Сварка плавящимся электродом в среде защитного газа. Технология сварки. Характерные дефекты MIG/MAG сварки и способы борьбы с ними.

Как и любой тип дуговой сварки, процесс GMA сварки начинается с зажигания дуги. Для легкого зажигания дуги электрод (электродная проволока) должен получить хороший контакт со свариваемой поверхностью. Для этого на свариваемой поверхности не должно быть масла, грязи, окалины и прочих веществ, затрудняющих контакт. Вылет провода следует установить согласно рис. 9, поскольку при увеличении вылета электрода трудно инициализировать дугу. Угол наклона горелки должен быть 5-20°.

 

Рис. 9. Вылет электродной проволоки из мундштука сварочной горелки (а), расположение контактной трубки в сопле сварочной горелки при циклическом режиме сварки короткой дугой (б) и при струйном переносе металла (в)

 

Для компенсации веса подающего рукава и сварочного кабеля (при раздельном подводе) для облегчения манипулирования горелкой необходимо перебросить их через плечо. Поднесите горелку к заготовке, но не касаясь ее. Опустите сварочную маску и нажмите кнопку триггера. Нажатие на кнопку триггера включает сварочную цепь и подачу защитного газа. Двигатель подачи электродной проволоки не включается, пока электрод не войдет в контакт с изделием.

Переместите горелку по отношению к изделию, касаясь проволочным электродом поверхности, как бы царапая ее. Чтобы предотвратить прилипание проволоки, необходимо быстро протянуть горелку на 10-15 мм в направлении, противоположном направлению сварки, и приподнять ее. Как только появился контакт проволоки с изделием, начинает работать электродвигатель механизма подачи проволоки и работает до тех пор, пока нажата кнопка триггера.

Правильно установленная дуга имеет мягкий, шипящий звук. Регулирование скорости подачи электродной проволоки необходимо только тогда, когда дуга издает неправильный звук, например, громкий треск указывает на то, что высока скорость подачи проволоки. Проволока касается сварочной ванны и кратковременно гаснет. С накоплением опыта работы можно легко на слух определять длину дуги.

Чтобы погасить дугу, необходимо отпустить кнопку триггера. Это отключит сварочную цепь, при этом остановится двигатель подачи электродной проволоки. Если при сварке произошло прилипание электрода, необходимо отпустить кнопку триггера и бокорезами откусить проволоку.

При сварке в защитном газе плавящимся электродом большое значение имеет положение горелки по отношению к свариваемой детали. Если свариваемые части равны по толщине, то поперечный угол между деталями должен быть строго одинаков. Если детали не равны по толщине, то горелка наклоняется в сторону тонкого металла (поперечный угол уменьшается). Продольный угол, в зависимости от характера переноса электродного металла, должен быть в пределах 5-25°.

Сварка может производиться как углом вперед, так и углом назад. Сварка углом назад означает — горелка позиционируется так, что направление подачи электродной проволоки противоположно направлению перемещения горелки. Сварка углом вперед означает, что направление подачи электродной проволоки совпадает с направлением движения горелки. Следует отметить, что для изменения способа сварки не нужно изменять направление перемещения горелки, достаточно изменить ее наклон в продольном направлении.

Скорость перемещения сварочной горелки определяет скорость сварки, которая выражается в м/мин. На скорость сварки влияет:

• толщина свариваемого изделия: с увеличением толщины металла уменьшается скорость сварки и наоборот;
• скорость подачи электродной проволоки: с увеличением скорости подачи — увеличивается скорость сварки;
• направление сварки: при сварке углом вперед скорость сварки выше.

При сварке углом назад достигается большая стабильность дуги и меньшее брызгообразование. Сварка углом назад применяется для соединения толстого металла, при этом достигается большая глубина проплавления. Кроме того, сварщик видит сварочную ванну, что позволяет повысить качество сварки. Сварка углом вперед применяется для соединения тонкого металла, при этом достигается меньшая глубина провара, но сварка производится с большей скоростью.

Легче всего производить сварку в нижнем положении, причем качество сварного соединения получается наилучшее. В нижнем положении лучше растекание расплавленного металла и лучше газовая защита. Освоив сварку в нижнем положении, можно производить ее и в других пространственных положениях. Сварка в горизонтальном, вертикальном снизу вверх и вертикальном сверху вниз положениях производится при уменьшенном на 10% сварочном токе. На рис. 10 показан угол наклона сварочной горелки при сварке в различных пространственных положениях.

 

Рис. 10. Угол наклона сварочной горелки при выполнении различных швов в нижнем и вертикальном положениях при циклическом режиме сварки короткой дугой (а-г) и при струйном переносе металла (д)

 

Поперечный угол наклона сварочной горелки при сварке угловых швов должен быть 45°. Для стыковых швов поперечный наклон горелки должен быть всего несколько градусов, иначе ухудшается расплавление металла на боковой поверхности стыка и, соответственно, ухудшается слияние металла шва и основного металла.

Сварка в вертикальном положении может осуществляться как снизу вверх, так и сверху вниз, при этом огромное значение имеет положение горелки. Сварка должна производиться только в положении, показанном на рис. 10в,г, при этом, чтобы обеспечить полное проплавление металла, дуга должна располагаться на переднем краю сварочной ванны.

Проплавление. Проплавление — это глубина сплавления основного металла. Величина сварочного тока является основным параметром, влияющим на глубину проплавления. Увеличение или уменьшение тока вызывает увеличение или уменьшение соответственно глубины проплавления. Глубину проплавления можно также увеличить, увеличивая скорость подачи электродной проволоки, при той же скорости перемещения горелки. При этом уменьшается длина дуги и, соответственно, увеличивается сварочный ток, т. е., изменяя скорость подачи проволоки, можно изменять глубину проплавления.

Изменение остальных параметров сварки оказывает сравнительно небольшое влияние на глубину проплавления. 24 В — оптимальное напряжение для выбранного тока. С уменьшением напряжения уменьшается глубина проплавления и наоборот. Кроме того, при данном напряжении наиболее стабильная дуга. Нестабильность дуги уменьшает глубину проплавления.

Изменение скорости перемещения сварочной горелки, т. е. изменение скорости сварки, похоже на изменение напряжения дуги — глубина проплавления максимальна при определенной скорости сварки и уменьшается как при ее снижении, так и при ее повышении. При скорости 30,5 см/мин для выбранного диаметра проволоки глубина проплавления максимальна. При скоростях 17,8 см/мин и 43,2 см/мин проплавление уменьшилось.

При низких скоростях большое количество расплавленного металла сварного шва создает <подушку> между дугой и основным металлом, что препятствует дальнейшему проплавлению. При больших скоростях сварки тепло, создаваемое дугой, не успевает достаточно глубоко проплавить основной металл.

Изменение наклона сварочной горелки в меньшей степени, чем изменение напряжения и скорости сварки, влияет на глубину проплавления. Максимальное проплавление достигается при продольном угле наклона в 25° и сварке углом назад. При наклоне на больший угол ухудшается стабильность дуги и увеличивается разбрызгивание расплавленного металла.

Размер валика сварного шва. Валик сварного шва характеризуется высотой (выпуклостью) и шириной. Правильность этих характеристик гарантирует, что валик сварного шва выполняется с минимумом дефектов, особенно при многопроходной сварке. В случае большой выпуклости шва при многопроходной сварке трудно наложить последующий шов, обеспечивая качественное слияние. Очень зауженный шов не обеспечивает хорошего слияния металла шва и основного металла.

Характеристика валика сварного шва зависит как от его размера, так и от формы. Для изменения размера сварного шва (количество наплавленного металла на погонный метр шва) необходимо изменить режим сварки. Основное влияние на размер сварного шва оказывает величина сварочного тока и скорость перемещения сварочной горелки. Размер сварного шва прямо пропорционален сварочному току и обратно пропорционален скорости перемещения горелки.

Изменение сварочного тока и скорости перемещения горелки изменяет размер сварного шва, но мало влияет на его форму.

Изменяя напряжение на дуге (изменяя длину дуги), можно изменять форму сварного шва. Увеличение длины дуги вызывает увеличение ширины шва и уменьшение его высоты, причем объем шва (количество наплавленного металла на единицу длины) остается неизменным. Возрастает ширина валика сварного шва, выпуклость уменьшается, и более жидкий металл сварного шва более эффективно соединяется с основным металлом, т. е. слияние улучшено.

Увеличение длины дуги для увеличения производительности сварки (скорости наплавки) вызывает увеличение выпуклости в большей степени, чем увеличение ширины шва. Валик сварного шва становится чрезмерно выпуклым. Сварка углом назад также дает узкий и высокий валик сварного шва. Уменьшая угол продольного наклона горелки, можно уменьшить высоту валика сварного шва и увеличить его ширину. Сварка углом вперед дает более плоский и более широкий валик сварного шва.

Манипулирование сварочной горелкой. Описание технологии сварки без описания приемов манипулирования сварочной горелкой будет далеко не полным. Приведенные ниже рекомендации являются справочными. Каждый сварщик по мере повышения квалификации вырабатывает свои приемы перемещения горелки.

Сварка в нижнем положении. Рекомендуемое перемещение сварочной горелки при выполнении однопроходного и многопроходного стыкового сварного шва в нижнем положении показано на рис. 11. Как видно из рисунка, при выполнении однопроходного шва совершаются пилообразные, с легким сдвигом назад перемещения горелки. В многопроходном сварном шве с разделкой кромок при выполнении корневого шва совершают зигзагообразные колебания горелки, при этом нужно следить, чтобы не было прожогов. Заполняющие и облицовочный швы выполняют с такими же, но более широкими колебаниями. Отличие в том, что при выполнении этих швов производят поперечный наклон горелки и при достижении крайнего положения делают задержку горелки. Это способствует лучшему сплавлению.

Угловой шов в нижнем положении выполняют, совершая сварочной горелкой круговые движения.

 

Рис. 11. Манипулирование горелкой при выполнении стыкового шва в нижнем положении

 

Сварка в горизонтальном положении. Стыковой шов в горизонтальном положении выполняется с использованием той же технологии перемещения сварочной горелки, что и при выполнении стыкового шва в нижнем положении. Отличие только в том, что заполняющие валики при сварке в горизонтальном положении более узкие. При выполнении сварки не следует забывать, что наклон горелки составляет 90° по отношению к поверхности, на которую накладывается валик сварного шва.

Сварка в вертикальном положении. Сварка однопроходного стыкового шва без разделки кромок в положении снизу вверх производится путем пилообразных колебаний горелки. Выполнение корневого шва при многопроходной сварке производится путем зигзагообразных перемещений сварочной горелки. Заполняющие валики и облицовочный шов выполняют при ступенчатом перемещении горелки, причем при достижении крайней точки при горизонтальном перемещении необходимо сделать задержку и спуститься вниз на величину, равную диаметру электродной проволоки, а затем подняться вверх и переместиться по горизонтали на противоположную сторону. Там снова сделать задержку и опуститься вниз и т. д.

Сварка углового шва в вертикальном положении снизу вверх производится движением горелки, как бы рисуя <елочку>, с задержкой на боковых поверхностях изделия.

Стыковой сварной шов с разделкой кромок при сварке сверху вниз — корневой, заполняющий и облицовочный швы выполняются путем зигзагообразных перемещений сварочной горелки с задержкой в крайних точках. Поперечный наклон горелки составляет 90° к поверхности сварки. Производя манипулирование горелкой, нужно следить, чтобы дуга располагалась на переднем крае сварочной ванны. Нельзя допускать прогона расплавленного металла впереди дуги. Это ухудшает качество сварки.

Сварка в потолочном положении. При выполнении стыкового шва с разделкой кромок в потолочном положении необходимо совершать зигзагообразное перемещение сварочной горелки. Поперечный наклон горелки составляет 90° к поверхности сварки.

В крайних точках перемещения необходимо делать небольшую задержку. Все вышесказанное применимо при выполнении как корневого, так и заполняющего и облицовочного прохода.

ХАРАКТЕРНЫЕ ДЕФЕКТЫ MIG/MAG СВАРКИ И СПОСОБЫ БОРЬБЫ С НИМИ

Техника выполнения GMA сварки более простая, чем других видов сварки, но, тем не менее, как и любая другая сварка, имеет свои характерные дефекты.

Поверхностная пористость. Поверхностная пористость возникает из-за атмосферного загрязнения. Это может быть вызвано засорением сопла горелки, недостаточной подачи защитного газа или сваркой на ветру. Для предупреждения образования пористости необходимо систематически очищать сопло от налипших брызг, правильно отрегулировать расход защитного газа, при сварке на ветру использовать защитные противоветровые экраны.

Воронкообразная пористость. Воронкообразная пористость возникает, когда в конце сварного шва горелка убирается раньше, чем произошла кристаллизация расплавленного металла, или когда после прекращения горения дуги слишком рано прекращается подача защитного газа. Чтобы устранить образование этого дефекта, необходимо замедлить перемещение горелки в конце сварного шва или приподнять горелку.

Наплыв. Наплыв возникает, когда металл сварочной ванны затекает на нерасплавленный дугой основной металл. Наплыв часто возникает, когда сварочная ванна становится слишком большой. Чтобы устранить образование этого дефекта, необходимо держать дугу на переднем крае сварочной ванны. Для уменьшения объема сварочной ванны необходимо повысить скорость перемещения горелки или уменьшить скорость подачи электродной проволоки.

Малая глубина проплавления. Малая глубина проплавления возникает при слишком малом тепловложении в зоне сварки. При недостаточном тепловложении необходимо увеличить скорость подачи электродной проволоки, что, в свою очередь, увеличит сварочный ток. Можно также попробовать уменьшить диаметр проволоки.

Прожог сварного шва. Прожог сварного шва возникает при слишком большой глубине проплавления, т. е. при слишком большом тепловложении в зоне горения дуги. Чтобы устранить образование этого дефекта, необходимо уменьшить скорость подачи электродной проволоки, что, в свою очередь, уменьшит сварочный ток. Можно также увеличить скорость сварки (скорость перемещения горелки). Прожог сварного шва может также произойти при большом зазоре в корне шва. В этом случае необходимо увеличить диаметр сварочной проволоки и совершать небольшие поперечные колебания сварочной горелкой.

Независимо от свариваемого материала, существуют мероприятия, способствующие предупреждению пористости и образованию наплывов.

• Свариваемое изделие должно быть максимально чистым. Жир, нефтепродукты и замазученность должны быть удалены. Для получения качественного шва окалина, ржавчина и различные оксидные покрытия необходимо удалить либо механически, либо химически. Огромное значение это имеет при сварке алюминия.

• При сварке углеродистых спокойных, полуспокойных и кипящих сталей использовать только рекомендуемую газовую смесь.
• Устанавливать расход защитного газа согласно рекомендациям на выбранный режим сварки. Защищать свариваемое изделие от ветра и сквозняков.

• Электродная проволока должна выходить из сопла горелки строго по центру. При смещении проволоки к какому-либо краю следует, произвести регулировку сварочной горелки.

• При двухсторонней сварке, когда проплавление не достигло противоположной стороны, нужно убедиться, что второй проход глубоко проходит в первый шов. Если проплавление от первого прохода достигло противоположной стороны или когда имеется зазор в корне шва, необходимо зашлифовать противоположную строну шва до устранения дефектов. Это требование обязательно при сварке алюминия и при высококачественной сварке углеродистой и нержавеющей сталей.

• Избегать условий, когда расплавленный металл затекает вперед дуги. Это основная причина образования наплывов, особенно при сварке под уклон.

• При многопроходной сварке зашлифовать до получения плоской поверхности все сварные валики, которые имеют большую выпуклость и в которых обнаружится плохое сплавление металла шва и основного металла.

• При многопроходной сварке произвести зачистку поверхности предыдущего валика, если на его поверхности обнаружены включения окислов или шлака.

 

Сварка плавящимся электродом в среде защитного газа. GMAW процесс

GMAW процесс — это процесс соединения металлов плавлением электрической дугой, горящей между непрерывно подаваемым плавящимся электродом и изделием. Зона горения дуги защищается с помощью газа (рис. 7). Защитный газ и подвижный плавящийся электрод — два обязательных участника этого процесса.

Большинство металлов имеют высокую тенденцию к присоединению кислорода (образуют оксиды) и в меньшей степени к присоединению азота (образуют нитриды). Кислород также реагирует с углеродом, содержащимся в металле, с образованием окиси углерода. Оксиды, нитриды и окись углерода при растворении в металле шва образуют дефекты сварного шва. Воздействие атмосферы на расплавленный металл очень велико, так как в ней содержится около 80% азота и примерно 20% кислорода. Основная функция защитного газа — исключить контакт расплавленного металла с окружающей атмосферой.

 

Рис. 7. Сварка плавящимся электродом в защитном газе

Кроме защиты сварочной ванны, защитный газ влияет на:

• характеристику дуги;
• способ переноса электродного металла;
• глубину проплавления и профиль сварного шва;
• производительность сварки;
• склонность к прожогу;
• степень зачистки сварного шва.

При сварке плавящимся электродом шов образуется за счет проплавления основного металла и расплавления дополнительного металла — электродной проволоки. Поэтому форма и размеры шва помимо прочего (скорости сварки, пространственного положения электрода и изделия и т. п.) зависят также от характера расплавления и переноса электродного металла в сварочную ванну. Характер переноса электродного металла определяется в основном материалом электрода, составом защитного газа, плотностью сварочного тока и рядом других факторов.

Характер переноса расплавленного металла имеет большое значение для качественного формирования сварного шва при сварке плавящимся электродом в защитном газе. Управляя этим процессом различными способами (используя специальные сварочные процессы), можно всегда получить качественное сварное соединение. При MIG/MAG способе сварки можно выделить несколько основных форм расплавления электрода и переноса электродного металла в сварочную ванну:

• циклический режим сварки короткой дугой без разбрызгивания;

• режим сварки оптимизированной короткой дугой;

• крупнокапельный процесс сварки;

• режим импульсной сварки;

• режим струйного (Spray) переноса металла;

• режим непрерывного вращающегося переноса металла (ротационный перенос).

 

Режим струйного (Spray) и крупнокапельного, а также непрерывного вращающегося переноса металла связан со сравнительно высокой энергией дуги и обычно ограничивается сваркой в нижнем и горизонтальном положении металла толщиной более 3 мм. Циклический режим сварки короткой дугой без разбрызгивания и импульсная сварка имеют низкие энергетические показатели, но обычно позволяют сваривать металл толщиной до 3 мм во всех пространственных положениях.

Циклический режим сварки короткой дугой без разбрызгивания (процесс сварки с периодическими короткими замыканиями). Данный процесс сварки характерен для сварки электродными проволоками диаметром 0,5-1,6 мм при короткой дуге с напряжением 15-22 В и токе 100-200 А.\

 

Рис. 8. Осциллограмма циклического режима сварки короткой дугой

 

После очередного короткого замыкания (8 и 9 на рис. 8) силой поверхностного натяжения расплавленный металл на торце электрода стягивается в каплю, приближая ее к правильной сфере (1 — 3), создавая тем самым благоприятные условия для плавного объединения со сварочной ванной. В результате длина и напряжение дуги становятся максимальными.

Во всех стадиях процесса скорость подачи электродной проволоки постоянна, а скорость ее плавления изменяется и в периоды 3 и 4 меньше скорости подачи. Поэтому торец электрода с каплей приближается к сварочной ванне (длина дуги и ее напряжение уменьшаются) до короткого замыкания (4). Во время короткого замыкания капля расплавленного электродного металла переходит в сварочную ванну. Далее процесс повторяется.

При коротком замыкании резко возрастает сварочный ток — до 150-200 А и как результат этого увеличивается сжимающее действие электромагнитных сил (6-7) -, совместное действие которых разрывает перемычку жидкого металла между электродом и изделием (8). Капля мгновенно отрывается, обычно разрушаясь и разлетаясь в стороны, что приводит к разбрызгиванию. Кроме того, ток такой величины, пытаясь пройти через узкую перемычку, образовавшуюся между каплей и ванной, приводит к выплеску металла.

Для уменьшения разбрызгивания электродного металла необходимо сжимающее усилие, возникающее в проводнике при коротком замыкании, сделать более плавным. Это достигается введением в источник сварочного тока регулируемой индуктивности. Максимальная величина сжимающего усилия определяется уровнем тока короткого замыкания, который зависит от конструкции блока питания. Величина индуктивности определяет скорость нарастания сжимающего усилия. При малой индуктивности капля будет быстро и сильно сжата — электрод начинает брызгать. При большой индуктивности увеличивается время отделения капли, и она плавно переходит в сварочную ванну. Сварной шов получается более гладким и чистым. В табл. 12 приведено влияние индуктивности на характер сварки.

Таблица 12. Влияние индуктивности на характер сварки.

 

Частота периодических замыканий дугового промежутка при циклическом режиме сварки короткой дугой может изменяться в пределах 90-450 замыканий в секунду. Для каждого диаметра электродной проволоки в зависимости от материала, защитного газа и т. д. существует диапазон сварочных токов, в котором возможен процесс сварки с короткими замыканиями. Данный режим удобен для сварки тонколистового металла и пригоден для полуавтоматической сварки во всех пространственных положениях. При оптимальных параметрах процесса потери электродного металла на разбрызгивание не превышают 7%.

Режим сварки оптимизированной короткой дугой. Процесс сочетает в себе циклический режим сварки короткой дугой и очень высокую скорость подачи сварочной проволоки, что позволяет использовать короткую и мощную дугу (напряжение на дуге до 26 В при токе до 300 А). Данный режим позволяет получать сварные соединения с минимальным тепловложением и низкой степенью окисления наплавленного металла.

Крупнокапельный процесс сварки. Увеличение плотности сварочного тока и длины (напряжения) дуги (напряжение на дуге от 22 до 28 В и ток от 200 до 290 А) ведет к изменению характера расплавления и переноса электродного металла, переходу 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, 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%.

Крупнокапельный процесс сварки характеризуется некачественным формированием сварного шва.

С положительного электрода, независимо от типа защитного газа, крупнокапельный перенос металла происходит при низких плотностях тока. Крупнокапельный перенос характеризуется размером капли, капля имеет диаметр больше, чем сам электрод.

При использовании инертных защитных газов достигается осеориентированный перенос электродного металла без разбрызгивания. Длина дуги при этом должна быть достаточной, чтобы гарантировать отделение капли прежде, чем она коснется расплавленного металла.

Использование углекислого газа в качестве защитного газа при крупнокапельном переносе всегда дает неосеориентированный перенос капель металла. Это является следствием электромагнитного отталкивающего воздействия на низ расплавленных капель. При углекислотной защите конец электродной проволоки плавится теплом дуги, переданным через расплавленную каплю. Капли в форме бесформенных шариков, произвольно направляемые через дугу, дают сильное разбрызгивание. Сварной шов получается грубый, с волнистой поверхностью.

Дуга, обычно неустойчивая, сопровождается характерным треском. Для уменьшения разбрызгивания необходимо, чтобы конец электрода находился ниже поверхности металла, но в пределах полости, создаваемой дугой. Поскольку большая часть энергии дуги направлена вниз и ниже поверхности сварочной ванны, сварной шов имеет очень глубокое проплавление.

Режим импульсной сварки. Для улучшения технологических свойств дуги применяют периодическое изменение ее мгновенной мощности — импульсно-дуговая сварка. 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, т. е., режим импульсной сварки — режим, при котором капли расплавленного металла принудительно отделяются электрическими импульсами. За счет ЭТОГО на токах соответствующих крупнокапельному переносу, можно формировать качественные сварные швы, подобно циклическому режиму сварки короткой дугой без разбрызгивания. Режим импульсной сварки известен также под названием .

Импульсный режим использует одиночные импульсы или группу импульсов с одинаковыми или различными параметрами. В последнем случае первый или первые импульсы ускоряют расплавление электрода, а последующие сбрасывают каплю электродного металла в сварочную ванну. За счет этого металл переносится порциями мелких капель и без разбрызгивания. Кроме того, за счет применения импульсной технологии возникает электромеханическая вибрация сварочной ванны, в результате чего газовые пузырьки выходят из нее, и сварные швы получаются высокой плотности.

Устойчивость режима импульсной сварки 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.

Преимуществом этого метода является низкое тепловложение, что важно при сварке тонких материалов и при позиционной сварке. Импульсный режим обеспечивает высококачественную сварку низкоуглеродистых и низколегированных сталей. При сварке алюминия можно использовать электродную проволоку больших диаметров, при этом обеспечивается меньшая пористость. Основной недостаток этого процесса — сложный блок питания.

Импульсный режим обеспечивает более высокий коэффициент тепловложения в наплавленный металл, чем циклический режим сварки короткой дугой без разбрызгивания, и осуществляется при напряжении на дуге от 28 до 35 В и токах от 300 до 350 А.

Режим струйного (спрей) переноса металла. При достаточно высоких плотностях постоянного по величине (без импульсов или с импульсами) сварочного тока обратной полярности и при горении дуги в инертных газах (содержание аргона не менее 80%) 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.

Поток капель направлен строго по оси от электрода к сварочной ванне. Дуга очень стабильная и ровная. Разбрызгивание очень небольшое. Валик сварного шва имеет гладкую поверхность. Энергия дуги передается в металл в форме конуса, поэтому наплавляемый металл имеет поверхностное слияние. Глубина проплавления больше, чем при циклическом режиме сварки короткой дугой, но меньше, чем при крупнокапельном переносе.

Изменение характера переноса электродного металла с капельного на струйный происходит при увеличении сварочного тока до <критического> для данного диаметра электрода.

Значение критического тока уменьшается при активировании электрода (нанесении на его поверхность тем или иным способом некоторых легко ионизирующих веществ), увеличении вылета электрода. Изменение состава защитного газа также влияет на значение 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. Невозможно его получить 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 проплавления по его оси. При струйном переносе дуга очень стабильна — колебаний сварочного тока и напряжений не наблюдается.

Режим струйного переноса металла характеризуется узким столбом дуги и заостренным концом плавящейся электродной проволоки. Расплавленный металл проволоки передается через дугу в виде мелких капель, от сотен до нескольких сотен в секунду. Диаметр капель равняется или меньше, чем диаметр электрода. Поток капель осенаправленый. Скорость плавления проволоки от 42 до 340 мм/с.

Струйный перенос металла происходит при дуге высокой стабильности (напряжение на дуге от 28 до 40 В при токе от 290 до 450 А) и позволяет формировать качественные сварные швы на высоких значениях тока. Данный режим необходим для сварки металлов толщиной более 5 мм.

Режим непрерывного вращающегося переноса металла (ротационный перенос). Ротационный перенос металла возникает при образовании длинного столба жидкости на конце оплавляющегося электрода. Вследствие очень большого тока (напряжение на дуге от 40 до 50 В при токе от 450 до 650 А) и большого вылета электрода температура образовывающейся капли настолько высока, что электрод плавится уже без действия дуги. Расстояние до токоведущего мундштука в этом случае составляет 25-35 мм. По причине продольного магнитного поля столб жидкости вращается вокруг своей оси и конически расширяется. Капли металла переходят в радиальном направлении в основной материал и создают относительно плоское и широкое проплавление.

В зависимости от свариваемого металла и его толщины в качестве защитных газов используют инертные, активные газы или их смеси. В 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 на 25-30%, но резко снижается стабильность дуги и повышаются потери металла на разбрызгивание. Применение переменного тока невозможно из-за нестабильного горения дуги.

Инертные газы аргон и гелий и их смеси обязательно используются для сварки цветных металлов, а также широко применяются при сварке нержавеющих и низколегированных сталей. Основное различие между аргоном и гелием — плотность, теплопроводность и характеристика дуги. Плотность аргона приблизительно в 1,4 раза больше плотности воздуха, а гелий в 0,14 раза легче воздуха. Для защиты сварочной ванны более эффективен тяжелый газ. Следовательно, гелиевая защита сварочной ванны для получения того же эффекта требует приблизительно в 2-3 раза большего расхода газа.

Гелий обладает большей теплопроводностью, чем аргон, и энергия в гелиевой дуге распределена более равномерно. Плазма аргоновой дуги характеризуется очень высокой энергией сердцевины и значительно меньшей периферии. Это различие оказывает большое влияние на профиль сварного шва. Гелиевая дуга дает глубокий, широкий, параболический сварной шов. Аргоновая дуга чаще всего характеризуется сосковидной формой сварного шва.

При любой скорости подачи электродной проволоки напряжение на аргоновой дуге будет значительно меньше, чем на гелиевой дуге. В результате будут меньшее изменение напряжения по длине дуги, что, в свою очередь, приводит к большей стабилизации дуги. Аргоновая дуга (включая смеси как с низким, так и с 80%-ным содержанием аргона) производит струйную передачу электродного металла на уровнях выше раздела энергетики переноса.

Гелиевая дуга производит крупнокапельный перенос металла в нормальном рабочем диапазоне. Следовательно, гелиевая дуга имеет большую степень разбрызгивания электродного металла и меньшую глубину проплавления. Легко ионизируемый аргон облегчает зажигание дуги и при сварке на обратной полярности (плюс на электроде) дает очень чистую поверхность сварного шва.

В большинстве случаев чистый аргон используется при сварке цветных металлов. Использование чистого гелия ограничено из-за ограниченной устойчивости дуги. Тем не менее, желаемый профиль сварного шва (глубокий, широкий, параболической формы), получаемый с гелиевой дугой, можно получить, применяя смесь аргона с гелием, кроме того, характер переноса электродного металла приобретает характер, как при аргоновой дуге.

Смесь гелия с аргоном, при 60-90% содержании гелия, используется для получения максимального тепловложения в основной металл и улучшения сплавления. Для некоторых металлов, например нержавеющей и низколегированной стали, замена углекислого газа на гелий позволяет получить увеличение тепловложения, и, поскольку гелий инертный газ, не происходит изменения свойств свариваемого металла.

Чистый аргон и в известной мере гелиевая защита дают отличные результаты при сварке цветных металлов. Тем не менее, эти газы в чистом виде дают не вполне удовлетворительную характеристику при сварке черных металлов. Гелиевая дуга стремится к переходу в неуправляемый режим, сопровождаемый сильным разбрызгиванием. Аргоновая дуга имеет тенденцию к прожогу. Добавление к аргону 1-5% кислорода или 3-10% углекислого газа (вплоть до 25%) дает заметное улучшение характеристики.

Объем добавляемого кислорода или углекислого газа к инертному газу зависит от состояния поверхности (наличие окалины) основного металла, требуемого профиля сварного шва, положения в пространстве и химического состава свариваемого металла. Обычно добавление 3% кислорода или 9% углекислого газа вполне достаточно для проведения качественной сварки.

Добавление углекислого газа к аргону позволяет получить грушевидный профиль сварного шва. Применение различных газов и газовых смесей для сварки различных металлов и на различных режимах приведено в табл. 13-14.

Таблица 13. Выбор защитных газов и газовых смесей для циклического режима сварки короткой дугой без разбрызгивания.

 

Таблица 14. Выбор защитных газов и газовых смесей для струйного (спрей) переноса металла.

ГЛАВА 4. Дуговая сварка плавящимся электродом в защитном газе — Студопедия

4.1Схема процесса

Ду­говая свар­ка пла­вящим­ся элек­тро­дом — ду­говая свар­ка, вы­пол­ня­емая рас­хо­ду­емым (пла­вящим­ся) элек­тро­дом с по­мощью сплош­ной или по­рош­ко­вой элек­трод­ной про­воло­ки (ус­ловные обоз­на­чения про­цес­сов сог­ласно ГОСТ Р ИСО 4063—2010: свар­ка ду­говая сплош­ной про­воло­кой в ак­тивном га­зе — 135 MAG welding with solid wire electrode, или Gas metal arc welding using active gas with solid wire electrode, USA; свар­ка ду­говая по­рош­ко­вой про­воло­кой с флю­совым на­пол­ни­телем в ак­тивном га­зе — 136 MAG welding with flux cored electrode, или Gas metal arc welding using active gas and flux cored electrode, USA).

Зо­на го­рения ду­ги за­щища­ет­ся с по­мощью га­за (рис. 4.1). На­личие за­щит­но­го га­за и под­вижно­го пла­вяще­гося элек­тро­да — обя­зательное ус­ло­вие это­го про­цес­са.

Рис. 4.1.Сварка плавящимся электродом в защитном газе:
1 — застывший металл; 2 — сварочная ванна; 3 — дуга; 4 — защитный газ; 5 — горелка; 6 — газовое сопло; 7 — контактор; 8 — проволока сплошная или порошковая; 9 — защитная атмосфера; 10 — соединяемый материал; стрелкой указано направление сварки

Большинс­тво ме­тал­лов ак­тивно при­со­еди­ня­ют кис­ло­род (об­ра­зу­ют ок­си­ды) и в меньшей сте­пени — азот (об­ра­зу­ют нит­ри­ды). Кис­ло­род так­же ре­аги­ру­ет с уг­ле­родом, со­дер­жа­щим­ся в ме­тал­ле, с об­ра­зова­ни­ем оки­си уг­ле­рода. Ок­си­ды, нит­ри­ды и ок­сид уг­ле­рода при рас­тво­рении в ме­тал­ле шва об­ра­зу­ют де­фек­ты свар­но­го шва.

Воз­действие ат­мосфе­ры на рас­плав­ленный ме­талл очень ве­лико, так как в ней со­дер­жится око­ло 80% азо­та и при­мер­но 20% кис­ло­рода. Ос­новная фун­кция за­щит­но­го га­за — ис­клю­чение кон­такта рас­плав­ленно­го ме­тал­ла с ок­ру­жа­ющей ат­мосфе­рой, т.е. за­щита сва­роч­ной ван­ны. Кро­ме то­го, он вли­яет на ха­рак­те­рис­ти­ку ду­ги, спо­соб пе­рено­са элек­трод­но­го ме­тал­ла, глу­бину проп­лавле­ния и про­филь свар­но­го шва, про­из­во­дительность свар­ки, склон­ность к про­жогу, сте­пень за­чис­тки свар­но­го шва.

При свар­ке пла­вящим­ся элек­тро­дом шов об­ра­зу­ет­ся за счет проп­лавле­ния ос­новно­го ме­тал­ла и рас­плав­ле­ния до­пол­ни­тельно­го ме­тал­ла — элек­трод­ной про­воло­ки. По­это­му фор­ма и раз­ме­ры шва по­мимо ско­рос­ти свар­ки, прос­транс­твен­но­го по­ложе­ния элек­тро­да и из­де­лия за­висят так­же от ха­рак­те­ра рас­плав­ле­ния и пе­рено­са элек­трод­но­го ме­тал­ла в сва­роч­ную ван­ну. Ха­рак­тер пе­рено­са элек­трод­но­го ме­тал­ла оп­ре­деля­ет­ся в ос­новном ма­тери­алом элек­тро­да, сос­та­вом за­щит­но­го га­за, плот­ностью сва­роч­но­го то­ка и ря­дом дру­гих фак­то­ров.

Ха­рак­тер пе­рено­са рас­плав­ленно­го ме­тал­ла име­ет большое зна­чение для ка­чес­твен­но­го фор­ми­рова­ния свар­но­го шва при свар­ке пла­вящим­ся элек­тро­дом в за­щит­ном га­зе. Уп­равляя этим про­цес­сом раз­личны­ми спо­соба­ми (ис­пользуя спе­ци­альные сва­роч­ные про­цес­сы), мож­но всег­да по­лучить ка­чес­твен­ное свар­ное со­еди­нение. Мож­но вы­делить не­сколь­ко ос­новных форм рас­плав­ле­ния элек­тро­да и пе­рено­са элек­трод­но­го ме­тал­ла в сва­роч­ную ван­ну (рис. 4.2):

§ цик­ли­чес­кий ре­жим свар­ки ко­рот­кой ду­гой без раз­брыз­ги­вания;

§ ре­жим свар­ки оп­ти­мизи­рован­ной ко­рот­кой ду­гой;

§ круп­но­капельный про­цесс свар­ки;

§ ре­жим им­пульсной свар­ки;

§ ре­жим струйно­го (Spray) пе­рено­са ме­тал­ла;

§ ре­жим неп­ре­рыв­но­го вра­ща­юще­гося пе­рено­са ме­тал­ла (ро­таци­он­ный пе­ренос).

Рис. 4.2.Виды переноса электродного металла при сварке плавящимся электродом:
а — крупнокапельный; б — мелкокапельный; в — струйный; г — ротационный; 1 — электрод; 2 — дуга; 3 — вращающаяся жидкая струя; 4 — капли электродного металла; 5 — сварочная ванна; d_э — диаметр электрода, мм; d_к — диаметр капли, мм

Ре­жим струйно­го и круп­но­капельно­го, а так­же неп­ре­рыв­но­го вра­ща­юще­гося пе­рено­са ме­тал­ла свя­зан со срав­ни­тельно вы­сокой энер­ги­ей ду­ги и обыч­но ог­ра­ничи­ва­ет­ся свар­кой в ниж­нем и го­ризон­тальном по­ложе­нии ме­тал­ла тол­щи­ной бо­лее 3 мм. Цик­ли­чес­кий ре­жим свар­ки ко­рот­кой ду­гой без раз­брыз­ги­вания и им­пульсная свар­ка име­ют низ­кие энер­ге­тичес­кие по­каза­тели, но обыч­но поз­во­ля­ют сва­ривать ме­талл тол­щи­ной до 3 мм во всех прос­транс­твен­ных по­ложе­ни­ях.

Цик­ли­чес­кий ре­жим свар­ки ко­рот­кой ду­гой без раз­брыз­ги­вания (про­цесс свар­ки с пе­ри­оди­чес­ки­ми ко­рот­ки­ми за­мыка­ни­ями). Про­цесс ха­рак­те­рен для свар­ки элек­трод­ны­ми про­воло­ками ди­амет­ром 0,5…1,6 мм при ко­рот­кой ду­ге с нап­ря­жени­ем 15…22 В и си­ле то­ка 100…200 А.

Пос­ле оче­ред­но­го ко­рот­ко­го за­мыка­ния си­лой по­вер­хностно­го на­тяже­ния рас­плав­ленный ме­талл на тор­це элек­тро­да стя­гива­ет­ся в кап­лю, приб­ли­жая ее фор­му к пра­вильной сфе­ре, соз­да­вая тем са­мым бла­гоп­ри­ят­ные ус­ло­вия для плав­но­го объеди­нения со сва­роч­ной ван­ной. В ре­зульта­те дли­на и нап­ря­жение ду­ги ста­новят­ся мак­си­мальны­ми.

Во всех ста­ди­ях про­цес­са ско­рость по­дачи элек­трод­ной про­воло­ки пос­то­ян­на, а ско­рость ее плав­ле­ния из­ме­ня­ет­ся, она меньше ско­рос­ти по­дачи. По­это­му то­рец элек­тро­да с кап­лей приб­ли­жа­ет­ся к сва­роч­ной ван­не (дли­на ду­ги и ее нап­ря­жение уменьша­ют­ся) до ко­рот­ко­го за­мыка­ния. Во вре­мя ко­рот­ко­го за­мыка­ния кап­ля рас­плав­ленно­го элек­трод­но­го ме­тал­ла пе­рехо­дит в сва­роч­ную ван­ну. Да­лее про­цесс пов­то­ря­ет­ся.

При ко­рот­ком за­мыка­нии рез­ко воз­раста­ет си­ла сва­роч­но­го то­ка — до 150…200 А, в ре­зульта­те это­го уве­личи­ва­ет­ся сжи­ма­ющее действие элек­тро­маг­нитных сил, сов­мест­ное действие ко­торых раз­ры­ва­ет пе­ремыч­ку жид­ко­го ме­тал­ла меж­ду элек­тро­дом и из­де­ли­ем. Кап­ля мгно­вен­но от­ры­ва­ет­ся, обыч­но раз­ру­ша­ясь и раз­ле­та­ясь в сто­роны, что при­водит к раз­брыз­ги­ванию. Кро­ме то­го, ток та­кой си­лы, пы­та­ясь пройти че­рез уз­кую пе­ремыч­ку, об­ра­зовав­шу­юся меж­ду кап­лей и ван­ной, при­водит к вып­леску ме­тал­ла.

Ре­жим свар­ки оп­ти­мизи­рован­ной ко­рот­кой ду­гой. Ре­жим со­чета­ет цик­ли­чес­кий ре­жим свар­ки ко­рот­кой ду­гой и очень вы­сокую ско­рость по­дачи сва­роч­ной про­воло­ки, что поз­во­ля­ет ис­пользо­вать ко­рот­кую и мощ­ную ду­гу (нап­ря­жение на ду­ге до 26 В при си­ле то­ка до 300 А). Дан­ный ре­жим поз­во­ля­ет по­лучать свар­ные со­еди­нения с ми­нимальным теп­ловло­жени­ем и низ­кой сте­пенью окис­ле­ния нап­лавлен­но­го ме­тал­ла.

Круп­но­капельный про­цесс свар­ки. Уве­личе­ние плот­ности сва­роч­но­го то­ка и дли­ны (нап­ря­жения) ду­ги (нап­ря­жение на ду­ге 22…28 В и си­ла то­ка 200…290 А) ве­дет к из­ме­нению ха­рак­те­ра рас­плав­ле­ния и пе­рено­са элек­трод­но­го ме­тал­ла, пе­рехо­ду от свар­ки ко­рот­кой ду­гой с ко­рот­ки­ми за­мыка­ни­ями к про­цес­су с ред­ки­ми за­мыка­ни­ями или без них. В сва­роч­ную ван­ну элек­трод­ный ме­талл по­да­ет­ся не­регу­ляр­но, от­дельны­ми круп­ны­ми кап­ля­ми раз­лично­го раз­ме­ра, 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%. Круп­но­капельный про­цесс свар­ки ха­рак­те­ризу­ет­ся не­качес­твен­ным фор­ми­рова­ни­ем свар­но­го шва.

Ре­жим им­пульсной свар­ки. Для улуч­ше­ния тех­но­логи­чес­ких свойств ду­ги при­меня­ют пе­ри­оди­чес­кое из­ме­нение ее мгно­вен­ной мощ­ности — им­пульсно-ду­говую свар­ку (рис. 4.3). Теп­ло­та, вы­деля­емая ос­новной ду­гой, не­дос­та­точ­на для плав­ле­ния элек­трод­ной про­воло­ки со ско­ростью, рав­ной ско­рос­ти ее по­дачи. Вследс­твие это­го дли­на ду­гово­го про­межут­ка уменьша­ет­ся.

Рис. 4.3.Изменение силы тока дуги I во времени T при импульсном переносе электродного металла:
а — стадии горения дуги при импульсном переносе электродного металла; б — изменение силы тока дуги во времени при импульсном переносе электродного металла; 1 — уменьшение длины дугового промежутка; 2 — зажигание дуги под действием импульса электрического тока; 3 — плавление электрода с формированием жидкой капли; 4 — сброс расплавленной капли в сварочную ванну

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, т.е. им­пульсная свар­ка — ре­жим, при ко­тором кап­ли рас­плав­ленно­го ме­тал­ла при­нуди­тельно от­де­ля­ют­ся элек­три­чес­ки­ми им­пульса­ми. За счет это­го на то­ках, со­от­ветс­тву­ющих круп­но­капельно­му пе­рено­су, мож­но фор­ми­ровать ка­чес­твен­ные свар­ные швы по­доб­но то­му, как они фор­ми­ру­ют­ся при цик­ли­чес­ком ре­жиме свар­ки ко­рот­кой ду­гой без раз­брыз­ги­вания.

Им­пульсный ре­жим ис­пользу­ет оди­ноч­ные им­пульсы или груп­пу им­пульсов с оди­нако­выми или раз­личны­ми па­рамет­ра­ми. В пос­леднем слу­чае пер­вый или пер­вые им­пульсы ус­ко­ря­ют рас­плав­ле­ние элек­тро­да, а пос­ле­ду­ющие сбра­сыва­ют кап­лю элек­трод­но­го ме­тал­ла в сва­роч­ную ван­ну. За счет это­го ме­талл пе­рено­сит­ся пор­ци­ями мел­ких ка­пель и без раз­брыз­ги­вания. Ус­тойчи­вость ре­жима им­пульсной свар­ки за­висит от со­от­но­шения ос­новных па­рамет­ров (ве­личи­ны и дли­тельнос­ти им­пульсов и па­уз). Со­от­ветс­тву­ющим под­бо­ром си­лы то­ка ос­новной ду­ги и им­пульса мож­но по­высить ско­рость рас­плав­ле­ния элек­трод­ной про­воло­ки, из­ме­нить фор­му и раз­ме­ры шва, а так­же уменьшить ниж­ний пре­дел си­лы сва­роч­но­го то­ка, обес­пе­чива­ющий ус­тойчи­вое го­рение ду­ги.

Им­пульсный ре­жим обес­пе­чива­ет бо­лее вы­сокий ко­эф­фи­ци­ент теп­ловло­жения в на­плав­лен­ный ме­талл, чем цик­ли­чес­кий ре­жим свар­ки ко­рот­кой ду­гой без раз­брыз­ги­вания, и осу­щест­вля­ет­ся при нап­ря­жении на ду­ге 28…35 В и си­ле то­ка 300…350 А.

Ре­жим струйно­го пе­рено­са ме­тал­ла. При дос­та­точ­но вы­соких плот­ностях пос­то­ян­но­го по ве­личи­не (без им­пульсов или с им­пульса­ми) сва­роч­но­го то­ка об­ратной по­ляр­ности и при го­рении ду­ги в инер­тных га­зах (со­дер­жа­ние ар­го­на не ме­нее 80%) 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.

По­ток ка­пель нап­равлен стро­го по оси от элек­тро­да к сва­роч­ной ван­не. Ду­га очень ста­бильная и ров­ная. Раз­брыз­ги­вание очень не­большое. Ва­лик свар­но­го шва име­ет глад­кую по­вер­хность. Энер­гия ду­ги пе­реда­ет­ся в ме­талл в фор­ме ко­нуса, по­это­му нап­лавля­емый ме­талл на кром­ках под действи­ем сил по­вер­хностно­го на­тяже­ния сли­ва­ет­ся в об­щую сва­роч­ную ван­ну. Глу­бина проп­лавле­ния больше, чем при цик­ли­чес­ком ре­жиме свар­ки ко­рот­кой ду­гой, но меньше, чем при круп­но­капельном пе­рено­се.

Ре­жим струйно­го пе­рено­са ме­тал­ла ха­рак­те­ризу­ет­ся уз­ким стол­бом ду­ги и за­ос­трен­ным кон­цом пла­вящейся элек­трод­ной про­воло­ки. Рас­плав­ленный ме­талл про­воло­ки пе­реда­ет­ся че­рез ду­гу в ви­де мел­ких ка­пель, от со­тен до нес­кольких со­тен в се­кун­ду. Диа­метр ка­пель ра­вен ди­амет­ру элек­тро­да или меньше не­го. По­ток ка­пель осе­нап­равлен­ный. Ско­рость плав­ле­ния про­воло­ки 42…340 мм/с.

Ре­жим неп­ре­рыв­но­го вра­ща­юще­гося пе­рено­са ме­тал­ла (ро­таци­он­ный пе­ренос). Ро­таци­он­ный пе­ренос ме­тал­ла воз­ни­ка­ет при об­ра­зова­нии длин­но­го стол­ба жид­кости на кон­це оп­лавля­юще­гося элек­тро­да. Вследс­твие очень большо­го то­ка (нап­ря­жение на ду­ге 40…50 В при си­ле то­ка 450…650 А) и большо­го вы­лета элек­тро­да тем­пе­рату­ра об­ра­зовы­ва­ющейся кап­ли нас­только вы­сока, что элек­трод пла­вит­ся уже без действия ду­ги. Рас­сто­яние до то­кове­дуще­го мунд­шту­ка в этом слу­чае сос­тавля­ет 25…35 мм. Из-за про­дольно­го маг­нитно­го по­ля столб жид­кости вра­ща­ет­ся вок­руг сво­ей оси и ко­ничес­ки рас­ши­ря­ет­ся. Кап­ли ме­тал­ла пе­рехо­дят в ра­ди­альном нап­равле­нии в ос­новной ма­тери­ал и соз­да­ют от­но­сительно плос­кое и ши­рокое проп­лавле­ние.

В за­виси­мос­ти от сва­рива­емо­го ме­тал­ла и его тол­щи­ны в ка­чес­тве за­щит­ных га­зов ис­пользу­ют инер­тные, ак­тивные га­зы или их сме­си. В 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 на 25…30%, но рез­ко сни­жа­ет­ся ста­бильность ду­ги и по­выша­ют­ся по­тери ме­тал­ла на раз­брыз­ги­вание. При­мене­ние пе­ремен­но­го то­ка не­воз­можно из-за нес­та­бильно­го го­рения ду­ги.

Инер­тные га­зы ар­гон, ге­лий и их сме­си обя­зательно ис­пользу­ют­ся для свар­ки цвет­ных ме­тал­лов, а так­же ши­роко при­меня­ют­ся при свар­ке нер­жа­ве­ющих и низ­ко­леги­рован­ных ста­лей. Ос­новные раз­ли­чия меж­ду ар­го­ном и ге­ли­ем — плот­ность, теп­лопро­вод­ность и ха­рак­те­рис­ти­ка ду­ги. Плот­ность ар­го­на приб­ли­зительно в 1,4 ра­за больше плот­ности воз­ду­ха, а ге­лий в 0,14 ра­за лег­че воз­ду­ха. Для за­щиты сва­роч­ной ван­ны бо­лее эф­фекти­вен тя­желый газ. Сле­дова­тельно, ге­ли­евая за­щита сва­роч­ной ван­ны для по­луче­ния то­го же эф­фекта тре­бу­ет приб­ли­зительно в 2—3 ра­за больше­го рас­хо­да га­за.

Чис­тый ар­гон и ге­ли­евая за­щита да­ют хо­рошие ре­зульта­ты при свар­ке цвет­ных ме­тал­лов. Тем не ме­нее при­мене­ние этих га­зов в чис­том ви­де да­ет не впол­не удов­летво­рительный ре­зультат при свар­ке чер­ных ме­тал­лов. Ге­ли­евая ду­га стре­мит­ся к пе­рехо­ду в не­уп­равля­емый ре­жим, соп­ро­вож­да­емый сильным раз­брыз­ги­вани­ем. Ар­го­новая ду­га име­ет тен­денцию к про­жогу. До­бав­ле­ние к ар­го­ну 1…5% кис­ло­рода или 3…10% уг­ле­кис­ло­го га­за (вплоть до 25%) да­ет за­мет­ное улуч­ше­ние ха­рак­те­рис­ти­ки.

Объем до­бав­ля­емо­го кис­ло­рода или уг­ле­кис­ло­го га­за к инер­тно­му га­зу за­висит от со­сто­яния по­вер­хнос­ти (на­личие ока­лины) ос­новно­го ме­тал­ла, тре­бу­емо­го про­филя свар­но­го шва, по­ложе­ния в прос­транс­тве и хи­мичес­ко­го сос­та­ва сва­рива­емо­го ме­тал­ла. Обыч­но до­бав­ле­ния 3% кис­ло­рода или 9% уг­ле­кис­ло­го га­за впол­не дос­та­точ­но для про­веде­ния ка­чес­твен­ной свар­ки.

 

4.2Режимы сварки плавящимся электродом

Ори­ен­ти­ровоч­ные ре­жимы свар­ки пла­вящим­ся элек­тро­дом в за­щит­ном га­зе пред­став­ле­ны в табл. 4.1—4.9.

Таблица 4.1. Режимы сварки порошковыми проволоками в СО₂ низкоуглеродистых и низколегированных сталей

Т

Таблица 4.1. Режимы сварки порошковыми проволоками в СО2 низкоуглеродистых и низколегированных сталей
Мар­ка про­воло­ки	Ди­аметр, мм	По­ложе­ние свар­ки	Ре­жим свар­ки
			Си­ла сва­роч­но­го то­ка, А	Нап­ря­жение, В	Вы­лет элек­трод­ной про­воло­ки, мм	Рас­ход СО2, л/мин
Про­воло­ки об­ще­го наз­на­чения
ПП-АН8	2,2	Ниж­нее	150…200	24…25	25…30	6…8
			250…300	24…28	25…30	12…14
			350…400	30…33	25…30	14…16
			450…500	32…36	30…35	16…18
	2,5	Ниж­нее	150…200	20…24	20…25	6…8
			350…400	26…30	25…30	14…16
			400…450	27…32	30…35	14…16
			500…550	34…36	30…35	16…18
	3,0	Ниж­нее	250…300	22…25	25…30	12…14
			350…400	27…30	25…30	14…16
			400…450	31…34	25…30	16…18
			450…500	33…36	30…35	16…18
			500…600	34…38	30…35	18…20
ПП-АН10	2,2	Ниж­нее	250…300	22…26	25…30	8…10
			350…400	28…32	25…30	10…12
			450…500	32…36	35…40	14…16
			550…600	34…38	40…45	16…18
ПП-АН13	2,2	Ниж­нее	300…320	25…28	—	10…14
			380…400	26…30	—	12…16
			420…450	28…32	—	15…18
			500…550	30…34	—	15…18
			600…650	32…36	—	20…24
	2,5	Ниж­нее	380…400	30…32	—	15…18
			450…480	28…32	—	15…18
			500…550	30…34	—	20…24
			600…650	32…36	—	25…30
ПП-АН21	1,4	Вер­ти­кальное	100…150	18…21	15…20	4…6
			150…200	20…23	20…25	6…8
			200…250	20…25	20…25	8…10
		Го­ризон­тальное	250…300	24…27	25…30	10…12
		Ниж­нее	300…350	26…29	25…30	12…14
	1,6	Вер­ти­кальное	150…200	20…29	20…25	6…8
			200…250	22…25	20…25	8…10
		Го­ризон­тальное	250…300	24…27	25…30	10…12
			300…350	26…29	25…30	12…14
		Ниж­нее	350…400	28…31	25…30	14…16
	1,8	Го­ризон­тальное	200…250	22…25	20…25	8…10
			250…300	24…27	25…30	10…12
		Ниж­нее	300…350	26…29	25…30	12…14
			230…400	28…31	25…30	14…16
	2,2	Ниж­нее	300…350	26…29	25…30	12…14
			350…400	28…31	30…35	14…16
			400…450	30…33	30…35	14…16
			450…500	32…35	30…35	14…16
ПП-АН4	2,0	Ниж­нее	200…250	21…25	20…25	8…10
			350…400	27…31	25…31	10…12
			450…500	31…35	35…40	14…16
	2,2	Ниж­нее	250…300	23…27	25…30	8…10
			400…450	29…33	30…35	10…16
			500…550	32…37	35…40	16…18
	2,5	Ниж­нее	300…350	25…28	25…30	10…12
			400…450	28…32	30…35	14…16
			550…600	34…38	35…40	18…20
ПП-АН9	2,2	Ниж­нее	240…300	25…28	20…30	12…14
			360…380	29…33	20…35	14…16
			390…440	32…35	25…40	16…18
	2,5	Ниж­нее	330…380	25…29	20…30	14…16
			380…420	27…30	25…35	14…16
			420…480	28…32	30…40	16…18
ПП-АН18	2,2	Ниж­нее	290…360	27…29	20…30	14…16
			360…380	29…33	20…35	14…16
			390…410	32…35	25…40	16…18
	2,5	Ниж­нее	330…380	25…29	20…30	14…16
			380…420	27…31	25…35	14…16
			420…480	28…32	30…40	16…18
ПП-АН22	1,8	Ниж­нее	150…220	20…23	20…25	6…8
			300…350	26…29	25…30	12…14
			400…450	30…33	35…40	14…16
	2,2	Ниж­нее	250…300	24…27	20…25	10…12
			350…400	28…31	30…35	14…16
			450…500	32…35	40…45	14…16
	2,5	Ниж­нее	300…350	26…29	25…30	10…12
			450…500	32…35	30…35	14…16
			550…650	36…38	35…40	18…20
ПП-АН20	2,2	Ниж­нее	240…300	25…28	15…25	12…14
			300…380	29…33	15…30	14…16
			390…440	32…35	20…35	16…18
	2,4; 2,5	Ниж­нее	330…380	25…29	15…25	12…14
			380…420	27…30	20…30	14…16
			420…480	28…32	25…35	16…18
ПП-АН54	2,2	Ниж­нее	220…250	25…26	20…25	8…10
			250…280	25…26	20…25	10…12
			280…320	26…28	25…30	10…12
	2,5	Ниж­нее	320…350	28…30	25…30	12…14
	3,0	Ниж­нее	350…400	28…30	25…30	12…14
Про­воло­ки для свар­ки с при­нуди­тельным фор­ми­рова­ни­ем шва
ПП-АН5	3,0	Вер­ти­кальное	350…400	25…28	25…30	10…12
			400…450	28…32	25…30	10…12
			450…500	30…34	30…35	12…14
			500…550	32…36	30…35	14…16
ПП-АН3С	3,2	Го­ризон­тальное	420…460	26…30	30…50	8…10
	3,5	Го­ризон­тальное	500…560	28…34	40…60	10…12
Про­воло­ка для свар­ки ле­гиро­ван­ных ста­лей
ПП-АН-А1	2,5	Ниж­нее	320…340	25…26	25…26	18…20
			350…380	27…28	20…25	18…20
			400…430	29…30	25…30	20…25

аблица 4.2. Режимы автоматической и полуавтоматической сварки в СО₂ сплошной проволокой угловых соединений углеродистых и легированных конструкционных сталей

Таб

Таблица 4.2. Режимы автоматической и полуавтоматической сварки в СО2 сплошной проволокой угловых соединений углеродистых и легированных конструкционных сталей
Тол­щи­на ме­тал­ла, мм	Ди­аметр про­воло­ки, мм	Ка­тет шва, мм	Чис­ло сло­ев шва	Си­ла сва­роч­но­го то­ка, А	Нап­ря­жение, В	Ско­рость свар­ки, м/ч	Вы­лет элек­тро­да, мм	Рас­ход га­за, л/мин
1	0,5	1,0…1,2	1	50…60	18	18…20	7…9	5…6
1	0,6	1,2…2,0	1	60…70	18	18…20	7…9	5…6
1,5…2,0	0,8	1,2…2,0	1	60…75	18…19	16…18	7…9	6…8
1,5…2,0	0,8	1,2…2,0	1	70…90	18…20	16…18	7…9	6…8
1,5…2,0	0,8	1,5…3,0	1	70…110	19…20	16…18	8…10	6…8
1,5…3,0	1	1,5…3,0	1	75…120	18…19	16…18	8…10	8…10
1,5…3,0	1,2	3…4	1	90…130	19…21	14…16	10…12	8…10
3…4	1,2	3…4	1	120…150	20…22	16…18	12…14	12…16
3…4	1,6	3…4	1	150…180	27…29	20…22	16…18	12…16
5…8	1,6	5…6	1	260…280	27…29	20…26	18…20	16…18
10…12	2	5…6	1	280…300	28…30	26…28	20…22	16…18
Бо­лее 12	2	9…11	2	300…350	30…32	25…28	20…24	17…19
	2	11…14	3	300…350	30…32	25…28	20…24	18…20
	2	13…16	4…5	300…350	30…32	25…28	20…24	20…24
	2	22…24	9	300…350	30…32	24…26	20…24	20…24
	2	27…30	12	300…350	30…32	24…26	20…24	20…24
	2,5	7…8	1	300…350	30…32	25…28	20…24	20…24

Таблица 4.3. Режимы сварки в смесях СО₂ + О₂ сплошной проволокой углеродистых и низколегированных сталей

Ди­аметр про­воло­ки, мм	По­ложе­ние свар­ки
	ниж­нее		вер­ти­кальное		по­толоч­ное
	Си­ла сва­роч­но­го то­ка, А	Нап­ря­жение, В	Си­ла сва­роч­но­го то­ка, А	Нап­ря­жение, В	Си­ла сва­роч­но­го то­ка, А	Нап­ря­жение, В
0,8	50…100	15…18	50…100	15…17	50…100	14…16
1,0	50…180	17…22	50…160	18…20	60…110	15…18
1,2	120…250	19…26	110…220	19…22	110…170	17…20
1,4	140…300	19…28	120…220	19…22	120…180	18…21
1,6	150…350	20…30	—	—	—	—
2,0	200…500	25…35	—	—	—	—

Таблица 4.4. Сила сварочного тока при повышенном вылете электрода при сварке в СО2 + О2
Ди­аметр элек­тро­да, мм	Си­ла сва­роч­но­го то­ка, А	Дли­на вы­лета, мм
		до­пус­ти­мая	оп­ти­мальная
1,6	150…250	80; 60	60
	250…320	80; 60; 50	70
	320…450	50; 40	40
2,0	150…250	100; 80	80
	250…350	80; 60	70
	350…440	60; 50	60
	450 и вы­ше	60; 50	60

 

Таблица 4.5. Режимы сварки тавровых швов сверху вниз в СО2 и СО2 + О2 углеродистых и низколегированных сталей
Тол­щи­на ме­тал­ла, мм	За­щит­ный газ	Си­ла сва­роч­но­го то­ка, А	Нап­ря­жение, В	Ско­рость свар­ки, м/ч
2+2	СО2	150…160	19	33
	СО2 + О2	150…160	19	44
3+3	СО2	220	22…23	38
	СО2 + О2	220	22…23	46
4+4	СО2	250…260	23…24	37
	СО2 + О2	250…260	23…24	50
5+5	СО2	250…260	24	30
	СО2 + О2	250…260	24	42
6+6	СО2	250…260	23…24	25
	СО2 + О2	250…260	23…24	33

Таблица 4.6. Режимы сварки высоколегированных сталей в СО₂

Дуговая сварка в защитных газах

Дуговая сварка в защитных газах имеет высокую производительность, легко поддается автоматизации и позволяет выполнять соединение металлов без применения электродных покрытий и флюсов. Этот способ сварки нашел широкое применение при изготовлении конструкций из сталей, цветных металлов и их сплавов. Классификация способов дуговой сварки в защитных газах приведена на рисунке.

Классификация видов дуговой сварки в защитных газах

 

Дуговая сварка в защитных газах может быть выполнена плавящимся и неплавящимся (вольфрамовым) электродами.

Для защиты зоны сварки используют инертные газы гелий и аргон, а иногда активные газы — азот, водород и углекислый газ. Применяют также смеси отдельных газов в различных пропорциях. Такая газовая защита оттесняет от зоны сварки окружающий воздух. При сварке в монтажных условиях или в условиях, когда возможно сдувание газовой защиты, используют дополнительные защитные устройства. Эффективность газовой защиты зоны сварки зависит от типа свариваемого соединения и скорости сварки. На защиту влияет также размер сопла, расход защитного газа и расстояние от сопла до изделия (оно должно быть 5— 40 мм).

Преимущества сварки в защитных газах следующие:

• нет необходимости применять флюсы или покрытия, следовательно, не требуется очищать швы от шлака;
• высокая производительность и степень концентрации тепла источника позволяют значительно сократить зону структурных превращений;
• незначительное взаимодействие металла шва с кислородом и азотом воздуха;
• простота наблюдения за процессом сварки;
• возможность механизации и автоматизации процессов.

Иногда применяют двойную защиту сварочной дуги (комбинированную). Надежность защиты зоны сварочной дуги зависит от теплофизических свойств и расхода газа, а также от конструктивных особенностей горелки и режима сварки. Подаваемые в зону сварочной дуги защитные газы влияют на устойчивость дугового разряда, расплавление электродного металла и характер его переноса. Размер капель электродного металла уменьшается с увеличением сварочного тока, а увеличение глубины проплавления с увеличением сварочного  тока  связано  с  более   интенсивным   вытеснением  жидкого металла из-под электрода вследствие давления  сварочной дуги.

При сварке плавящимся электродом дуга горит между изделием и расплавляемой сварочной проволокой, подаваемой в зону сварки. По сварке неплавящимся электродом (вольфрамовые прутки) сварочная дуга может быть прямого или косвенного действия. Разновидностью сварочной дуги косвенного действия может быть дуга, горящая между вольфрамом, и беспрерывно подаваемой в зону дуги сварочной проволокой.

Защитное свойство струи инертного газа зависит от чистоты газа, параметров струи и режима сварки. Одним из наглядных способов оценки защитных свойств является определение диаметра зоны катодного распыления при возбуждении дуги переменного тока между вольфрамовым электродом и свариваемым металлом. В период, когда катодом является свариваемый металл, происходит вырывание частиц металла с поверхности сварочной ванны и соседних зон относительно холодного металла.

Степень катодного распыления зависит главным образом от массы положительных ионов, которые в процессе сварки бомбардируют катод. Например, в среде аргона наблюдается более интенсивное катодное распыление, чем в среде гелия. По убывающей склонности к катодному распылению металлы располагают в следующем порядке: Мg, Аl, Si, Zn, W, Fe, Ni,  Рt, Сu, Вi, Sn,  Sb, Рb, Аg, Cd.

Сварочную дугу в защитных газах можно классифицировать по следующим основным признакам:

• применяемому для защиты зоны сварки газу — активному или нейтральному;
• способу защиты зоны сварки — одиночным газом, смесью газов или комбинированным;
• применяемому для сварки электроду — плавящемуся или неплавящемуся;
• применяемому току — постоянному или переменному.

 

Сварка неплавящимся электродом

Условием стабильного горения дуги при дуговой сварке в защитной среде инертных газов на переменном токе является регулярное восстановление разряда при смене полярности. Потенциал возбуждения и ионизации инертных газов аргона и гелия выше, чем у кислорода, азота и паров металла, поэтому для возбуждения дуги переменного тока требуется источник питания с повышенным напряжением холостого хода. Сварочная дуга в среде инертных газов (аргона или гелия) отличается высокой стабильностью и для ее поддержания требуется небольшое напряжение. Высокая подвижность электронов обеспечивает достаточное возбуждение и ионизацию нейтральных атомов при столкновении с ними электронов.

В том случае, когда катодом является вольфрам, дуговой разряд происходит главным образом за счет термоэлектронной эмиссии благодаря высокой температуре плавления и относительно низкой теплопроводности вольфрама, что обусловливает неодинаковые условия горения дуги при прямой и обратной полярности. При обратной полярности (изделие является катодом — минус) напряжение при возбуждении дуги должно быть больше, чем при прямой полярности. Поэтому из-за значительной разницы в свойствах вольфрамового электрода и свариваемого металла кривая напряжения дуги имеет не симметричную форму, а в ней появляется постоянная составляющая, которая вызывает появление в сварочной цепи постоянной составляющей тока. Постоянная составляющая тока в свою очередь создает постоянное магнитное поле в сердечнике трансформатора и дросселя, что приводит к уменьшению мощности сварочной дуги и ее устойчивости. Появление в цепи постоянной составляющей тока не обеспечивает нормального ведения процесса сварки и особенно при сварке алюминиевых сплавов, так как сварочная ванна даже при небольшом содержании кислорода и азота покрывается тугоплавкой пленкой окислов и нитридов, которые препятствуют сплавлению кромок и формированию шва.

Очищающее действие сварочной дуги при сварке переменным током проявляется в те полупериоды, когда катодом является изделие благодаря катодному распылению, так как в этом случае происходит разрушение окисной и нитридной пленок.

При обратной полярности применяют низкие плотности тока, а практически такая дуга не применяется. При прямой полярности тепла выделяется меньше на электроде, так как его значительная часть расходуется на плавление свариваемого металла.

 

Сварка плавящимся электродом

При дуговой сварке плавящимся электродом в среде защитных газов геометрическая форма сварного шва и его размеры зависят от мощности сварочной дуги, характера переноса металла через дуговой промежуток, а также от взаимодействия газового потока и частиц металла, пересекающих дуговой промежуток, с ванной расплавленного металла.

В процессе сварки на поверхность сварочной ванны оказывает давление столб дуги за счет потока газов, паров и капель металла, вследствие чего столб дуги погружается в основной металл, увеличивая глубину проплавления. Поток газов и паров металла, направляемый от электрода в сварочную ванну, создается благодаря сжимающему действию электромагнитных сил. Сила воздействия сварочной дуги на ванну расплавленного металла характеризуется ее давлением, которое будет тем больше, чем концентрированнее поток газа и металла. Концентрация потока металла увеличивается с уменьшением размера капель, который определяется составом металла, защитного газа, а также направлением и величиной сварочного тока.

Сварочная дуга, образованная в результате плавления электрода в среде инертных газов, имеет форму конуса, столб которой состоит из внутренней и внешней зоны. Внутренняя зона имеет яркий свет и большую температуру.

Во внутренней зоне происходит перенос металла, и ее атмосфера заполнена святящимися парами металла. Внешняя зона имеет менее яркий свет и представляет собой ионизированный газ.

 

Металлургия сварки в защитных газах

Газы по защитному свойству расплавленного металла сварочной ванны от воздействия азота и кислорода воздуха подразделяются на инертные и активные.

К инертным газам относятся аргон и гелий, которые практически не взаимодействуют с расплавленным металлом сварочной ванны.

К активным газам относятся углекислый газ, азот, водород и кислород.

Активные газы по своему химическому взаимодействию с расплавленным металлом сварочной ванны могут быть нейтральными и реагирующими. Например, азот по отношению к меди является нейтральным газом, т. е. не образует с медью никаких химических соединений. Активные газы и продукты их распада в процессе дугового разряда, т. е. во время сварки, могут соединяться с расплавленным металлом сварочной ванны и растворяться в нем, из-за чего резко снижаются механические свойства сварного шва, а его химический состав не будет соответствовать установленным требованиям стандартов. Однако следует отметить, что некоторые растворимые в металле активные газы не всегда бывают вредными примесями.

Например, азот в углеродистых сталях является вредной примесью (образуются нитриды), из-за чего резко снижаются механические свойства сварного шва и стойкость к ста­рению, тогда как в сталях аустенитного класса азот является полезной добавкой. При аргонодуговой сварке углеродистых сталей для поддува можно применять не только аргон или углекислый газ, но и азот, если в сварочную ванну будут введены элементы-раскислители в виде кремния и марганца. Поэтому выбор газа и присадочного материала должны обеспечивать заданные механические свойства, химический состав и структуру сварного шва. При сварке в защитной среде инертных газов расплавленный металл сварочной ванны изолирован от воздействия кислорода и азота воздуха; поэтому металлургические процессы могут происходить между элементами, содержащимися только в расплавленном металле сварочной ванны.

Так, например, если в сварочной ванне содержится некоторое количество кислорода в виде закиси железа РеО, то при наличии достаточного количества углерода будет образовываться нерастворимая в металле окись углерода  [C] + [O] = CO,

Вследствие того, что расплавленный металл сварочной ванны кристаллизуется, а газ выйти не успевает, то в нем будут образовываться поры.

Расплавленный металл сварочной ванны может насыщаться кислородом, находящимся в инертном газе, в виде Свободного кислорода и паров воды. Поэтому для подавления реакции окисления углерода в период кристаллизации расплавленного металла сварного шва в сварочную ванну через присадочный материал должны быть введены элементы-раскислители в виде кремния и марганца. При сварке легированных сталей, имеющих в своем составе необходимое количество раскислителей, реакция образования окиси углерода подавляется. Таким образом, при сварке в защитных газах для подавления образования окиси углерода, способной образовывать поры в сварном шве и устранения азотирования сварного шва, необходимо в сварочную ванну ввести элементы-раскислители.

При сварке в защитной среде углекислого газа последний, защищая расплавленный металл сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, сам в свою очередь, разлагаясь в дуговом разряде, является окислителем металла

где FеО — закись железа, растворяющаяся в железе.

Таким образом, как и при сварке в защитной среде инертных газов, в этом случае образуется окись углерода, которая в процессе кристаллизации металла сварочной ванны создает в нем поры. Для подавления образования окиси углерода (СО) через присадочную проволоку в расплавленный металл сварочной ванны вводятся элементы-раскислители — кремний и марганец. 

Дуговая сварка в защитном газе: описание технологии, режимы, способы

Дуговая сварка в защитном газе представляет собой метод, который значительно повышает качество результата работы. Эта технология имеет ряд особенностей. Прежде чем применять ее, мастер должен ознакомиться с основами дуговой сварки, которая проводится в среде защитных газов. Об особенностях этой технологии будет рассказано далее.

 

Особенности методики

Одним из подвидов дугового соединения металлических изделий, заготовок является дуговая сварка в защитных газах. ГОСТом регламентирован процесс, во время которого в точку плавления подается газ. Это может быт аргон, кислород, азот или прочие разновидности. Существуют определенные особенности подобного процесса.

Каждый сварщик знает, что качество сварного шва зависит не только от умений мастера, а еще и от условий в точке плавления. В идеальном случае здесь должны присутствовать только электрод и присадочные материалы. Если сюда попадают иные элементы, они способны оказать негативное воздействие на сварку. Место спайки будет из-за этого недостаточно прочным.

Технология ручной дуговой сварки в защитном газе появилась еще в 1920 году. Применение подобных субстанций позволяет сделать швы без шлака. Они характеризуются высокой чистотой, не покрываются микротрещинами. Этот метод активно применяется в промышленности при создании разных элементов из металла.

Особые пропорции защитных газов позволяют снять напряжение в зоне расплава. Здесь не возникают поры, что заметно повышает качество спайки. Шов становится прочнее.

В промышленных условиях в ходе сварочных работ применяют стержни, смешанные с аргоном и диоксидом углерода. Благодаря такой комбинации дуга становится постоянной, оберегая зону расплава от сквозняков. Это позволяет соединить тонкие листы металла.

Если же требуется выполнить глубокую проплавку, смешивают углекислый газ и кислород. Этот состав обладает окислительными свойствами, защищает шов от пористости. Существует множество методик, которые предполагают применять разные газы в ходе сварочных работ. Выбор зависит от особенностей проведения этого процесса.

Техника сварки

Существуют разные режимы дуговой сварки в среде защитного газа. Применяется две основные методики. Первая из них предполагает применение плавящихся шпилей. По ним проходит ток, а стержень из-за этого расплавляется, образуя прочный шов. Этот материал обеспечивает прочное соединение.

Вторая методика предполагает проведение дуговой сварки в защитном газе неплавящимся электродом. В этом случае ток также проходит по стержню, но материал соединяется благодаря расплавлению краев металлических деталей, заготовок. Материал электрода не становится частью шва.

В ходе проведения подобных манипуляций применяются разные газы:

• Инертные. Такие субстанции не имеют запаха и цвета. У атомов присутствует плотная оболочка из электродов. Это обуславливает их инертность. К инертным газам относятся аргон, гелий и т. д.
• Активные. Растворяются в металлической заготовке, вступая с ней в реакцию. К таким средам относятся диоксид углерода, водород, азот и т. д.
• Комбинированные. В ходе определенных процессов нужно применять обе разновидности газов. Поэтому сварка проходит в среде как активных, так и инертных газов.

Чтобы выбрать газовую среду, учитывают состав металла, экономичность самой процедуры, а также свойства спайки. Могут учитываться и прочие нюансы.

В ходе применения инертных газов устойчивость дуги повышается, что позволяет выполнить глубокую расплавку. Подобные вещества подаются в зону расплава несколькими потоками. Если он идет параллельно стержню, это центральный поток. Также есть боковые и концентрические струи. Также газ может подаваться в подвижную насадку, установленную над рабочей средой.

Стоит отметить, что при дуговой сварке, которая происходит в газовой ванне, тепловые параметры приемлемые для производства шва требуемой модели, качества и размера. Выбор режима Чтобы соответствовать требованиям ГОСТ, дуговая сварка в защитных газах может проводиться в разных режимах. Для этого в большинстве случаев требуется применение инверторов полуавтоматического типа. При помощи такой аппаратуры становится возможным регулировать поток электричества, его напряжения.

Инверторные полуавтоматы служат источником питания. Они могут отличаться мощностью, а также опциями. Эксплуатационные качества зависят от модели. Для большинства стандартных операций, в ходе которых не требуется проведение сварки толстых или нечасто используемых сплавов, применяются простые аппараты.

Автоматическая дуговая сварка в среде защитных газов различается массой параметров:

• Радиус проволоки.
• Диаметр проволоки.
• Сила электричества.
• Напряжение.
• Скорость подачи контакта.
• Расход газа.

Существующие полуавтоматические режимы дуговой сварки в защитных газах также разделяют на локальные и общие. В первом случае защитный газ поступает из сопла в зону сварки. Этот вариант применяется чаще. При помощи локальной сварки можно соединить разные материалы, но результат не всегда может быть удовлетворительным.

При использовании локальной подачи газа в зону расплава может попадать воздух. Это снижает качество шва. Чем больше заготовка, которую нужно сварить, тем хуже будет результат при использовании такой методики.

Если нужно сварить крупногабаритные детали, применяются камеры, в которых регулируется атмосфера. Из них откачивается воздух, создается вакуум. Дальше в камеру закачивают нужный по технологии газ. При помощи дистанционного управления производится сварка.

Подготовка к сварке

Чтобы правильно выполнить процедуру соединения металлических заготовок, нужно понимать сущность дуговой сварки в защитном газе. Сварка требует правильной подготовки. Эта процедура всегда одинаковая, независимо от технологии сварки. Сначала кромкам придают правильную геометрию. Это определяется ГОСТом 14771-76.

Механизированная дуговая сварка в защитном газе применяется для полной проварки сплава, что позволяет полностью соединить края заготовки. Зазора между ними не остается. Если же присутствует определенный отступ, разделка краев, проварку можно провести для заготовки, толщина которой не превышает 11 мм.

Для увеличения производительности в процессе автоматической сварки проводится разделка краев заготовок без откосов.

После проведения сварки в углекислом газе потребуется очищать всю плоскость шва от грязи и шлака. Чтобы загрязнение было менее значительным, поверхности обрабатывают особыми составами. Чаще всего это аэрозоли, которые распыляют на металл. Ждать его высыхания не нужно.

В ходе последующей сборки применяются стандартные запчасти, например, клинья, прихватки, скобы и т. д. Конструкция перед началом работы требует тщательного осмотра.

Преимущества и недостатки

Ручная и автоматическая дуговая сварка в защитных газах имеет как преимущества, так и недостатки.

К положительным качествам этого метода относятся:

• Качество шва получается очень высокое. Этого не могут обеспечить иные методики сварки.
• Большинство защитных газов стоит относительно недорого, поэтому процесс сварки не удорожается сильно. Даже дешевые газы обеспечивают качественную защиту.
• Опытный сварщик, который ранее применял иные методики, легко освоит и эту технологию, поэтому поменять специфику маневров сможет даже крупное предприятие с большим количеством сотрудников в штате.
• Процесс универсальный, позволяет сварить как тонкие, так и толстые листы металла.
• Производительность высокая, что положительно сказывается на результатах работы производства.
• Методика применяется не только для сварки черных, но и цветных металлов и сплавов.
• Процесс сварки при использовании газовой защитной ванны легко поддается модернизации. Его можно переделать из ручного в автоматический.
• Процесс сварки можно приспособить ко всем тонкостям производства.

Автоматическая и ручная дуговая сварка в среде защитных газов имеет и определенные недостатки:

• Если сварка производится на открытом участке, нужно обеспечить хорошую герметичность камеры. В противном случае защитные газы могут выветриваться.
• Если же сварка проводится в помещении, здесь обязательно должна быть обустроена качественная система вентиляции.
• Некоторые разновидности газов стоят дорого (например, аргон). Это повышает себестоимость продукции, удорожает весь процесс производства.

Разновидности газов

Дуговая сварка в среде защитных газов производится в разных средах. Они могут быть активными или инертными. К последним относятся такие вещества как Ar, He и прочее. Они не растворяются в железе, не вступают с ним в реакцию.

Инертные газы применяют для сварки алюминия, титана и прочих популярных материалов. Дуговая сварка в защитном газе неплавящимся электродом применяется для стали, которая плохо поддается плавлению.

Активные газы также применяются в ходе проведения подобных работ. Но в этом случае чаще используют дешевые разновидности, например, азот, водород, кислород. Одним из самых популярных веществ, которые применяются в ходе сварки, является двуокись углерода. По цене это самый выгодный вариант.

Особенности газов, чаще всего применяемых в ходе процесса сварки, следующие:

• Аргон не воспламеняется, а также не взрывоопасен. Он обеспечивает качественную защиту сварного шва от неблагоприятных внешних воздействий.
• Гелий поставляется в баллонах с повышенной устойчивостью к давлению, которое здесь достигает 150 атм. Сжижается газ при очень низкой температуре, достигающей -269ºС.
• Двуокись углерода является неядовитым газом, который не имеет запаха и цвета. Это вещество добывают из дымовых газов. Для этого применяется специальное оборудование.
• Кислород является веществом, которое способствует горению. Его получают при помощи охлаждения из атмосферы.
• Водород при контакте с воздухом становится взрывоопасным. При обращении с таким веществом важно соблюдать все требования безопасности. Газ не обладает цветом и запахом, помогает процессам воспламенения.

Особенности сварки в углекислоте, азоте

Дуговая сварка в защитном газе плавящимся электродом проводится при использовании углекислоты. Это самая дешевая методика, которая сегодня пользуется большим спросом. Под воздействием сильного нагрева в зоне плавления СО₂ превращается в СО и О. Чтобы уберечь поверхность от окислительной реакции, в проволоке присутствуют кремний и марганец.

Это также приводит к некоторым неудобствам. Кремний и марганец вступают между собой в реакцию, образуя шлак. Он проступает на поверхности шва, требуя устранения. Это выполнить несложно. На качество сварного шва это обстоятельство никакого воздействия не имеет.

Перед началом работы из баллона удаляют воду, для чего его переворачивают. Это нужно делать с определенной периодичностью. Если не выполнить такую манипуляцию, шов станет пористым. Его прочностные качества будут невысокими.

Дуговая сварка в защитном газе может выполняться при помощи азота. Эта технология применяется для спайки медных заготовок или деталей из нержавейки. С этими сплавами азот не вступает в химическую реакцию. В ходе проведения сварки применяются графитовые или угольные электроды. Если применять для этих целей вольфрамовые контакты, это вызывает их перерасход.

Важно правильно настраивать оборудование. Это зависит от сложности сварки, типа материала и прочих условий. Чаще всего применяется оборудование с напряжением 150-500 А. Оно создает дугу 22-30 В, а расход газа при этом составляет 10 л/мин.

Процесс сварки

Дуговая сварка в защитном газе является эффективной методикой. Но чтобы этого добиться, мастер должен выполнять все требования, выдвигаемые стандартами к этому процессу. Эта методика несколько отличается от иных техник, что мастер должен обязательно учитывать.

Сначала металл готовят для проведения процесса сварки. При использовании такой технологии эта процедура оказывает меньшее воздействие на результат, но проводить ее нужно. Далее проводится настройка оборудования в соответствии с параметрами сварки. Учитывается толщина и тип материала.

Когда оборудование будет готово, производится розжиг дуги. При этом подпаливают пламя горелки. Некоторые разновидности сварки предполагают проведение предварительного прогрева заготовки. Для этого сначала включают горелку, при помощи которой производится предварительная обработка металла.

Когда вокруг дуги начнет образовываться сварочная ванна, начинают подавать проволоку. Для этого оборудование оснащают специальным подающим устройством. Оно поставляет проволоку в зону расплава с определенной скоростью. Если нужно сделать длинный шов, это удобно, так как дугу не придется разрывать. Для этого применяется неплавкий электрод, который поддерживает дугу длительное время.

Если сварка происходит при использовании постоянного тока, его полярность должна быть обратной. Это сокращает вероятность разбрызгивания, но повышается расход металла. Коэффициент наплавления при использовании подобной методики заметно снижается. При прямой полярности он возрастает в 1,5 раз.

Ванну желательно вести слева направо (если мастер правша). Так будет видно процесс формирования шва. Также все действия нужно выполнять по направлению к себе. Шов создается просто, от мастера требуется только ровно вести аппарат на перманентной скорости.

Дуга отрывается от заготовки в обратном направлении относительно движения сварки. В некоторых случаях после такой манипуляции может потребоваться дополнительный прогрев.

Оборудование

Дуговая сварка в защитном газе производится при помощи специального оборудования. Оно применяет стандартные источники электропитания, а также обладает функцией регулировки напряжения.

Агрегаты для сварки оснащаются устройством, передающим проволоку. Также здесь предусмотрены узлы для подачи газов в зону плавления при помощи шлангов из баллонов. Процедура сварки производится при постоянной высокой частотности тока. От правильности регулировки зависит стабильность дуги. Также настраивается скорость подачи проволоки. Наиболее популярными агрегатами для проведения подобной сварки являются:

• «Импульс 3А». Применяется для сварки алюминия, но недостатком является малая функциональность прибора. Его также можно применять для сварки черных металлов, а также создания потолочных швов.
• «ПДГ-502». Применяется для проведения спайки в углекислом газе. Аппарат надежный и производительный. Работает от сети как 220 В, так и 380 В. Электричество может регулироваться от 100 А до 500 А.
• «УРС 62А». Применяется при сварке в полевых условиях. Преимущественно используется для сварки алюминия, но может и обработать титан.

Средства защиты

Сварочные работы при использовании газа отличаются высокой степенью опасности, особенно при использовании взрывоопасных веществ. Поэтому сварщик должен применять в работе индивидуальные средства защиты. Они должны закрывать кожу, глаза, не позволять мастеру вдыхать вредные пары.

Даже если проводится кратковременная сварка в собственном гараже, мастер должен применять специальную маску, респиратор и термоустойчивые краги. В этом случае работа будет выполняться в безопасном режиме, что также сильно отражается на качестве результата.

14.6. Сварка в защитных газах плавящимся электродом

Основными разновидностями сварки плавящимся электродом в защитных газах являются аргонодуговая сварка и сварка в углекислом газе.

Сварка в защитных газах плавящимся электродом имеет ряд особенностей. Так, устойчивое горение дуги обеспечивается при высокой плотности тока в электроде (100 А/мм² и выше) при возрастающей вольтамперной статической характеристике.

Стабильность параметров сварного шва (глубина проплавления и ширина) зависит от постоянства длины дуги, которая обеспечивается за счет процесса саморегулирования дуги при постоянной скорости подачи электродной проволоки. При этом соблюдается условие равенства скорости плавления электрода и его подачи. Так как процесс ведется на режимах с высокими плотностями сварочного тока, то обычно применяют электродную проволоку небольшого диаметра (d ≈ 0,8…2,5 мм), с большими скоростями ее подачи. В этих условиях процесс саморегулирования не может обеспечиваться при использовании источников питания с падающими характеристиками.

Поэтому применяют источники питания с жесткой или возрастающей вольтамперной характеристикой. Сварку обычно ведут на постоянном токе обратной полярности. При прямой полярности скорость расплавления в 1,4–1,6 раза выше, чем при обратной, однако дуга горит менее стабильно с интенсивным разбрызгиванием.

К основным параметрам сварочного режима относятся сила тока, напряжение дуги, скорость сварки, диаметр и скорость подачи электродной проволоки, расход защитных газов. Сварочный ток зависит от диаметра и состава электрода, его устанавливают в соответствии со скоростью подачи электродной проволоки. Скорость сварки обычно 15–80 м/ч, ее выбирают с учетом производительности и качества формирования шва. Выбор параметров режима обычно производят по экспериментальным табличным данным. Для улучшения формирования шва сварку проводят на медной подкладке с формирующей канавкой или на остающейся подкладке из основного металла. Для сварки тонколистового металла используют проволоку диаметром 0,5–1,2 мм.

Металл толщиной до 4 мм сваривают без разделки кромок. При сварке с двух сторон можно сваривать без разделки кромок металл толщиной до 12 мм. При больших толщинах применяют разделку кромок.

Аргонодуговая сварка плавящимся электродом в основном применяется для сварки цветных металлов (алюминий, магний, медь, титан и их сплавы) и легированных сталей. Сварка производится на режимах с мелкокапельным и струйным переносом электродного металла. При струйном переносе глубина проплавления увеличивается.

Критическое значение сварочного тока, при котором капельный перенос сменяется струйным, для каждого металла различно и зависит от диаметра проволоки. Так, при сварке сталей это происходит при плотности тока от 60 до 120 А на 1 мм2 сечения электрода, при сварке алюминия – 70 А. Например, для электродной проволоки из стали марки Св-12Х18Н9Т для разных диаметров при горении дуги в среде аргона критический ток имеет следующие значения:

При сварке сталей в качестве защитного газа в основном используют аргон с добавками углекислого газа или кислорода (1–5% по объему). Введение активных газов стабилизирует горение дуги, снижает разбрызгивание. Наряду с этим окислительная среда повышает стойкость швов против водородной пористости.

При импульсном питании дуги сварочным током появляется дополнительная возможность управления процессом плавления и переноса электродного металла. В этом случае используют тот же принцип питания дуги, что и при сварке вольфрамовым электродом при импульсно-дуговой сварке. От источника небольшой мощности питается дуга, формирующая каплю жидкого металла на электроде, которая сбрасывается в момент подачи импульса тока большого значения. За счет возникающих электродинамических сил капле придается строгая направленность перемещения в сварочную ванну, чем предотвращается разбрызгивание и обеспечивается возможность сварки швов в различных пространственных положениях.

При аргонодуговой сварке плавящимся электродом предъявляются более жесткие требования к качеству сборки деталей, чем при сварке вольфрамовым электродом. Перед сваркой необходима тщательная очистка кромок свариваемых деталей и электродной проволоки.

Сварка плавящимся электродом в углекислом газе. Этим способом можно сваривать большинство сталей, удовлетворительно сваривающихся другими видами сварки. В первую очередь сваривают углеродистые и низколегированные стали толщиной более 3 мм проволокой диаметром 0,8–2 мм. Некоторое применение этот способ находит при сварке конструкций из высоколегированных сталей.

Наряду с другими преимуществами, характерными для сварки в защитных газах, сварка в углекислом газе характеризуется высокой производительностью и низкой стоимостью. Процесс экономичен, защитный газ не дефицитен, обеспечивает достаточно высокое качество металла швов. Механизированная сварка в углекислом газе, как более производительный процесс, успешно конкурирует с ручной дуговой сваркой покрытыми электродами по своей универсальности. К недостаткам ее следует отнести повышенное разбрызгивание и более грубое формирование швов.

При сварке в углекислом газе происходит окисление металла и потеря легирующих элементов. Поэтому основной особенностью этого способа является необходимость применения электродных проволок с повышенным содержанием элементов раскислителей (кремния, марганца), компенсирующих их выгорание в зоне сварки, предотвращающих окисление металла в ванне и образование пор. Для углеродистых сталей в основном используют сварочные проволоки сплошного сечения СВ-10ГС, Св-08Г2С, а также порошковые проволоки, содержащие в наполнителе порошки ферросплавов кремния и марганца.

Автоматическая и механизированная сварка в углекислом газе ведется на постоянном токе обратной полярности. Устойчивый процесс обеспечивается при высоких плотностях тока, поэтому используют проволоки малых диаметров 0,8–2,5 мм, а питание дуги производят от источников с жесткой внешней характеристикой. При сварке в углекислом газе, даже на высоких плотностях сварочного тока, практически не удается добиться струйного переноса металла электрода. Сварочный ток устанавливают и определяют скоростью подачи проволоки. Напряжение дуги должно быть не больше 32–34 В, так как с увеличением напряжения и длины дуги увеличивается разбрызгивание и окисление. Обычно U_Д=20…30 В скорость сварки от 20 до 80 м/ч, расход газа 6–25 л/мин. Например, при механизированной сварке низкоуглеродистой стали толщиной 8 мм сварку можно выполнять проволокой диаметром 2 мм, на силе тока 260–280 А, при напряжении 28–30 В, расходе газа 16–20 л/мин за один проход без разделки кромок. Наряду с СО2 также используют защитные смеси газов СО2+Аr, СО2+О2 и др. При этом улучшается капельный перенос, уменьшается разбрызгивание, улучшается формирование швов.

Сварка порошковой проволокой | Сварка и Контроль

Конструкция порошковой проволоки определяет некоторые особенности ее расплавления дугой. Сердечник проволоки на 50-70% состоит из неметаллических материалов и поэтому его электросопротивление велико — в сотни раз больше, чем металлической оболочки.

Сварка порошковой проволокой

 Поэтому практически весь сварочный ток проходит через металлическую оболочку, расплавляя ее. Плавление же сердечника,расположенного внутри металлической оболочки, происходит в основном за счет тепло излучения дуги и теплопередачи от расправляющегося металла оболочки. Ввиду этого сердечник может выступать из оболочки, касаться ванны жидкого металла или переходить в нее частично в не расплавленном состоянии. Это увеличивает засорение металла шва неметаллическими включениями.

Сечения порошковой проволоки

Техника сварки порошковой проволокой 

 Обычно порошковые проволоки используют для сварки шланговыми полуавтоматами. Ввиду возможности наблюдения за образованием шва техника сварки стыковых и угловых швов в различных соединениях практически не отличается от техники их сварки в защитных газах плавящимся электродом. Однако образование на поверхности сварочной ванны шлака, затекающего при некоторых условиях в зазор между кромками в передней части сварочной ванны, затрудняет провар корня шва. При многослойной сварке поверхность предыдущих слоев следует тщательно зачищать от шлака.

Достоинства способа сварки порошковой проволокой

Сварка под флюсом, особенно полуавтоматическая, затруднена из-за невозможности точного направления электрода в разделку и наблюдения за образованием шва. При сварке в защитных газах надежность защиты может нарушаться из-за сквозняков, забрызгивания газовых сопл и т. п. В этих условиях применение порошковых проволок, сочетающих в себе положительные свойства открытых стальных электродов (защита, легирование и раскисление расплавленного металла),и механизированной сварки проволоками сплошного сечения (высокая производительность) представляет большие производственные преимущества,особенно монтажных условиях. Этому способствует и отсутствие газовой аппаратуры (баллонов, шлангов, газовых редукторов), флюса и флюсовой аппаратуры,усложняющих процесс сварки или повышающих его трудоемкость (засыпка и уборка флюса и др.).

Возможность наблюдения при полуавтоматической сварке за направлением электрода в разделку, особенно при сварке с его поперечными колебаниями, а также за образованием шва — основные преимущества сварки порошковыми проволоками. Изменение состава наполнителя сердечника порошковой проволоки позволяет воздействовать на химический состав шва и технологические характеристики дуги.

Недостатки способа сварки порошковой проволокой

Малая жесткость трубчатой конструкции порошковой проволоки требует применения подающих механизмов с ограниченным усилием сжатия проволоки в подающих роликах. Выпуск проволоки в основном диаметром 2,6 мм и более,требуя применения для устойчивого горения дуги повышенных сварочных токов,позволяет использовать их для сварки только в нижнем и редко в вертикальном положении. Это объясняется тем, что образующаяся сварочная ванна повышенного объема, покрытая жидко текучим шлаком, не удерживается в вертикальном и потолочном положениях силой поверхностного натяжения и давлением дуги.

Наличие на поверхности сварочной ванны шлака, замедляя кристаллизацию расплавленного металла, также ухудшает условия образования шва в пространственных положениях, отличных от нижнего. Существенный недостаток порошковых проволок, сдерживающий их широкое промышленное применение, -повышенная вероятность образования в швах пор, вызываемая наличием пустот в проволоке. Кроме того, не расплавившиеся компоненты сердечника, переходя в сварочную ванну, способствуют появлению газообразных продуктов. Диссоциация мрамора, окисление и восстановление углерода при нагреве и плавлении ферромарганца в сочетании с мрамором и другие процессы также могут привести к образованию в металле сварочной ванны газовой фазы. В результате этого в швах появляются внутренние и поверхностные поры.

В этих условиях режим сварки (сила тока, напряжение, вылет электрода) оказывает большое влияние на возможность возникновения в швах пор.Повышает вероятность образования пор также влага, попавшая в наполнитель при хранении проволоки, а кроме того, смазка и ржавчина, следы которых имеются на металлической ленте.

Порошковую проволоку можно использовать и при сварке в углекислом газе. Вероятность образования в швах пористости в этом случае снижается. В зависимости от состава наполнителя для сварки используют пост

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

7 эффектов защитного газа

Хотя вы, вероятно, знаете, что защитный газ играет важную роль в большинстве спецификаций процедур сварки, вы можете уделять ему мало внимания при его выборе. Простое изменение состава газа может обеспечить потенциальную экономию в семи ключевых областях, особенно при газовой дуговой сварке (GMAW).

Считается, что защитный газ не сильно влияет на стоимость сварочных работ. Многие сварщики не до конца понимают, какое финансовое влияние защитный газ может оказать на чистую стоимость сварочных работ.

Выбор состава защитного газа для GMAW может повлиять на сварку семью ключевыми способами.

1. Скорость и эффективность осаждения присадочного металла

Смеси защитного газа с высоким содержанием аргона обычно обеспечивают высокую производительность. Размещение заготовки в плоском или горизонтальном положении сварки позволяет использовать перенос распылением с этими смесями. Тщательно выбирайте защитный газ: скорость подачи проволоки и уровни тока высокие.

Однопроводная GMAW может превышать скорость наплавки 15 фунтов в час при 100-процентном рабочем цикле.Для обеспечения переноса распылением содержание аргона должно составлять 85 процентов или более. В некоторых случаях вместо использования обычной смеси аргон / диоксид углерода или аргон / кислород использование смеси аргона с повышенным содержанием гелия может увеличить скорость осаждения металла шва до 15 процентов.

Хотя гелий стоит больше, чем аргон, защитный газ обычно составляет менее 5 процентов от общей стоимости сварки, поэтому добавление гелия следует учитывать при выборе смеси защитного газа.

Эффективность осаждения электрода напрямую зависит от уровня сварочных брызг.Смеси с высоким содержанием аргона обычно дают наилучшие результаты при распылении. Повышение эффективности наплавки также может зависеть от выбора правильных параметров сварки. Неоптимизированная система, в которой любое количество параметров, таких как расход газа и напряжение, не оптимизировано, обычно дает более низкое осаждение. эффективность и может способствовать увеличению затрат на очистку после сварки.

2. Контроль брызг и очистка после сварки

Низкий потенциал ионизации аргона приводит к повышению стабильности дуги, что, в свою очередь, помогает устранить разбрызгивание при использовании обычных источников питания.Некоторые недавно разработанные источники питания предназначены для уменьшения разбрызгивания с помощью чистого защитного газа CO2. Можно еще больше уменьшить разбрызгивание и увеличить рабочий диапазон этих устройств, используя аргон. защитные газы. Вы можете увеличить рабочий ток и напряжение на 10 процентов или более, сохранив при этом контроль над разбрызгиванием.

Если вы используете перенос дуги распылением, обычно уровень аргона должен составлять 85 процентов или более. Импульсное распыление со смесью 95% аргона обычно дает самый низкий уровень разбрызгивания при сварке простой углеродистой стали.Трехкомпонентная смесь аргона, гелия и диоксида углерода может уменьшить разбрызгивание при сварке при соединении оцинкованной стали или стали с некоторым остаточным маслом на поверхности или окалиной.

В целом GMAW — это бесшлаковый процесс, но островки шлака все еще встречаются на поверхности валика. Порошок и краска не прилипают к этим силиконовым отложениям. Низкая реактивность защитного газа может помочь уменьшить эти поверхностные остатки. Если вас беспокоит образование островков шлака по краю сварного шва, работайте только с должным образом очищенным основным материалом и используйте смесь, содержащую не менее 90 процент аргона без кислорода.Тщательный выбор присадочного металла также поможет ограничить образование островков.

Очистка после сварки может увеличить расходы, сократить время горения дуги и уменьшить рабочий цикл сварочной операции. Оптимальная смесь аргона, поскольку она уменьшает разбрызгивание, может помочь вам уменьшить шлифование после сварки, что означает, что вы можете уделять сварке больше времени.

Подбор цвета обычно является проблемой при сварке нержавеющих сталей. Для наилучшего соответствия цвета выберите смесь аргона или гелия с низким уровнем кислорода или CO2, чтобы минимизировать окисление поверхности сварного шва.Бескислородные смеси вызывают меньшее обесцвечивание металла шва. Чтобы еще больше свести к минимуму обесцвечивание, используйте низкий рабочий ток и большое газовое сопло с близким расстояние от сопла до рабочей поверхности для обеспечения хорошего покрытия защитным газом. При соединении нержавеющей стали серии 300 вы можете добавить контролируемое количество водорода — менее 5 процентов — для уменьшения окисления и, следовательно, улучшения цвета шва и повышения производительности. Если важна коррозионная стойкость, ограничьте содержание CO2 до менее 5 процентов.

3.Профиль борта и сварка

Сварной шов, экранированный CO2, обычно имеет выпуклую форму, что способствует перевариванию; это увеличивает стоимость сварки. Смеси на основе аргона обеспечивают хороший контроль формы валика, что может уменьшить переварку. Из-за физических характеристик дуги, экранированной CO2, и образующейся сварочной ванны, CO2 может создавать выпуклую форму валика. Смеси аргона, как правило, образуют плоскую поверхность валика, которая обеспечивает достаточное армирование, но уменьшает переварку.

Диаметр присадочного металла также играет решающую роль в оптимизации формы валика.Большой размер проволоки может затруднить контроль размера сварного шва. Увеличенный размер сварного шва может увеличить затраты на сварку как минимум на 50 процентов. Выберите тип и размер присадочного металла в соответствии с потребностями вашего приложения.

4. Проникновение шарика, возможность прожига

При сварке тонких материалов — от 16 до 22 — сварочные характеристики газовой смеси становятся важными. Например, одной характеристикой чистого CO2 является то, что он приводит к увеличению энергии сварочной ванны по сравнению со смесью аргона и CO2.Контролируя содержание CO2 в смеси, вы можете контролировать прожог и повышение производительности сварки. Используйте смеси аргона и CO2 в диапазоне от 85 до 95 процентов, чтобы свести к минимуму выгорание.

Pure CO2 может помочь вам добиться хорошего проплавления сварных швов. Рабочий ток, присадочный металл и состав газа также влияют на профиль проникновения. Если вам нужно глубокое проникновение, используйте смесь аргона с высоким процентом CO2 — от 15 до 20 процентов — или, возможно, рассмотрите возможность добавления гелия для расширения и углубления проникновения.Эта также будет способствовать повышению производительности сварки.

5. Свариваемость вне положения

Защитные газы с большей реактивностью, в которых используется больше CO2 или O2, повышают текучесть сварочной ванны. Для работы вне позиции это может вынудить вас использовать более низкие скорости подачи проволоки, что снизит производительность.

Тип переноса металла, который вы выбираете, также имеет решающее значение при попытке улучшить контроль вне положения. Смеси с высоким содержанием аргона и низкой реакционной способностью обычно работают хорошо.

6. Уровень образования сварочного дыма

На образование сварочного дыма влияют многие факторы, включая присадочный металл, состав основного металла, рабочие параметры и защитный газ.

Смеси с высоким содержанием аргона менее реактивны, чем чистый CO2, и обычно выделяют меньше сварочного дыма при аналогичных рабочих условиях. Но меньшее образование дыма не всегда означает меньшее воздействие, поэтому обязательно проведите измерения, чтобы убедиться в соблюдении применимых допустимых пределов воздействия.

7. Механические свойства сварного металла

Поскольку смеси с высоким содержанием аргона обычно менее реактивны, чем другие смеси, больше легирующих элементов из присадочной проволоки переносится в сварочную ванну. Обычно это увеличивает прочность сварного шва. В любом случае при выборе расходных материалов для проволоки учитывайте свой защитный газ, чтобы знать, что полученный сварной шов соответствует требованиям вашего приложения.

Выбранный вами защитный газ может влиять на многие сварочные характеристики. Как только вы поймете, какие свойства наиболее важны для вашего приложения, вы сможете выбрать лучшую смесь для работы.

.

Сравнение самозащитных и газозащитных порошковых электродов

Q: Почему нужно использовать защитный газ при использовании порошковой проволоки, такой как Outershield® 71M? Каковы преимущества? Я сваривал только проволокой Innershield®, для которой не использовался защитный газ. A: Я бы хотел ответить на ваш вопрос как общее обсуждение порошковой сварки. Американское сварочное общество (AWS) классифицирует все трубчатые электроды с флюсом внутри как проволоку с флюсовой сердцевиной и называет это процессом дуговой сварки под флюсом (FCAW).Все порошковые проволоки имеют схожие характеристики. К ним относятся образование защитного шлака над сварным швом, использование техники угла сопротивления, возможность сварки в нестандартном или плоском и горизонтальном положении только при более высоких скоростях наплавки (в зависимости от типа проволоки), способность справляться с загрязнениями на пластине. и т. д. Однако существует два принципиально разных типа порошковых проволок. Один тип является самозащитным, а другой — газозащитным. Эти два типа часто делятся на подкатегории: процесс FCAW-S (самозащитный, порошковый) и процесс FCAW-G (газозащитный, порошковый).

Рисунок 1: Процесс FCAW-S

Самозащитная порошковая проволока, обычно называемая проволокой Innershield®, часто описывается как «стержневой электрод наизнанку». Так же, как покрытые или стержневые электроды, они полагаются исключительно на свою шлаковую систему и газы, образующиеся в результате химических реакций в дуге, для защиты расплавленного металла от атмосферы (см. Рисунок 1).Ингредиенты флюса в активной зоне выполняют несколько функций, в том числе: 1) они раскисляют и денитрифицируют расплавленный металл. 2) Образует защитный шлак, который также придает форму валику и может удерживать расплавленный металл в смещенном состоянии. 3) Добавляет легирующие элементы в металл сварного шва для достижения желаемых механических свойств. 4) Влияет на сварочные характеристики (т.е. характеристики глубокого проплавления и высокие скорости наплавки). Вы можете думать о процессе FCAW-S как о расширении производительности палки (т.е.е., ручная) сварка, обеспечивающая гораздо более высокую производительность наплавки с полуавтоматическим процессом почти для всех тех же применений, что и стержневые электроды. Например, они очень популярны для сварки на открытом воздухе, так как нет необходимости во внешнем защитном газе (где газ может легко уноситься ветром и приводить к пористости в процессах с защитой от газа). В рабочем состоянии большинство самозащитных проводов имеют полярность постоянного тока. Они имеют шаровидный перенос дуги, от мелких капель до крупных капель металла.Хотя некоторые из них имеют очень плавные характеристики дуги, большинство из них, как правило, имеют немного более жесткую дугу и больше брызг, чем электроды FCAW-G. Металлургия и конструкция самозащитной порошковой проволоки уникальны по сравнению с электродами для других процессов дуговой сварки. Например, они уникально используют алюминий с большинством проволок, чтобы активно взаимодействовать с атмосферой, создавая прочный наплавленный металл.

Для сравнения, в газозащитной порошковой проволоке (Outershield®, UltraCore®) используется как система шлака, так и внешний защитный газ для защиты дуги от атмосферы (см. Рисунок 2).Два наиболее распространенных типа используемых защитных газов — это 100% углекислый газ (CO2) или смесь 75–85% аргона (Ar) / баланс CO2 (наиболее популярна смесь 75% Ar / 25% CO2). Эти провода часто называют электродами с двойным экраном. Как и в случае самозащитной проволоки, основные ингредиенты образуют шлак, добавляют в металл сварного шва требуемые легирующие элементы и влияют на характеристики сварки. Однако они не обеспечивают защиты от атмосферы, а процесс FCAW-G полностью полагается на внешний защитный газ вокруг дуги.Кроме того, использование защитного газа значительно повышает привлекательность для оператора и удобство использования этих проводов. Большинство типов проволоки имеют перенос дуги через небольшие капли с плавной струей дуги. Рекомендуемая полярность DC + для всех типов проводов. Как правило, они предпочтительнее для заводской (т.е. внутренней) сварки, поскольку имеют более плавные характеристики дуги. Их можно использовать на улице, но при этом требуются дополнительные меры предосторожности, чтобы ветер не унес защитный газ. Без защитного газа это приведет к пористости сварного шва.

Рисунок 2: Процесс FCAW-G

.

Не используйте защитный газ с электродами FCAW-S

В: У меня есть небольшой сварочный аппарат MIG, который я иногда использую для сварки проволокой Innershield® NR-212 диаметром 0,045 дюйма. Я знаю, что это безгазовый провод. Однако можно ли использовать с ним защитный газ (например, 75% Ar / 25% CO2)? Однажды я попробовал это на какой-то тарелке для лома, и, похоже, он работал очень хорошо. Я также заметил, что в номере AWS для провода E71TG-G есть буква «G». Означает ли это, что его можно использовать с газом?

A: Ответ на ваш первый вопрос — нет.Для Innershield® NR-212 не только не требуется использование защитного газа любого типа или любого другого типа самозащитного порошкового электрода (FCAW-S), его также нельзя использовать. Электроды FCAW-S (то есть Innershield®) имеют строго контролируемый и уникальный состав сердечника и взаимодействие с атмосферой (по сравнению с газозащитной порошковой проволокой). Они полагаются на окислительный эффект воздуха для получения желаемого наплавленного слоя и требуемых механических свойств. Когда вы используете защитный газ, вы блокируете дугу от воздуха и предотвращаете окислительные реакции.Это приводит к гораздо более высокому содержанию сплавов, таких как алюминий, в металле сварного шва, что приводит к образованию хрупкого и чувствительного к образованию трещин наплавленного металла. Хотя вполне вероятно, что защитный газ улучшает стабильность и привлекательность для оператора NR-212, он также приводит к неприемлемому наплавлению.

Что касается вашего второго вопроса о классификации Innershield® NR-212 (E71TG-G) Американским сварочным обществом (AWS), я понимаю, где это может привести к некоторой путанице. В то время как буква «G» в FCAW-G означает «газовая защита» (или «S» в FCAW-S для самозащиты), буква «G» в специальной классификации электродов AWS означает «общий».Следовательно, классификация E71TG-G не означает, что это электрод с защитой от газа. Как правило, производитель сварочных электродов в США (например, Lincoln Electric и т. Д.) Разрабатывает электрод в соответствии с требованиями определенной предварительно определенной классификации электродов AWS согласно соответствующей спецификации присадочного металла AWS (например, E71T-1, E71T-8, E7018, ER70S-6 и др.). Однако производитель по-прежнему может изготавливать конкретный электрод, не соответствующий какой-либо заранее определенной классификации AWS. В этих случаях он классифицируется как «общий».Так обстоит дело с Innershield® NR-212, в котором первая буква «G» в номере AWS электрода означает, что он имеет общую классификацию использования. Innershield® NR-212 также является низколегированным электродом (т.е. в соответствии со спецификацией присадочного металла AWS A5.29). Эти электроды имеют обозначение сплава в их суффиксе (например, E71T8-K6, E81T1-K2, E81T1-Ni1 и т. Д.). В случае Innershield® NR-212 вторая буква «G» обозначает общую суффиксную классификацию сплава. Поэтому E71TG-G — это его классификация.

.