6. Сварка в защитных газах

При сварке низкоуглеродистых сталей для защиты металла шва широко используется Углекислый газ, Аргон и гелий для этих целей применяют ограниченно. Сварка в углекислом газе выполняется плавящимися и в некоторых случаях неплавящимся электродами. Сварку неплавящимся электродом экономически целесообразно применять при изготовлении конструкций из стали толщиной 0,3—2,0 мм. Ее выполняют угольными или графитовым электродами на постоянном токе прямой полярности (обратная полярность недопустима вследствие науглероживания металла шва).

Содержание марганца и кремния в металле шва обычно невелико. В результате прочность соединения обычно составляет 50— 70% прочности основного металла. Однако в ряде конструкций такие свойства сварного соединения являются приемлемыми. Углекислый газ активно окисляет металл по реакции

Fe (жидкий) + СО₂ (газ) = FeO (жидкий) + СО (газ).

При температуре сварочной дуги (5000-6000°С) происходит диссоциация углекислого газа

СО₂ = СО + О.

Образующийся в результате диссоциации атомарный кислород активно взаимодействует с жидким металлом сварочной ванны и приводит к выгоранию железа и других полезных примесей.

Чтобы получить качественное сварное соединение, необходимо иметь химический состав наплавленного металла сварного шва, мало отличный от состава основного металла. Для этого надо устранить вредное влияние реакций окисления. Эффективность защиты обеспечивается за счет реакций раскисления повышенным содержанием в сварочной проволоке марганца и кремния, эти элементы связывают кислород и отнимают его от закиси железа.

FeO (жидкий) + Мn (жидкий) = Fe (жидкий) + МnО (жидкий переходит в шлак),

2 FeO (жидкий) + Si (жидкий) = 2Fe (жидкий) + SiO₂ (жидкий переходит в шлак).

Таким образом, марганец и кремний раскисляют железо и, в дальнейшем сами окисляясь, удаляются (всплывают) в виде шлака (МnО, SiO).

Автоматическая и полуавтоматическая сварка плавящимся электродом в углекислом газе металла толщиной 0,8-0,3 мм и угловым швом с катетами 1,0-4,0 мм при любом пространственном положении шва выполняются электродной проволокой диаметром 0,5-1,2 мм. Проволоку диаметром 1,3-3,0 мм применяют для сварки металла средних толщин и заварки дефектов литья. Сварка в основном ведется в нижнем положении.

Необходимые механические свойства металла шва и высокая стойкость его против кристаллизационных трещин и пор при сварке кипящей и спокойной низкоуглеродистых сталей в углекислом газе достигаются применением электродных проволок марок Св-08ГС или Св-08Г2С (ГОСТ 2246-60*) легированных кремнием и марганцем. При сварке спокойной низкоуглеродистой стали применяют также электродную проволоку марки С6-12ГС (ГОСТ 2246-60*).

При сварке низкоуглеродистых сталей с содержанием углерода, приближающимся к верхнему пределу (0,21-0,25%), для предупреждения образования в швах кристаллизационных трещин следует применять электродную проволоку марки Св-08ГС или Св-08Г2С. На свойства металла шва значительное влияние оказывает качество углекислого газа. При повышенном содержании в нем азота и водорода могут образоваться поры даже при хорошей защите дуги от воздуха и надлежащем количестве кремния и марганца в сварочной ванне. При применении углекислого газа первого сорта по ГОСТ 8050-64 и электродной проволоки указанных выше марок швы, как правило, получаются плотные без пор. При сварке в среде углекислого газа отрицательное влияние ржавчины проявляется меньше, чем при сварке под флюсом. Устойчивое горение дуги при сварке плавящимся электродом в углекислом газе достигается при плотности тока свыше 100А/мм².

Некоторые данные о рекомендуемых значениях тока, напряжения дуги и вылета электрода при сварке электродной проволокой диаметром 0,5-2,5 мм приведены в табл. 6.1. Увеличение напряжения дуги приводит к снижению механических свойств металла шва и резкому возрастанию разбрызгивания и нарушения стабильности процесса, особенно при сварке горизонтальных швов, которые рекомендуется выполнять с использованием электродной проволоки диаметром до 1,2 мм.

Таблица 6.1

Рекомендуемые значения тока, напряжения дуги и вылета электрода при сварке в углекислом газе

Диаметр электродной проволоки в мм	0,5	0,8	1.0	1.2	1,6	2,0	2,5
Ток в А Напряжение дуги в В Вылет электрода в мм	30-100 18-20 6-10	60-150 18-22 8-12	80-180 18-24 8-14	90-220 18-28 10-15	120-330 18-32 14-20	200-500 22-34 15-23	250-600 24-38 15-33

Ориентировочные режимы сварки в углекислом газе плавящимся электродом приведены в табл. 6.2 [13] и 6.3 [13]

Таблица 6.2

Режимы полуавтоматической и автоматической сборки стыковых швов

Толщина металла	Зазор в мм	Число слоев	диаметр электродной проволоки в мм	Ток в А	Напряжение Дуги в В	Скорость сборки одного слоя в м/ч	Расход газа на один слой в л/мин
0,6-10 12-20 3-5 6-8 8-12	0,5-0,8 0,8-1,0 1,6-2,0 1.8-2,2 1,8-2,2	1 1-2 1-2 1-2 2-3	0,5-0,8 0,8-1,0 1,4- 2,0 2,0 -2,5	50-60 70-120 180-320 280-380 280-450	18-20 18-21 28-30 28-35 27-35	20-30 18-25 20-25 18-24 16-30	6-7 10-12 14-16 16-18 18-20

Таблица 6.3

Режимы автоматической и полуавтоматической сварки угловых швов
Толщинаметалла в мм.	Диаметр электродной проволоки в мм.	Катет шва в мм.	Число слоев	Ток в А.	Напряжение дуги в В.	Скорость сварки одного слоя в м/ч.	Вылет в мм.	Расход газа на один слой в л/мин.
1.0-13	0,5	1,0-1,2	1	50-60	18-20	18-20	8-10	5-6
10-1,3	0.6	1.2-2,0	1	60-70	18-20	18-20	8-10	5-6
15-20	0.8	1,2-2,0	1	60-120	18-20	16-20	8-12	6-8
15-2.0	0.8	1,5-30	1	75-150	18-20	16-20	8-12	6-8
15-30	1,2	2,0-30	1	90-180	20-22	14-20	10-12	8-10
3.0-4.0	1,2	3,0-4,0	1	120-220	20-22	20-28	10-15	8-10
30-4.0	1,6	3,0-4,0	1	150-250	28-30	24-30	16-22	12-14
50-6.0	1,6	5,0-6,0	1	320-360	28-30	26-35	16-25	16-18
50-6.0	2,0	5,0-6,0	1	250-380	28-30	28-35	20-30	16-18
Не менее катета шва	2,0	7.0-9.0	1	320-380	30-32	20-25	20-30	18-20
	2,0	9-11,0	2	320-380	30-32	24-28	20-30	18-20
	2,0	11-13	3	320-380	30-32	24-28	20-30	18-20
	2,0	13-15	4	320-380	30-32	24-28	20-30	18-20

При сварке в положениях, отличных от нижнего значения тока и напряжения дуги принимают по нижнему пределу. В качество источников сварочного тока при сварке в углекислом газе плавящимся электродом используют преобразователи и выпрямители с жесткими внешними вольтамперными характеристиками.

Полуавтоматическую сварку стыковых и угловых швов обычно выполняют с поперечными колебаниями конца электрода, амплитуда которых зависит от ширины и формы разделки и толщины металла. Для предупреждения прожогов при повышенных зазорах между кромками сварку тонкого металла рекомендуется выполнять на спуск при наклоне изделия на 10-20°. Как видно из данных, механические свойства металла шва при сварке низкоуглеродистой стали в углекислом газе вполне удовлетворительны. [16]

Сварка в защитных газах обеспечивает достаточно надежную изоляцию сварочной ванны при работе в заводских условиях . При сварке на монтаже должны быть предусмотрены меры против нарушения газовой защиты потоками воздуха. На эффективность газовой защиты влияют тип сварного соединения и скорость сварки. С увеличением скорости сварки стабильность защиты снижается.

Для обеспечения надежной защиты зоны сварки и сварочной ванны от окружающего воздуха важное значение имеют расстояние сопла от изделия, размер сопла и расход защитного газа. Чрезмерное приближение к изделию увеличивает забрызгивание сопла, а удаление приводит к нарушению защиты зоны сварки. При существующем оборудовании расстояние сопла от изделия обычно выдерживают в пределах 7-25 мм.

Находит применение ручная и полуавтоматическая сварка неплавящимся (вольфрамовым или угольным) электродом и ручная, полуавтоматическая и автоматическая сварка плавящимся электродом.

Сварку неплавящимся электродом тонкого металла без зазора между кромками ведут без присадочного металла, сварку более толстого металла выполняют с присадкой. Возможна сварка во всех пространственных положениях.

Сварку в защитных газах, как правило, выполняют при напряжении 22-34 В. При этом обеспечивается надежная защита плавильного пространства от окружающего воздуха и снижается угар элементов, входящих в состав электродной проволоки. При сварке неплавящимся электродом применяют стержни диаметром 0,8-25 мм и силу тока 400- 300 А, при сварке плавящимся электродом - электродную проволоку сплошного сечения диаметром 0,5-4 мм (сила тока 50-700 А) и порошковую проволоку. При сварке постоянным током прямой полярности вследствие более высокого содержания в металле шва водорода наблюдается интенсивное образование пор. Сварка активированной проволокой сплошного сечения возможна и на прямой полярности. Питание дуги переменным током возможно при сварке порошковой проволокой, в состав которой введены стабилизирующие дугу вещества. Использование вольфрамового электрода нецелесообразно, так как углекислый газ при высоких температурах является энергичным окислителем, приводящим к сгоранию электрода Защита углекислым газом применима в основном при полуавтоматической сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей и в некоторых специальных случаях, о чем будет сказано в главах, посвященных технологии сворки различных сталей.

Полуавтоматическую сварку в углекислом газе можно выполнять во всех пространственных положениях. Расширение области ее применения идет за счет замены ручной сварки и полуавтоматической сварки под флюсом. Широкое использование полуавтоматической сварки в углекислом газе взамен ручной сварки покрытыми электродами обусловлено большей производительностью, лучшими условиями труда и меньшими требованиями к квалификации рабочих. Перед полуавтоматической сваркой под флюсом ее преимущества заключаются в возможности визуального наблюдения за расположением электрода, отсутствии операций по удержанию и удалению флюса и возможности выполнения швов во всех пространственных положениях.

Объем автоматической сварки в углекислом газе пока ограничен, и в большинстве случаев она не может конкурировать со сваркой под флюсом. Серьезным еще не устраненным недостатком сварки проволокой сплошного сечения в углекислом газе является интенсивное разбрызгивание металла, вызывающее засорение аппаратуры и свариваемых деталей. Распространенные на практике методы снижения прилипания брызг пока нельзя считать достаточно рациональными. Некоторые положительные результаты в этом отношении достигаются при применении порошковой проволоки.

В настоящее время еще нет достаточных данных для определения рациональности применения того или иного типа электродной проволоки. Выбирать проволоку следует в зависимости от условий сварки. Повысить производительность сварки в углекислом газе можно путем применения форсированных режимов сварки при увеличенном вылете электродной проволоки и использования сварочной проволоки большего диаметра. [13]

Рис 1 Перемещение конца электрода при сварке

Сварку стыковых и угловых швов обычно выполняют с перемещением конца электрода (рис 6.1) Амплитуду колебания конца электрода выбирают в зависимости от требуемой ширины валика, толщины металла и формы разделки кромок.