Дуговая сварка в камерах с контролируемой атмосферой

В промышленности многие металлы сваривают дугой с защитой места сварки инертными газами: аргоном или гелием. Различают, следующие способы защиты металлов от атмосферы при дуговой сварке в инертных газах: с применением стандартных сварочных горелок для сварки в струе инертных газов; с применением подвижных защитных микрокамер; с использованием стационарных камер с контролируемой инертной атмосферой [7, с. 72–76].

Самый распространенный и простой способ защиты ванны расплавленного металла от действия атмосферы – использование аргонодуговых горелок; в некоторых случаях применяют также защиту и нижней стороны соединяемых кромок.

Электродуговая сварка с защитой места сварки струей инертных газов широко применяется при изготовлении изделий из высоколегированных сталей, алюминиевых и магниевых сплавов, сплавов на основе никеля. Однако, как показывает практика, при сварке активных и тугоплавких металлов, а также при сварке листов большой толщины и поковок из высоколегированных сталей, алюминиевых и магниевых сплавов с использованием обычных сварочных горелок не обеспечивается необходимое качество сварочного соединения вследствие недостаточной защиты металла, нагретого до высоких температур.

Более совершенный метод сварки с защитой инертными газами – сварка с использованием защитных кожухов (микрокамер), представляющих собой небольшие подвижные камеры, которые позволяют защитить не только ванну расплавленного металла, но и значительную область металла околошовной зоны, нагретого до высоких температур.

Размеры микрокамер и их форму выбирают в зависимости от вида свариваемого металла и его толщины, режимов сварки, формы изделия. Микрокамеры должны обеспечивать надежную защиту инертным газом зоны металла, нагретого до температур, при которых еще может происходить активное взаимодействие металла с кислородом и азотом, воздуха. При сварке циркония необходимо защищать зону металла с температурой выше 5000 ºС (773 К).

В подвижную камеру инертный газ подается через сопло и специальный газоподводящий шланг (рис. 11.1). Корень шва защищен инертным газом, поступающим в подкладку, имеющую канавку. При сварке сосудов или труб оба конца изделия закрывают, а инертный газ непрерывно в процессе сварки подают внутрь изделия.

При сварке в микрокамерах для предупреждения подсоса воздуха инертные газы следует подавать с минимальной скоростью, обеспечивающей заполнение камеры с незначительным избыточным давлением.

Микрокамеры обычно имеют охлаждающие рубашки или трубки, по которым протекает вода. Кромки камер, соприкасающиеся с изделием, имеют небольшие отверстия позволяющие защитному газу вытекать из-под камеры и тем самым препятствовать попаданию внешней атмосферы в камеру.

Сварка изделий с использованием микрокамер может осуществляться двумя способами: или камера движется по изделию при неподвижном изделии, или камера неподвижна, а изделие передвигается. В обоих случаях камера прижимается к изделию с помощью пружин.

Применение защитных микрокамер, хотя несколько и улучшает технологический процесс, особенно при сварке изделий больших толщин и крупногабаритных изделий, но все-таки не гарантирует высокого качества сварных соединений, поскольку защита не совершенна ввиду возможности проникновения воздуха под камеру в процессе сварки изделия.

Чтобы получить швы высокого качества, необходимо оборудование, обеспечивающее надежную защиту расплавленного металла от воздействия атмосферного воздуха – это герметичные камеры, заполненные инертным газом, в которых происходит сварка. Преимущество такой камеры состоит в возможности создания атмосферы из инертных газов с минимальным содержанием кислорода и азота, а следовательно, в обеспечении более стабильных механических свойств сварного соединения.

В камерах с контролируемой атмосферой можно сваривать плавящимся и неплавящимся электродами вручную или же автоматами. В камере для ручной сварки (рис. 11.2) могут работать одновременно два сварщика, для чего в камере имеется две пары отверстий с резиновыми перчатками.

Подготовка камеры к сварке заключается в следующем: свариваемые изделия устанавливают в камере, куда также загружают электроды и присадочную проволоку. После загрузки камеры загрузочные люки и отверстия для перчаток герметизируют. В камере с помощью вакуумных насосов создается вакуум 10 мм рт. ст. (133×10^-4 Н/м²). Для ускорения дегазации стенок камеры в процессе откачки камера может быть снабжена водяной рубашкой, по которой циркулирует горячая вода. Для предохранения резиновых перчаток от разрыва воздух откачивают с наружной стороны люков, перекрывающих отверстия с перчатками. После откачки камеру заполняют аргоном или гелием до давления, равного атмосферному. Давление в камере контролируют по мановакуумметру.

При сварке в камерах питание дуги осуществляется от источника постоянного тока или трансформатора с конденсаторной батареей. Для возбуждения дуги применяют осцилляторы. При сварке используют постоянный ток прямой полярности или переменный ток. При сварке плавящимся электродом используют и обратную полярность. Сварку в камере проводят без подачи инертного газа в горелку на тех же режимах, что и при сварке в инертных газах на воздухе. При ручной сварке в таких камерах трудность ведения процесса заключается в том, что избыточное давление, создающееся в камере вследствие нагревания газа, стремится вытолкнуть из камеры руки сварщика. Для предупреждения этого явления необходимо часть газа выпускать в процессе сварки.

О надежности газовой защиты в процессе сварки и при последующем охлаждении сварного соединения можно судить до некоторой степени по внешнему виду шва. Блестящая серебристая поверхность шва свидетельствует о хорошей защите. Появление на шве и в околошовной зоне цветов побежалости, налетов и т. п. указывает на плохую защиту металла.

Критерием оценки степени загрязнения металла шва азотом и кислородом служит твердость металла шва. При хорошей защите твердость металла шва не превосходит исходной твердости основного металла. Иногда для получения более чистой инертной атмосферы перед сваркой изделия в камерах сваривают образцы из активных металлов (титана, циркония).

Об эффективности защиты металла при обычной сварке горелками, при сварке с использованием защитных кожухов и в камерах с контролируемой атмосферой можно судить по графику на рис. 11.3.

При сварке в камерах с контролируемой атмосферой пластичность металла сварного соединения приближается к пластичности основного металла. Автоматическая дуговая сварка в камерах с контролируемой атмосферой обеспечивает более стабильное качества сварных соединений, чем ручная.