1.5. Приёмы сварки высокопрочных сталей

1.5.1. Сварка неплавящимся электродом в среде защитных газов

Защитные газы: аргон (Ar), гелий (He), и их смеси. Хотя аргон и гелий инертные газы, это не значит, что состав металла шва, выполненный в атмосфере этих газов не будет отличаться от состава свариваемой стали. Так как в ходе сварки, элементы входящие в состав стали, взаимодействуют между собой и с примесями, в том числе содержащимися в защитном газе.

Удельный вес аргона  = 1,783 кгс/м². Он тяжелее воздуха, благодаря чему обеспечивается хорошая защита сварочной ванны от среды.

Удельный вес гелия  = 0,17484 кгс/м³. При сварке, так как он легче воздуха, требуется на 40% больше расхода, чем при сварке в среде Ar (стоимость Не в 5 – 10 раз выше Ar). Для дуги, горящей в Ar, характерен низкий градиент напряжения (grad U) = 6 В/см, благодаря этому изменение длины дуги оказывает незначительное влияние на величину напряжения сварки. Теплопроводность гелия заметно выше, чем теплопроводность аргона. Высокая теплопроводность, малая плотность гелия, небольшая скорая диффузии заряженных частиц способствует более эффективному теплообмену между столбом дуги и окружающей средой. Градиент напряжения дуги горящей в гелии (grad U = 41 В/см) значительно выше этого параметра для дуги горящей в аргоне.

С целью сочетания преимуществ сварки в среде Ar и Не, применение их смеси. Считается рациональным применения смеси Ar с Не в соотношении – 50 – 50% или 70% Ar + 30% Не. Окончательное решение должны принимать конструктор и технолог. Производство сварки в смеси Ar и Не лежит между производством сварки в Ar и сварки в Не. Пример: 50% Ar + 50% He – смачиваемость такая же, как при сварке в He, а глубина проплавления выше, чем при сварке в Ar.

При сварке высокопрочных сталей в среде инертного газа применяют прутки лантанированного или иттрированного вольфрама ВЛ – 10 и ВИ – 15.

Они позволяют лучше ионизировать дуговой промежуток и делают электроды более стойкими в ходе сварки. Диаметр прутков от 1 – 8 мм. Сварку ведут на токе прямой полярности. Электроды затачивают на конус. Ориентировочная величина силы тока для вольфрамового электрода разного диаметра приведена в таблице 3. Преимущественно применяют механизированные виды сварки, как с присадочной проволокой, так и без нее.

Таблица 3

Величина сварочного тока при сварке высокопрочных сталей W – электродом на токе прямой полярности.

Защитный газ	Сварочный ток при диаметре электрода, мм
	1-2	3	4	5	6
Аргон	65-150	140-200	250-340	300-400	350-450
Гелий	40-100	100-180	180-250	250-300	300-400

В случае сварки без присадочной проволоки для получения высоких механического свойств, шов должен быть хорошо сформирован, то есть иметь равномерное усиление и формирование со стороны корня шва, плавные переходы от основного металла к металлу шва. Для обеспечения этих требований сборка стыка осуществляющего очень тщательно, при чем зазор и смещение кромок по высоте должно быть не более 10% от толщины свариваемого металла. Это удорожает процесс сварки. Однако даже выполнение указанных требований и соответствующих режимов обеспечить качественное формирование по всей длине шва и плавный переход к основному металлу невозможно, поэтому большое применение получила сварка вольфрамовым электродом с присадочной проволокой.

Д иаметр проволоки выбирают в пределах 1,2 – 2,0 мм. Сварочная проволока подаётся навстречу ванне в центр ее перемещения. При этом применяют односторонние и двухсторонние способы сварки.

Рис.4. Схема подачи присадочной проволоке при сварке неплавящимся электродом.

При односторонней сварке с присадочной проволокой труднее всего обеспечить плавные переходы от металла шва к основному металлу. Сварку ведут на медной подкладке. Главный недостаток это проседание шва в местах неплотного прилегания подкладки к изделию. Помимо этого, часто образуются макро- и микронесплошности – поры. Свойства по прочности металла шва и основного металла существенно отличаются, хотя по химическому составу и металл шва и основной металл мало различны.

Рис. 5. Схема сварки на подкладке

Двухсторонняя сварка: шов выполняется в два прохода, при чем первый проход проплавляет более 50% толщины, а второй с другой стороны с таким расчетом, чтобы частично подплавлять первый проход. Качество при этом выше, чем при односторонней сварки.

Недостатки:

• в металле первого слоя часто образуется горячие трещины;

• стык непроплавляется при первом проходе, являясь сильным концентратором напряжений;

• выполнить двухстороннюю сварку труднее, чем одностороннюю, особенно при изготовлении сосудов;

• при двухсторонней сварке в околошовной зоне возможен перегрев, особенно на участке у линии сплавления и месте пересечении швов.

• Прочность металла шва ниже прочности основного металла

Р ис. 6. Двухсторонняя сварка

Поэтому, для получения равнопрочных сварных соединений используется следующие технологические приемы:

1. Уплотнение свариваемых кромок прокаткой или электрохимической обработкой;

2. Расположение швов под углом к направлению действия основных растягивающих напряжений;

3. Холодная раскатка сварного соединения.