Сварка и свариваемые материалы. Том 2. Технология и оборудование

в сжиженном состоянии при давлении до 0,2 МПа. Стоимость гелия значи­ тельно выше, чем аргона, поэтому его применяют в основном при сварке хи­ мически чистых и активных металлов и сплавов. Применение гелия обеспечи­ вает получение большей глубины проплавления (благодаря высокому значе­ нию потенциала ионизации), поэтому его применяют иногда в тех случаях, когда требуется усиление проплавляющей способности дуги или получение специальной формы шва.

Активные защитные газы. В качестве активных защитных газов при сварке широко используют углекислый газ (см. гл. 3). К активным газам мо­ гут быть отнесены также азот и водород, используемые в некоторых свароч­ ных процессах как составная часть защитного газа.

В сварочном производстве а з о т иногда используют для сварки меди и ее сплавов, по отношению к которым азот является инертным газом. По отно­ шению к большинству других металлов азот является активным газом, часто вредным, и его концентрацию в зоне плавления стремятся ограничить.

род используют только в специальных областях сварки, поскольку он играет важную роль в металлургических процессах сварки. Ввиду возможности обра-

При нормировании расхода газа следует резервировать 15 % его количе­ ства на продувку газопровода перед началом работы, на неиспользуемый оста­

лоты применяют дуговой разряд, возбуждаемый между воль­ фрамовым или угольным (графитовым) электродом и изде­ лием.

Впоследнее время сварка угольным электродом находит ог­ раниченное применение и используется, как правило, при изго­ товлении изделий неответственного назначения.

Вкачестве неплавящегося электрода наиболее широко при­

меняют вольфрамовые стержни. Вольфрам — самый тугоплав­ кий из известных материалов (по температуре плавления усту­

электроды при рабочей температуре характеризуются весьма высокой химической активностью к кислороду, то в качестве защитных газов применяют аргон, гелий и азот, являющиеся по отношению к вольфрамовым сплавам инертными.

Применяемые вольфрамовые электроды должны отвечать требованиям ГОСТ 23949—80.

Для сварки в среде инертных газов применяются электроды 00,5—10 мм из чистого вольфрама (ЭВЧ), вольфрама с при­ садками: диоксида тория (ЭВТ), оксидов лантана (ЭВЛ) и иттрия (ЭВИ).

П р и м е р условного обозначения электрода марки ЭВЛ 0 2,0 мм, дли­ ной 150 мм: «Электрод вольфрамовый ЭВЛ-2-150— ГОСТ 23949—80».

У нас в стране широкое распространение получили элек­ троды марок ЭВЛ и ЭВИ. Они выдерживают большую токо­ вую нагрузку и имеют повышенную эрозионную стойкость при сварке по сравнению с электродами марки ЭВЧ. Диаметр вольфрамового электрода выбирается в зависимости от вели­ чины сварочного тока (табл. 2.5). Вольфрамовые электроды используются с заточкой под углом 20—90°.

Сварка постоянным током прямой полярности характеризу­ ется максимальной проплавляющей способностью. В широком диапазоне параметров режима аргонодуговой сварки на посто­ янном токе прямой полярности на токах до 600 А доля тепло­ вой мощности, вводимой в изделие, составляет 40—85 %, по­ тери на нагрев вольфрамового электрода — примерно 4—6%, а лучевые потери от столба дуги — 7—30%.

Сварка постоянным током обратной полярности применя­ ется для стыковых соединений из алюминиевых и магниевых сплавов. Потери на нагрев неплавящегося электрода-анода со­ ставляют >50 % общей мощности дуги и в несколько раз пре­ вышают долю мощности, затрачиваемую на нагрев вольфра­ мового электрода-катода, т. е. энергетически сварка током об­ ратной полярности невыгодна.

Концентрация нагрева на изделии в этом случае ниже, швы имеют мень­ шую глубину и большую ширину проплавления, чем при сварке током пря­ мой полярности или переменным током. Преимуществом сварки дугой обрат­ ной полярности является то, что катодное пятно постоянно находится на из­ делии и вследствие катодного распыления происходит эффективное разруше­ ние оксидной пленки с обеспечением высокой чистоты поверхности сварочной ванны. Однако значительная тепловая нагрузка на вольфрамовый электроданод и опасность попадания материала электрода в шов ограничивают мощ­ ность дуги и производительность этого процесса. Как правило, сварка ведется на токах до 150 А. Следует отметить, что низкая концентрация нагрева, блуждание и отклонение столба дуги крайне затрудняют сварку на токе об­ ратной полярности угловых соединений [1].

Сварка переменным током является наиболее распростра­ ненным процессом при изготовлении конструкций из алюмини­ евых и магниевых сплавов. Разрушение оксидной пленки про­ исходит в полупериод обратной полярности, когда основной ме­ талл является катодом. Так как разогретый вольфрамовый электрод лучше эмиттирует электроны, чем алюминий, возни­ кает разбаланс токов прямой и обратной полярности; он ком­ пенсируется схемой управления источника сварочного тока.

стоянным током входят: источник сварочного тока с крутопа­ дающей внешней статической характеристикой (ВДУ-305, ВДУ-504, ВДУ-505, ВДУ-601, ВСВУ-300); сварочная горелка (табл. 2.6); устройство для первоначального возбуждения сва­ рочной дуги (ОСППЗ-ЗООМ, УПД-1, ВИР-101, ОСПЗ-2М и др.); аппаратура управления сварочным циклом и газовой за­ щитой [3].

Оборудование для ручной сварки переменным током, кроме основных узлов, входящих в состав оборудования постоянного тока, включает в себя: устройство для стабилизации горения дуги (например, стабилизатор-возбудитель дуги ВСД-01); устройство для компенсации постоянной составляющей свароч­ ного тока.

В состав оборудования для автоматической сварки входят: сварочная установка, сварочная головка, устройство для пере­ мещения сварочной головки и изделия, аппаратура управления механизмами автомата. Универсальными автоматами трактор­ ного типа являются автоматы АДСВ-6 и АДГ-506.

Автомат АДСВ-6 предназначен для сварки неплавящимся электродом в аргоне продольных швов изделий; комплектуется унифицированной горелкой АСГВ-4.

Автомат АДГ-506 предназначен для сварки прямолинейных швов во всех пространственных положениях; комплектуется выпрямителем ВДУ-506 и возбудителем дуги ВИС-01. Свароч­ ный трактор перемещается по специальной направляющей ленте, входящей в комплект автомата.

* Номинальны*!.

Для сварки труб выпускается ряд специализированных ав­ томатов [3].

Техника сварки. Сварку можно выполнять как с присадкой, так и без нее. Для качественной сварки металлов, особенно тонколистовых, следует обеспечить точную сборку и подгонку свариваемых кромок. При автоматической сварке допускаются зазоры (табл. 2.7).

Аргонодуговую сварку вольфрамовым электродом приме­ няют для стыковых, угловых, нахлесточных соединений в раз­ ных пространственных положениях. Форма подготовки кромок зависит от толщины соединяемых элементов и возможности производить сварку с одной или двух сторон.

Так, например, стыковые соединения стали толщиной до 3—4 мм, а алю­ миния до 5—6 мм свариваются без скоса кромок. Проплавление корня шва стыкового соединения с разделкой кромок обычно осуществляется без приса­ дочной проволоки, затем разделка заполняется расплавленным металлом за необходимое число проходов с подачей присадочной проволоки.

При необходимости ведения процесса на вертикальной плоскости шов сле­ дует выполнять сверху вниз для толщин до 5 мм и снизу вверх для больших толщин. В этих случаях сварку рекомендуется выполнять одновременно с двух сторон. При использовании .такого приема можно сваривать встык элементы, например из алюминиевого сплава толщиной до 16 ММ.

Сварка горизонтальных стыковых швов на вертикальной плоскости и по­ толочных стыковых швов затруднена из-за вероятности вытекания расплавлен­ ного металла из сварочной ванны, поэтому их следует избегать; там, где из­ бежать таких швов нельзя, их выполняют с разделкой кромок в несколько проходов.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СОЕДИНЕНИЙ И ПОДГОТОВКА КРОМОК ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКЕ

ВОЛЬФРАМОВЫМ ЭЛЕКТРОДОМ [1 ]

Для формирования корня шва можно использовать медные или стальные съемные подкладки, флюсовую подушку. При сварке активных металлов необходимо не только получить хороший провар в корне шва, но и обеспечить защиту от воз­ духа с обратной стороны расплавленного и нагретого металла. Это достигается использованием медных и других подкладок с канавками, в которых подается защитный инертный газ. При сварке труб и закрытых сосудов газ пропускают внутрь сосуда.

При соединении встык металла толщиной до 10 мм ручную сварку ведут справа налево. Присадочный пруток при ручной

При автоматической и полуавтоматической сварке электрод располагают перпендикулярно поверхности изделия. Угол ме­

проволока подается в головную часть сварочной ванны и на­ ходится впереди дуги по ходу сварки.

Вылет конца электрода из сопла не должен превышать 3— 5 мм, а при сварке угловых швов и стыковых с глубокой раз­ делкой 5—7 мм. Длина дуги должна поддерживаться в преде­ лах 1,5—3 мм. Для предупреждения окисления вольфрама и защиты расплавленного металла в кратере после обрыва дуги подачу защитного газа прекращают через 5—10 с, а включают подачу газа за 15—20 с до возбуждения дуги (для продувки шлангов от воздуха). Возбуждение дуги достигается либо с помощью осциллятора, либо путем касания электродом изде­ лия при уменьшенном до 7—10 А токе зажигания. При руч­ ной сварке алюминиевых сплавов в случае отсутствия осцилля­ тора дуга должна возбуждаться на угольной или медной пла­ стине.

2.2.2. Сварка плавящимся электродом

При сварке плавящимся электродом в защитных газах (СПЭЗГ) дуговой разряд существует между концом непрерывно расплавляемой проволоки и из­ делием. Проволока подается в зону дуги с помощью механизма со скоростью, равной средней скорости ее плавления; этим поддерживается постоянство средней длины дугового промежутка. Расплавленный металл электродной проволоки переходит в сварочную ванну и таким образом участвует в форми­

—возможность металлургического воздействия на металл шва за счет регулирования состава проволоки и защитного газа;

—широкие возможности механизации и автоматизации процесса сварки;

—высокая производительность сварочного процесса.

При СПЭЗГ можно выделить три основные разновидности процесса дуго­ вой сварки: сварку короткой дугой; сварку длинной дугой; процесс с периоди­ ческими перерывами в горении дуги.

Сварка короткой дугой является естественным импульсным

.процессом и осуществляется с постоянной скоростью подачи электрода. Особенностью этого процесса являются частые пе­ риодические замыкания дугового промежутка (до 150—300 за­ мыканий в секунду), что определяется такими факторами, как: напряжение между электродами, скорость подачи и диаметр

электрода, индуктивность сварочной цепи, свойства защитной среды [4].

При сварке короткой дугой имеет место в основном мелкокапельный перенос электродного металла с частотой, равной частоте коротких замыканий.

Сварка короткой дугой обладает рядом технологических преимуществ: возможность осуществления процесса при низ­ ких значениях тока и, как следствие, сварка во всех простран­ ственных положениях; высокая стабильность процесса и малые потери металла на разбрызгивание при оптимальных электри­ ческих параметрах сварочной цепи.

Сварка длинной дугой — это процесс с редкими случайными замыканиями дугового промежутка (3—10 замыканий в се­ кунду). В зависимости от режима сварки, защитного газа и применяемых сварочных материалов наблюдаются разные формы переноса металла: крупнокапельный, мелкокапельный, струйный и струйно-вращательный.

При крупнокапельном переносе капля сравнительно боль­ шого размера образуется на электроде постепенно и долго удерживается на нем. Основными силами, ответственными за крупнокапельный перенос, являются сила тяжести и сила по­ верхностного натяжения.

При взаимодействии жидкого металла капли с защитными газами по­ верхностное натяжение существенно изменяется. Азот повышает поверхност­ ное натяжение, а кислород — снижает. С повышением температуры поверх­ ностное натяжение уменьшается. С увеличением сварочного тока уменьша­ ется роль силы тяжести в формировании капли и растет сжимающее действие электромагнитных сил, способствующих отделению капли от конца электрода. Благодаря этому по мере увеличения тока уменьшается размер капель электродного металла, изменяется характер переноса металла от крупнока­ пельного к мелкокапельному, а затем при определенном значении тока, назы­ ваемом критическим, к струйному. Струйный процесс отличается высокой стабильностью размеров капель и мелким разбрызгиванием.

Определенным недостатком сварки плавящимся электродом в Аг или смеси Аг—Не является сложность поддержания ста­ бильности струйного переноса из-за высокого поверхностного натяжения жидкого металла в среде инертного газа. Для по­ вышения стабильности сварки, улучшения процесса переноса электродного металла и формирования швов к аргону добав­ ляют окислительные газы: 1—5 % 0 2 или 5—25 % СОг. Диа­ пазон токов при стабильном ведении процесса сварки расширя­ ется. Обеспечиваются лучшее формирование металла шва и меньшее разбрызгивание, лучшая форма провара по сравне­

нудительными перерывами в горении дуги обеспечивает надеж­ ный разрыв перемычки между электродом и сварочной ванной, и заданное время горения дуги после короткого замыкания мо­ жет найти практическое применение для сварки малых тол­ щин [4].

Значительная часть тепловой энергии переносится в свари­ ваемый металл электродным металлом.

Сварку плавящимся электродом обычно выполняют на токе обратной полярности. При прямой полярности скорость рас­ плавления металла в 1,4—1,6 раза выше, чем при обратной, однако дуга горит менее стабильно, с интенсивным разбрызги­ ванием.

Вылет электрода благодаря высокой плотности тока оказы­ вает существенное влияние как на энергетический баланс при сварке, так и на стабильность процесса. К примеру, оптималь­

ники питания с жесткой внешней характеристикой. При автоматической свайке, когда вылет электрода изменяется мало, можно применять источники с жёсткой и пологопадающей характеристиками.

Механизированная сварка осуществляется сварочными автоматами и по­ луавтоматами, обеспечивающими автоматическую подачу электродной прово­ локи и других сварочных материалов в зону плавления. При полуавтомати­ ческой сварке перемещение дуги вдоль свариваемого изделия осуществля­ ется сварщиком вручную. Полуавтоматы состоят из: горелки или комплекса горелок со шлангами; механизма подачи электродной проволоки; кассеты ка­ тушки для электродной проволоки; шкафа или блока управления; провода сварочной цепи и цепей управления; аппаратуры для регулирования и измере­ ния параметров газа и шлангов для газа; источника питания (см. гл. 7).

Техника сварки. К основным параметрам режима сварки плавящимся электродом относятся ток, полярность, напряже­ ние дуги, диаметр и скорость подачи электродной проволоки, расход и состав защитного газа, вылет электрода, скорость сварки.

Сварочный ток, определяющий размеры шва и производи­ тельность процесса, зависит от диаметра и состава проволоки и устанавливается в соответствии со скоростью ее подачи (рис. 2.4). В зависимости от диаметра проволоки рекомендуются оп­ ределенные пределы сварочного тока, при которых обеспечива­ ется стабильность процесса сварки. Напряжение на дуге уста­ навливается в соответствии с величиной тока и учетом форми­ рования шва, разбрызгивания металла и производительности