инертных защитных газов; необходимость применения источников питания постоянного тока при использовании плавящегося электрода;

необходимость защиты глаз сварщика от светового излучения дуги.

Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом является наиболее эффективным способом сварки любых конструкционных материалов, поскольку защитной средой является инертный газ. В качестве неплавящегося электрода используют вольфрамовые стержни с активирующими добавками оксидов иттрия или лантана.

Зажигание дуги с вольфрамово0го электрода при автоматической сварке осуществляется с помощью осциллятора или замыканием дугового промежутка графитовой пластиной. При механизированной сварке вольфрамовым электродом с присадочным материалом горелка опирается на присадочную проволоку, автоматически подающуюся в зону дуги и обеспечивающую в то же время постоянство длины дуги. Присадочная проволока, непрерывно опираясь на кромки свариваемой детали, придает сварочной горелке движение в сторону, противоположную движению проволоки, облегчая работу сварщика. Сварку выполняют горелками типов ЭЗР-5-2, ЭЗР-З-66, ЭЗР-4 и др. Диаметры вольфрамовых электродов и оптимальные значения тока при ручной аргонодуговой сварке сталей приведены в табл. 2.7.

При механизированной сварке обеспечиваются повышение производительности в 3—5 раз по сравнению с ручной сваркой, хорошее качество сварных швов, меньшая зависимость от квалификации сварщика.

Аргонодуговую сварку неплавящимся электродом применяют, как правило, при соединении металла толщиной 0,5...6 мм. При необходимости получения усиления шва или заполнения разделки кромок (при толщине свыше 3 мм) используют присадочную проволоку.

Сварку неплавящимся электродом деталей из черных и цветных металлов, а также титановых сплавов обычно ведут на постоянном токе прямой полярности, поскольку при этом обеспечива-

 

Таблица 2.7. Диаметры вольфрамовых электродов и оптимальные значения силы тока при ручной аргонодуговой сварке сталей

Род тока	, А, при , мм
Переменный	40...90	90... 150	150... 220	220... 300
Постоянный прямой полярности	65...200	200... 300	300... 400	350... 400

 

ется максимальная проплавляющая способность дуги. При сварке на постоянном токе обратной полярности (применяется для сварки деталей из алюминиевых или магниевых сплавов, с поверхности свариваемых элементов удаляются оксиды) имеет место так называемое катодное распыление.

При сварке на переменном токе проявляется выпрямляющий эффект сварочной дуги, связанный с различными теплофизическими свойствами материалов электрода и свариваемой детали. Сварку на переменном токе можно применять для деталей из алюминиевых сплавов. Однако за счет асимметрии электрических свойств дуги ухудшаются очистка поверхности сварочной ванны от тугоплавких оксидов и процесс формирования шва. Поэтому при сварке переменным током применяют специальные источники питания. Сварку выполняют на установках УДГ-101, УДГ-301, УДГ-501 и др.

Режимы ручной аргонодуговой сварки стыковых соединений из коррозионно-стойкой и жаропрочной стали приведены в табл. 2.8.

Аргонодуговая сварка плавящимся электродом характеризуется высокой производительностью и может выполняться механизированным и автоматическим способами.

Аргонодуговую сварку плавящимся электродом применяют при сварке коррозионно-стойких и жаропрочных сталей, лёгких и цветных металлов толщиной более 3 мм. Использование аргоно-дуговой сварки для сварки углеродистых и низколегированных сталей нецелесообразно.

Качество сварных соединений в значительной степени зависит от стабильности горения дуги и характера переноса электродного Металла через дуговой промежуток, что определяется плотностью тока. Хорошее протекание процесса сварки и высокое качество шва обеспечиваются при высокой плотности тока (свыше 100 А/мм²).

 

Таблица 2.8. Режимы ручной аргонодуговой сварки стыковых соединений из коррозионно-стойкой и жаропрочной сталей

S, мм	,мм	, мм	Род тока	, А	, В	, м/ч	Расход аргона, л/мин
1,0		1,6	Постоянный прямой полярности	30..60	11....15	7...17	2,5...3,0
			Переменный	35..75	12...,16	9...20	2,5...3,0
1,5		1,6	Постоянный прямой полярности	40..75	11....15	5...12	2,5...3,0
			Переменный	45..85	12...16	8...14	2,5...3,0
4,0		2,5	Постоянный прямой полярности	85...130	12...15	—	10,0

 

При аргонодуговой сварке плавящимся электродом могут иметь место два вида переноса электродного металла: крупнокапельный и струйный. Характер переноса зависит от плотности тока. Сварка при малой плотности тока характеризуется крупнокапельным переносом, значительным разбрызгиванием и окислением металла. При увеличении плотности тока перенос металла становится мелкокапельным или струйным (электродный металл как бы стекает с электрода непрерывным потоком мелких капель, разбрызгивание и окисление электродного металла невелики).

При сварке плавящимся электродом расплавляемый электродный металл при переходе с электрода в ванну значительное время находится в дуге в зоне высоких температур. При этом происходит более интенсивное окисление элементов, чем при сварке неплавящимся электродом, что необходимо учитывать при выборе защитного газа и электродной проволоки. Газ и электродную проволоку выбирают в зависимости от марки свариваемого материала, а также от требований, предъявляемых к механическим и коррозионным свойствам сварного соединения.

Обычно используют проволоку малого диаметра (0,6...3 мм) и большую скорость её подачи. Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности. Часто сварку сталей выполняют в смеси (Аr + О₂), доля кислорода составляет 5...20%. Присутствие кислорода понижает поверхностное натяжение расплавленного металла, что способствует переходу процесса переноса металла из капельного в струйный. При этом одновременно повышается устойчивость горения дуги при относительно небольших токах, что облегчает сварку металла малой толщины.

Сварку выполняют на установках АДГ-515, ПДГ-164-2, ПДГ-165-1, ПДГ-252, ПДГ-525-3, ПДГ-2010, ПДГ-2210 и др.

В странах Западной Европы большое распространение получило сварочное оборудование, выпускаемое фирмами ESAB (Швеция) и Kemppi (Финляндия). Фирма ESAB производит малогабаритные полуавтоматы марок Caddy Tig 150, Handy Tig 150, Handy Tig 180 AC/DC, Twinting 250 AC/DC, Aristotig 250/400 W AC/DC, Tigaid 315 AC/DC, Aristo 320/450 и др. Аналогичное оборудование выпускает фирма Kemppi, например, марок Kempomig 3200/3200 W, Kempomig 4000/4000 W, Migger, Super Migger, Migger 210 и др.

Сварку в среде углекислого газа выполняют только плавящимся электродом током повышенной плотности обратной полярности. При применении углекислого газа в качестве защитной среды необходимо учитывать окислительные свойства СО₂, поскольку при высоких температурах СО₂ диссоциирует на оксид углерода СО и кислород О. Окислительное действие кислорода нейтрализуется введением в сварочную проволоку дополнительного количества раскислителей (марганца и кремния). Часто применяют смесь СО₂ +10% О₂. Кислород играет ту же роль, что и при аргонодуговой сварке.

Сварку плавящимся электродом в среде углекислого газа применяют при изготовлении конструкций из углеродистых и низколегированных сталей: газо- и нефтепроводов, корпусов судов и т. д.

Высокая производительность и сравнительно низкая стоимость сварки в среде углекислого газа часто приводят к замене ею Ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Сварку ведут на Установках АДПГ-500, АДГ-502, ПДГ-312, ПДГ-508, ПДГ-515, ПДГ-516, ПДГ-603 и др.

Режим сварки в среде углекислого газа включает в себя те же параметры, что и при сварке под слоем флюса; расчет параметров Режима ведут по тем же соотношениям.

Режимы сварки стыковых и угловых швов соединений из низкоуглеродистых сталей в среде углекислого газа приведены в табл. 2.9 и 2.10.

 

Таблица 2.9. Режимы сварки стыковых швов в среде углекислого газа

S. мм	Зазор, мм	, мм	Число слоев	, А	, В	, м/ч	Расход газа, л/мин
0,6..1,0	0,5..0,8	0,5..0,8		50..60	18...20	20..30	6...7
1,2..2,0	0,8..1,0	0,8..1,0	1—2	70..120	18..21	18..25	10... 12
3..5	1,6..2,0	1,4..2,0	1—2	180…320	22...30	20..25	14...16
6..8	1,8..2,2	2,0	1—2	280..380	28...35	18..24	16...18
8..12	1,8..2,2	2,5	2 — 3	280..450	27...35	16..30	18…20