3. Оборудование, применяемое при дуговой сварке в защитных газах
В комплект технологического оборудования, необходимого для выполнения сварочных работ при дуговой механизированной и автоматической сварке в защитных газах, кроме источников питания дуги и сборочно-сварочных приспособлений входят газовая аппаратура, приборы газовой магистрали, сварочные аппараты (полуавтоматы, подвесные головки для автоматической сварки, сварочные тракторы). При механизированной и автоматической сварке используется одна и та же газовая аппаратура – с нее и целесообразно начать знакомство с особенностями оборудования сварочных постов и установок.
4. Технология дуговой сварки в защитных газах
Техника и технология механизированной сварки плавящимся электродом имеет много общего при использовании обычной стальной, имеющей сплошное сечение, порошковой газозащитной и порошковой самозащитной этлектродной проволоки. Различия в основном касаются значений параметров режима, рекомендуемых для сварки различных классов сталей той или иной толщины, величины вылета электродной проволоки, длины дуговой промежутка. Основные типы и конструктивные элементы выполняемых дуговой сваркой в защитном газе швов сварных соединений регламентированы ГОСТ 14771-76, котором предусмотрены четыре типа соединения: стыковые, угловые, тавровые и нахлесточные.
Металл, предназначенный для изготовления сварных конструкций, предварительно выпрямляют, размечают, разрезают на отдельные детали- заготовки и выполняют, если это необходимо, разделку кромок в соответствии с рекомендациями ГОСТа. Подготовка кромок под сварку состоит в тщательной очистке их от ржавчины, окалины, грязи, масла и других инородных включений. Очищают кромки стальными вращающимися щетками, гидропескоструйным и дробеметным способами, абразивными кругами, пламенем сварочной горелки, травлением в растворах кислот или щелочей.
Подготовленные детали собирают под сварку, используя специальные сборочные приспособления. При сборке важно выдержать необходимые зазоры и совмещение кромок. Точность сборки проверяют шаблонами, измерительными линейками и различного рода щупами.
Сварку осуществляют на режимах, ориентируясь на справочную литературу, производственные инструкции, операционные технологические карты и личный производственный опыт. К основным параметрам режима дуговой сварки в защитных газах относят диаметр электродной проволоки и ее марку, силу сварочного тока, напряжение дуги, скорость подачи электродной проволоки, скорость сварки, вылет электрода, состав защитного газа и его расход, наклон электрода вдоль оси шва, род тока, а для постоянного тока - и его полярность. В справочной литературе ориентировочные режимы приводятся в виде таблиц, в которые включают лишь основные параметры режима.(табл.1)
Таблица 1. Режимы ручной дуговой сварки алюминия и меди
Свариваемый аппарат |
Диаметр электрода, мм |
Положение шва и сила тока, А |
|||||||||||||||||
нижнее |
вертикальное |
||||||||||||||||||
алюминий |
4,0 5,0 6,0 |
100…120 130…150 160…180 |
100…120 120…140 - |
||||||||||||||||
медь |
4,0 5,0 6,0 |
200…280 330…380 420…480 |
- - - |
||||||||||||||||
Таблицы сопровождают примечаниями, касающимися параметров, не вошедших в таблицу. Так, табл.2 составлена для ориентировочных режимов, рекомендуемых для сварки углеродистых и низколегированных сталей в углекислом газе постоянным током обратной полярности для проволок типа Св 08 Г2С. При сварке в углекислом газе обратная полярность позволяет получать более высокое качество шва, чем сварка на прямой полярности.
|
|||||||||||||||||||
Таблица 2. Ориентировочные режимы полуавтоматической сварки стальных листов встык без разделок кромок в углекислом газе.
В таблицах ориентировочных режимов для сварки тавровых соединений указывают обычно величину катета шва для соответствующей толщины металла.
Технологические особенности сварки различных сталей заключаются прежде всего в подборе марки сварочной проволоки в зависимости от химического состава свариваемой стали. Низкоуглеродистые и низколегированные стали обычно свариваются стандартной кремнемарганцевой проволокой марок Св 08 Г2С, Св 08ГС, Св 12ГС и порошковыми проволоками. Низколегированные стали, содержащие хром и никель, для повышения коррозионной стойкости сваривают проволокой Св 18ХГСА и Св ХГ2С. Высоколегированные аустенитные хромоникелевые коррозионно-стойкие стали типа 06Х18Н9 сваривают в углекислом газе проволокой Св 06Х19Н9Т и Св 07Х18Н9ТЮ.
Порошковыми проволоками, предназначенными для сварки в углекислом газе ( ПП-АН8, ПП-АН9, ПП-АН10, ПП-АН21, ПП-АН22), можно сваривать конструкции из углеродистых и низколегированных сталей с содержанием углерода до 0,25%. Отличительная особенность процесса сварки при использовании этих проволок – высокая стабильность горения дуги, равномерное плавление проволоки, незначительное разбрызгивание металла. Особенно эффективно использование этого процесса сварки, когда к внешнему виду сварных швов предъявляются повышенные требования. Проволока рутил – флюоритного типа (ПП-АН4, ПП-АН9, ПП-АН20, ПП-АН22, ПП-АН54) рекомендуется для сварки продукций, работающих в сложных климатических условиях, при отрицательных температурах, динамических и знакопеременных нагрузках. Сварочные работы желательно выполнять в закрытых помещениях; сварка на открытых площадках возможна при соблюдении мер, предотвращающих сдувание защитного газа. Рекомендуется вести сварку при вылете электрода 35…40 мм. При сварке плавящимся электродом вылетом электрода называют расстояние от конца электродной проволоки до среза токоподводящего мундштука.
Проволокой ПП-АД8 диаметром 2,5…3 мм могут выполняться швы в нижнем положении, диаметром 2мм- горизонтальные швы на вертикальной плоскости. Минимальная толщина свариваемого металла 3мм. В процессе сварки проволоку следует располагать перпендикулярно шву или углом назад. С целью улучшения формирования шва при выполнении угловых швов при силе тока выше 450 А можно применить способ сварки углом вперед.
Проволока ПП-АН9 применяется для сварки конструкций толщиной более 3 мм при небольшой и средней протяженности швов. Это проволока имеет улучшенные гигиенические характеристики. Техника сварки аналогична технике сварки проволокой ПП-АН8. Величина кадета однопроходных тавровых швов не должна превышать 10 мм, а ширина однопроходных стыковых швов – 20мм.
Проволока ПП-АН10 отличается повышенной эксплуатационной надежностью. Рекомендуемый вылет проволоки – не более 30мм. При сварке проволокой ПП-АН21 минимальная свариваемая толщина 2мм. Сварку в нижнем положении рекомендуется выполнять, располагая проволоку перпендикулярно шву или с наклоном углом назад. Аналогично следует располагать проволоку, выполняя вертикальные швы способом снизу вверх. Выполнение угловых швов катетом более 8мм требует поперечных колебании проволоки. Проволока ПП-АН22 рекомендуется для сварки металлов толщиной более 3мм. Во всех пространственных положениях следует располагать проволоку перпендикулярно шву или углом назад.
Порошковые самозащитные проволоки ПП-АН31, ПП-АН7, ПП-АН11, СП-2, ПП-2ДСК, ППВ-5 рекомендуются для сварки низкоуглеродистых конструкционных сталей, а также низколегированных сталей с содержанием углерода до 0,25%. Несколько ограничено применение проволоки, содержащей в сердечнике титан и алюминий, так как при сварке этой проволокой стали с высоким содержанием хрома и кремния наблюдается ухудшение сварочно-технологических свойств и снижение пластичности металла. Нельзя использовать увлажненную проволоку, так как это может привести к появлению пор в металле шва, не допускается сварка металла, покрытого окалиной и ржавчиной. Кроме того, проволока чувствительна к колебанием рабочего напряжения.
Для надежного возбуждения дуги исходный вылет проволоки не должен превышать 30мм, в процессе сварки вылет проволоки необходимо поддерживать постоянным. При сварке стыковых соединений угол отклонения проволоки от вертикального положения не должен превышать 15градусов. При выполнение тавровых и нахлесточных соединений необходимо выдерживать указанный угол наклона по направлению сварки, а угол между вертикальной плоскостью и проволокой устанавливается в пределах 30…45градусов. При многослойной сварке перед наложением каждого последующего слоя рекомендуется тщательно очистить предыдущий слой от шлака. При случайном обрыве дуги или нарушении подачи проволоки дугу следует возбуждать для продолжения сварки на расстоянии 10…15мм от места обрыва и после зажигания перенести ее на незаплавленный кратер. Кратер нужно заваривать быстрыми поперечными колебаниями конца порошковой проволоки, затем резко оборвать дугу.
Проволока ПП-АН3 рекомендуется для сварки в заводских условий сталей толщиной более 6мм. Перед сваркой требуется тщательная зачистка свариваемых кромок от грязи, ржавчины, окалины и грата. Сварка выполняется без значительного наклона проволоки. При неудовлетворительном качестве сборки стыковых соединений сварку нужно проводить при увеличенном до 80мм вылете. За один проход можно наплавлять швы шириной не более 12мм. При сварке металла толщиной более 8мм необходимы поперечные колебания конца проволоки. Сварку тавровых соединений, особенно на верхних пределах режима, лучше выполнять «в лодочку».
Проволока ПП-АН7 предназначена для сварки в нижнем положении и на вертикальной плоскости в условиях строительных площадок и открытых цехов. Ее можно использовать для сварки с принудительным формированием шва. Минимальная толщина свариваемого металла 3мм. В нижнем положении за один проход можно выполнять швы шириной не более 8мм, на вертикальной плоскости – не более 10мм. Вертикальные швы рекомендуется выполнять снизу вверх с обязательными колебаниями проволоки, применяя при этом проволоку диаметром 2мм.
Проволока ПП-АН11 применяется для сварки в нижнем, горизонтальном на вертикальной плоскости и в вертикальном положениях шва в потолочном положении. Эта проволока рекомендуется для сварки металлов толщиной более 3мм. Она обеспечивает глубокий провар и стойкость шва против образования трещин. Сварку вертикальных швов выполняют снизу вверх при толщине металла 3…10мм, совершая колебательные движения, при этом необходимо соблюдать минимальные рекомендуемые значения напряжении дуги. В нижнем положении за один проход можно получить швы размером не более 8мм. Потолочные швы должны выполняться на режимах для вертикальной сварки.
Проволоку СП-2 применяют для сварки сталей толщиной более 3мм в нижнем и наклонном положениях. Сварка стыковых и тавровых соединений осуществляется на себе углом назад. Величина вылета должна составлять 50…60 мм после возбуждения дуги. Возможна сварка по увеличенным зазорам. Для этого вылет проволоки должен составлять 70…80мм. Однако увеличение вылета проволоки должен составлять включениям, особенно при многослойной сварке. Для предотвращения этого необходимо избегать затекания шлака за дугу, а также задерживать дугу в местах перехода от шва к основному металлу. Допускается сварка по увлажненным кромкам, при этом место сварки следует вначале прогреть сварочной дугой без образования шва.
Можно заваривать пористые участки шва без их удаления. Для этого необходимо уменьшить вылет до 35…40 мм и «ниточными» швами проваривать дефектные участки на минимальном для данного тока напряжении на дуге, уменьшив напряжение на 1,5…2В по сравнению с рабочим.
Проволока ПП-2ДСК предназначена для сварки в нижнем и горизонтальном на вертикальной плоскости положениях шва. Минимальная толщина свариваемого металла 3мм. В нижнем положении удовлетворительное формирование шва получается при толщине металла более 6мм, в горизонтальном – более 10мм. Проволока чувствительна к образованию пор при сварке на коротком вылете и по загрязненным поверхностям. Сварка должна выполняться с наклоном проволоки угла назад. Вылет перед зажиганием дуги должен составлять 15…20мм, при выполнении первого слоя стыкового шва в нижнем положении – 40…50мм. При сварке угловых соединений вылет следует устанавливать в пределах 40…60мм. Первый слой горизонтального шва на вертикальной плоскости рекомендуется выполнять при вылете 80мм, последующие – при несколько уменьшенном.
Проволока ППВ-5 применяется для сварки в нижнем, наклонном, вертикальном, горизонтальном на вертикальной плоскости положениях шва. Проволока чувствительна к образованию пор при сварке на вылете менее 40мм. При сварке швов в нижнем положении с катетом более 10мм необходимо манипулировать концом проволоки при ее расположении углом назад. Вертикальные швы с катетом до 14мм рекомендуется выполнять за один проход. При выполнении многослойных швов толщина второго и последующих слоев должна быть не более 4…5мм.
Режимы сварки рассмотренными порошковыми проволоками отличаются величиной сварочного тока и напряжения дуги(табл.3)
Марка проволоки |
Диаметра проволоки, мм |
Сила сварочного тока, А |
Напряжение дуги, В |
Газозащитная проволока |
|||
ПП-АН4 ПП-АН8 ПП-АН9 ПП-АН10 ПП-АН20 ПП-АН21 ПП-АН22 ПП-АН54 |
2,2;2,5 2,2;2,5;3,0 2,2;2,5 2,2 2,4;2,5 1,4;1,8;2,2 1,8;2,0;2,2;2,5 2,2;2,5;3,0 |
230…550 150…550 240…580 130…150 250…550 100…550 150…660 220…400 |
25…35 20…38 25…33 22…37 25…35 18…36 20…39 25…30 |
Самозащитная проволока общего назначения |
|||
ПП-АН1 ПП-АН3 ПП-АН7 ПП-АН11 СП-2 ПП-2ДСК ППВ-5 |
2,8 2,8;3,0 2,0;2,3 2,0;2,4 2,4;2,6 2,2;2,4 2,4 |
220…320 350…500 230…280 230…280 280…400 180…210 130…180 |
26…31 24…31 24…29 24…26 26…32 26…27 23…27 |
Таблица 3. Рекомендуемые режимы сварки порошковыми проволоками
Механизированная сварка в защитных газах может производиться во всех пространственных положениях шва, из которых наиболее удобном является нижнее. Сварка в нижнем положении производится с наклоном горелки вперед или назад. Предпочтительнее вести сварку углом назад, так как при том обеспечивается более надежная защита расплавленного металла и лучший внешний вид шва. Горелку рекомендуется наклонять на 5…15градусов относительно вертикали. При сварке металла толщиной 1…2мм поперечные колебания горелки не производят. Сварку ведут на максимально возможной длине дуги с максимальной скоростью сварки, при которой обеспечивается хорошее формирование сварного шва и удовлетворительная газовая защита. При сварке стыковых швов на металле большой толщины применяют следующие приемы манипулирования концом электродной проволоки: возвратно-поступательные движение вдоль оси шва( без поперечных колебаний) при сварке однослойных швов, а также при выполнении первого прохода и подварочного шва при сварке многослойных швов; по вытянутой спирали при сварке средних слоев многослойных швов; змейкой при сварке верхних слоев многослойных швов. При ширине разделки больше 14…16мм последующие слои рекомендуется выполнять в два прохода.
Соединения внахлестку сваривают при вертикальном положении электрода и направляют его на срез верхнего листа. При наличии зазора между листами электрод следует наклонять на угол 50…60градусов к горизонту.
Сварка угловых и тавровых соединений выполняется углом назад. Угол между полкой таврового соединения и продольной осью проволоки составляет 40…50градусов. Швы катетом 3…4мм накладываются при возвратно-поступательном движении конца проволоки и вылете 60…80мм. При выполнении однослойных швов катетом 8…10мм электрод перемещают по краю ванны с задержкой в верхней и нижней точках катета. Вылет проволоки при том 40…50мм. Многослойные швы заваривают при таком же вылете, перемещая электрод без поперечных колебаний. Швы катетом 16…30мм нужно выполнять многослойными.
Вертикальные швы на тонком металле, как правило, выполняются сверху вниз. При зажигании дуги для получения провара в начале шва электрод располагают перпендикулярно свариваемой поверхности, а затем несколько наклоняют углом назад. Чтобы получить более широкий валик и лучшее проплавление кромок, сварку производят с небольшими поперечными колебаниями электрода. Металл толщиной более 2мм сваривают снизу вверх, электродом при этом наклоняют углом назад.
Сварка горизонтальных швов по технике выполнения близка к технике сварки вертикальных швов сверху вниз. Для предупреждения стекания металла ванны сварку рекомендуется производить при короткой дуге без поперечных колебаний электрода.
Сваривать швы в потолочном положении гораздо труднее, чем швы других типов. Главным требованием при выполнении сварки в потолочном положении является минимальное напряжение дуги. Электрод располагается углом назад. Рекомендуется увеличивать расход газа, что способствует удержанию расплавленного металла в требуемом пространственном положении. Диаметр электродной проволоки и сила сварочного тока должны быть меньше, чем при сварке в нижнем положении, что обеспечивает уменьшение объема сварочной ванны. Для получения широких швов сварку следует вести с поперечными перемещениями электрода или в несколько проходов. Техника автоматической сварки отличается от техники механизированной тем, что сварщик не участвует в перемещение дуги вдоль свариваемого соединения. С одной стороны, это исключает влияние на процесс сварки субъективных погрешностей, которые могут возникать из-за недостаточной внимательности или квалификации сварщика, с другой стороны, автоматическая сварка требует более тщательной сборки изделий и более точного позиционирования траектории шва относительно траектории перемещения сварочного инструмента. При автоматической сварке значительно ограничивается возможность манипулирования концом электродной проволоки и, хотя некоторые автоматы снабжают механизмами колебания проволоки, как правило, сварка всех видов соединения производится без этих колебаний.
Автоматическая сварка порошковой проволокой наибольшее распространение получила при выполнении вертикальных и горизонтальных швов с принудительным и полупринудительным формированием на толстолистовых конструкциях. При автоматической сварке с принудительным формированием шва, которое осуществляется так же, как при электрошлаковой сварке, порошковую проволоку подают в зазор, образованный кромками изделий и ограниченный водоохлаждаемыми ползунами. Дуга горит между проволокой и ванной жидкого металла, оплавляя кромки изделия, образуя вместе с металлом жидкую ванну. Ванна, перемещаясь вверх со скоростью, определяемой скоростью расплавления порошковой проволоки, охлаждается перемещающимися вместе с нею медными ползунами, образуя сварное соединение.
Выполнение вертикальных швов с принудительным формированием используется в основном для металла толщиной от 14 до 30мм при однодуговом процессе. При этом разделка кромок имеет 5-образную или 10-образную форму, а в некоторых случаях разделка кромок отсутствует. Для обеспечения равномерного проплавления кромок свариваемых деталей проволоке придают колебательные движения в зазоре стыка в любом направлении вдоль и поперек разделки. В процессе сварки необходимо следить за тем, чтобы уровень сварочной ванны был на 10…12мм ниже верхней кромки формирующего ползуна.
Техника сварки вертикальных швов с принудительным формированием для порошковых проволок всех марок аналогична. Режим сварки для проволок ПП-АН19 и СП-7 следующий: сила сварочного тока 430…480А, напряжение на дуге 28…34В, вылет электродной проволоки 60…80мм.
Для автоматической сварки порошковой проволокой с принудительным формированием шва предназначены автоматы А-1150У и А-1381М, используемые преимущественно в монтажных условиях. Ходовой механизм аппарата А-1150У сконструирован таким образом, что он передвигается непосредственно по кромкам свариваемого изделия, т.е. по разделке завариваемого стыка. Сила номинального сварочного тока аппарата 500А, скорость подачи электродной проволоки от 60 до 500 м/ч. Автомат А-1381М предназначен для выполнения стыковых швов шаровых резервуаров с толщиной стенки до 30мм без их вращения при силе тока 450…500А, при скорости подачи электродной проволоки от 100 до 500 км/ч.
Для питания дуги при механизированной и автоматической сварке плавящимся электродом используют сварочные выпрямители и сварочные преобразователи, имеющие жесткую вольт-амперную характеристику. Сварка неплавящимся электродом в инертных газах находит исключительно широкое применение при изготовлении сварных конструкций из цветных и легких металлов.