4.4.7. Дуговая сварка в защитном газе

При сварке в защитном газе электрод, зона дуги и свароч­ная ванна защищены струёй защитного газа.

В качестве защитных газов применяют инертные газы (аргон и гелий) и активные газы (углекислый газ, азот, водород и др.), иногда — смеси двух газов или более. В нашей стране наиболее распространено применение аргона Аr и углекислого газа CO₂.

Аргонодуговой сваркой можно сваривать неплавящимся и плавя­щимся электродами. Сварку неплавящимся электродом применяют, как правило, при соединении металла толщиной 0,5…6 мм; плавя­щимся электродом — от 1,5 мм и более. Сварку неплавящимся электродом ведут на постоянном токе прямой полярности.

Сварку сталей часто выполняют в смеси Аг + 5 % О₂. Кислород уменьшает поверхностное натяжение расплавленного металла, что способствует снижению критической плотности тока, при которой капельный перенос металла переходит в струйный. Одновременно повышается устойчивость горения дуги при относительно небольших токах, что облегчает сварку металла малой толщины.

Сварку в углекислом газе выполняют только плавящимся элек­тродом на повышенных плотностях постоянного тока обратной по­лярности.

Для сварки в СО₂ углеродистых и низколегированных сталей при­меняют сварочную проволоку с повышенным содержанием Mn и Si (Св-08ГС, Св-10Г2С и т. д.). На поверхности шва образуется тонкая шлаковая корка из оксидов раскислителей.

Сварка в атмосфере защитных газов в зависимости от степени механизации процессов подачи присадочной или сварочной прово­локи и перемещения сварочной горелки может быть ручной, полу­автоматической и автоматической.

Области применения сварки в защитных газах охватывают широ­кий круг материалов и изделий (узлы летательных аппаратов, эле­менты атомных установок, корпуса и трубопроводы химических аппаратов и т. п.). Аргонодуговую сварку применяют для цветных (алюминия, магния, меди) и тугоплавких (титана, ниобия, ванадия, циркония) металлов и их сплавов, а также легированных и высоко­легированных сталей.

В углекислом газе сваривают конструкции из углеродистой и низколегированной сталей (газо- и нефтепроводы, корпуса судов и т. д.).

4.4.8. Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка имеет принципиальное отличие от опи­санных выше способов сварки плавлением. При этой сварке тепло­вая энергия, расходуемая на нагрев и плавление металлов изделия и электрода, получается за счет теплоты, выделяемой в объеме расплавленного флю­са (шлаковой ванны) при прохождении через него тока. Шлаковая ванна не только нагревает металл изделия и электрода, но и надежно защищает расплавленный металл от вредного действия воздуха. Схема процесса электрошлаковой сварки представлена на рис. 4.8. Шлаковая ванна 4 образуется расплавлением флюса, запол­няющего пространство между кромками основного металла 1 и охлаждаемыми водой (трубки 8) ползунами 2, плотно прижатыми к поверхности свариваемых деталей. Про­цесс начинается с плавления флюса электри­ческой дугой, возникающей между нижней соединительной планкой и электродом 5.

Рис. 4.8. Схема про­цесса электрошлако­вой сварки

После зажигания дуги и расплавления определенного количест­ва флюса дуга шунтируется расплавленным шлаком и самопроиз­вольно гаснет. Длина шлаковой ванны практически равна толщине основного металла, а ее ширина определяется зазором между сва­риваемыми кромками, который изменяется в пределах 20…40 мм.

Глубина шлаковой ванны выбирается в зависимости от технологи­ческих условий (состава основного металла, режима сварки) и рав­на 25…70 мм.

Ток подводится к шлаковой ванне от источника переменного или постоянного тока через металл изделия 1 и плавящийся элек­трод 5, погруженный в шлаковую ванну 4. Электрод 1 располагает­ся в зазоре кромок по середине шлаковой ванны или совершает возвратно-поступательные движения от одного ползуна к другому. Ток к электроду подводится при помощи мундштука 6. Проходя че­рез шлаковую ванну, ток нагревает ее до температуры, превышаю­щей температуру плавления основного и электродного металлов. Шлак расплавляет кромки металла изделия и электрода, который подается в шлаковую ванну со скоростью, равной скорости его плавления.

Расплавленный металл изделия и электрода стекает на дно шлаковой ванны, образуя сварочную (металлическую) ван­ну 3. По мере накопления и увеличения объема жидкого металла, полученного от оплавления кромок изделия и электрода, шлаковая ванна вытесняется вверх. Вследствие этого отвод тепла в нижних слоях жидкого металла сварочной ванны становится больше при­тока из шлаковой ванны, что вызывает кристаллизацию металла и образование шва 7, соединяющего кромки свариваемого изделия.

Для того чтобы жидкий шлак не переливался через края ползу­нов, они передвигаются вместе с механизмом подачи электродной проволоки со скоростью подъема уровня шлаковой ванны.

Процесс электрошлаковой сварки применяют для сварки угле­родистых конструкционных, легированных и высоколегированных сталей, чугуна и титана. При этом сварка продольных швов может выполняться одним или несколькими проволочными и пластинчатыми электродами.

Электрошлаковая сварка является производительным процес­сом, позволяющим сваривать за один проход изделия толщиной до 2 м. Сварку производят без скоса кромок.

Высокие прочностные показатели электрошлаковой сварки по­зволяют широко использовать ее при изготовлении сварно-литых, сварно-кованых и сварно-прокатных конструкций.