Сварка и свариваемые материалы. Том 2. Технология и оборудование

толщине 20—30 мм применяют двухстороннюю разделку кро­ мок с углом 60° и притуплением 2 —4 мм. Металлы большей толщины целесообразно сваривать при узкой щелевой разделке кромок за несколько проходов.

При сварке в вертикальном, горизонтальном и потолочном положениях используется проволока 0 1,2 мм, при автомати­ ческой и полуавтоматической сварке в нижнем положении — проволока 0 1,2 —3,0 мм.

2.2.3. Импульсно-дуговая сварка

Технологические возможности дуговой сварки в защитных газах можно значительно расширить, если применять в качестве источника тепла импульс­ ную (пульсирующую) дугу. Сущность способа сварки импульсной (пульси­ рующей) дугой состоит в том, что скорость и количество вводимой в изделие теплоты определяются режимом пульсации дуги, который в свою очередь устанавливается по определенной программе в зависимости от свойств сва­ риваемого материала, его толщины, пространственного положения шва и т.. п. При сварке неплавящимся электродом импульсная дуга предназначена для регулирования процесса проплавления основного металла и формирования шва, при сварке плавящимся электродом — для регулирования процесса рас­ плавления и переноса электродного металла.

Сварка вольфрамовым электродом. В этом процессе дуга пульсирует с постоянным заданным соотношением импульса и паузы (рис. 2.5). Сплошной шов получают путем расплавления отдельных точек с определенным перекрытием.

Регулярность повторных возбуждений в начале каждого импульса, а также пространственная устойчивость дуги обеспе­ чиваются благодаря горению в промежутках между импуль­ сами маломощной дежурной дуги (ток порядка 10—15% от тока в импульсе). Дежурная дуга во время паузы не оказы­ вает существенного влияния на глубину проплавления. За счет правильного подбора соотношения токов импульсной и дежур­ ной дуг можно полностью устранить кратеры в точках и, та-

является одним из технологических параметров, характеризу­ ющих проплавляющую способность периодически горящей дуги при заданных энергии импульса и длительности цикла. Эта величина называется ж е с т к о с т ь ю р е ж и м а . Край­ ними значениями жесткости режима можно характеризовать способ дуговой сварки. Так, для обычной сварки непрерывно горящей дугой жесткость G = 0 , а для дуговой точечной сварки <?=оо. Варьируя параметрами импульсного процесса, можно эффективно воздействовать на форму и размеры сварочной ванны, кристаллизацию металла, а также на формирование шва, временные и остаточные деформации и другие показа­ тели процесса сварки.

В отношении проплавляющей способности импульсная дуга наиболее эффективна при сварке тонколистовых материалов толщиной 2 —3 мм и меньше. Благодаря более эффективному использованию поверхностного натяжения металла при им­ пульсно-дуговой сварке улучшаются условия формирования шва в различных пространственных положениях. Это обусло­ вило широкое применение импульсной дуги при сварке верти­ кальных, горизонтальных и потолочных швов на металлах ши­ рокого диапазона толщин, а также при автоматической сварке неповоротных стыков труб.

Основные технологические рекомендации по импульсно-ду­

сварке постоянной дугой. При выборе режима сварки большое значение имеет шаг точек (табл. 2 .8 ).

Для импульсно-дуговой сварки применяются источники пи­ тания серии ВСВУ, ТИР либо широко используемые сварочные

преобразователи постоянного тока с прерывателями и регуля­ торами тока.

Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом (ИДСП) применяется в подавляющем большинстве случаев при непре­ рывном горении дуги, на основной сварочный ток которой пе­ риодически накладываются импульсы тока с частотой в не­ сколько десятков герц. В результате электродинамическая сила становится преобладающей, что вызывает отделение капли. При ИДСП происходит управляемый перенос металла с ча­ стотой переноса равной (или кратной) частоте импульсов, в то время как среднее значение тока может быть небольшим и значительно меньшим критического. По сравнению со сваркой неплавящимся электродом ИДСП позволяет в 3— 8 раз повы­ сить производительность процесса и значительно снизить сва­ рочные деформации при практически одинаковом качестве сварных соединений. ИДСП может применяться для конструк­ ций ответственного назначения из разных марок сталей, алю­ миниевых, медных, никелевых сплавов и титана толщиной от 1 до 50 мм при выполнении швов во всех пространственных положениях. Благодаря высокой пространственной стабилиза­ ции дуги и возможности применения вылета электрода боль­ шой длины этот процесс может быть успешно применен для сварки стыковых соединений толстолистовых материалов с уз­ кощелевой подготовкой кромок.

К отечественному оборудованию для ИДСП относятся ге­ нераторы импульсов ГИД-1 и ГИ-'ИДС, импульсные выпрями­ тели НУП-1, ВДГИ-301 и полуавтомат ПДИ-303 (3].

Наибольшее распространение ИДСП получила для сварки алюминиевых сплавов толщиной ^ 1 5 мм и специальных ста­ лей толщиной > 1 мм.

Для каждого сварочного тока должны быть выбраны опти­ мальные частота и энергия импульсов. Частоту 50 Гц следует применять при малых токах, когда использование частоты 100 Гц невозможно. При токах свыше 70—100 А следует при­ менять частоту 100 Гц, так как при частоте 50 Гц увеличива­

в аргоне [3].

Техника ИДСП в нижнем положении не отличается от тех­ ники обычной полуавтоматической сварки плавящимся элект­ родом. Сварка вертикальных швов производится снизу вверх. Сварку стальных конструкций толщиной до 2 мм можно вы­ полнять сверху вниз. При импульсно-дуговой сварке плавя-

напряжение дуги, f — частота импульсов, dn — диаметр проволоки, Аг — расход аргона, п — число проходов.

щимся электродом алюминиевых сплавов толщиной > 4 мм рекомендуется совершать поперечные колебания.

Скорость подачи проволоки выбирается из условия ведения сварки, в режиме короткой дуги, но без замыканий дугового промежутка, в зависимости от ее диаметра и сварочного тока (табл. 2 .10).

2-2.4. Специальные способы сварки

Для расширения диапазона свариваемых толщин, увеличения производительности процесса сварки в защитном газе и повы­ шения качества сварных соединений разработан ряд специаль­ ных способов.

Сварка трехфазной дугой. К двум вольфрамовым электро­ дам и свариваемому изделию подводится переменный ток от трехфазного источника питания. Одновременно горят три дуги — две между каждым из электродов и изделием и неза­ висимая дуга меньшей мощности между электродами. Свароч­ ная ванна защищена струей инертного газа. Высокая проплав­ ляющая способность трехфазной дуги открывает возможность кварки материалов больших толщин без разделки кромок (для алюминиевых сплавов до 20 мм) за один проход. Эффектив­

кие механические свойства. Наибольшее применение сварка трехфазной дугой нашла в производстве конструкций из алю­ миниевых сплавов. При этом затраты на выполнение 1 м шва сокращаются в несколько раз по сравнению с аргонодуговой сваркой плавящимся электродом.

Сварка вольфрамовым электродом с подогреваемой приса­ дочной проволокой (рис. 2.6). Подогрев присадочной прово­ локи 1 осуществляется за счет джоулева тепла при пропуска­ нии тока через проволоку от дополнительного трансформатора 2. Механизм подачи присадочной проволоки и токоподвод 3 должны быть электрически изолированы от изделия. Приса­ дочная проволока, как правило, подается в сварочную ванну сзади дуги и направляется под углом 30—60° от оси горелки.

Применение подогретой присадочной проволоки позволяет

талл и горит в образовавшейся в нем полости. Это позволяет опустить электрод так, чтобы дуга горела ниже поверхности металла. Этим способом можно сваривать титан, алюминий,

расплавленного металлов от возможного подсоса в зону сварки воздуха используют специальные камеры. Небольшие детали помещают в специальные камеры, откачивают воздух до со­ здания вакуума до 1• 10~ 2 Па и заполняют инертным газом высокой чистоты. Сварку выполняют вручную или автомати­ чески с дистанционным управлением.

Для сварки в контролируемой атмосфере крупногабаритных

Дуговая сварка неплавящимся полым катодом в вакууме

(рис. 2.7). В качестве источника тепла используется дуговой разряд с полым катодом (ДРПК) [6 ]. Процесс сварки осуще­ ствляется стабильно в диапазоне давления в камере от 1 до Ь10“ 2 Па при подаче через полость катода аргона 1— 2 мг/с (2—4 л/ч). При этом эффективный к. п. д. составляет 0,8— 0,85. Возможность регулирования процесса эффективной мощ­ ностью и распределением плотности теплового потока в пятне нагрева в широких пределах за счет изменения тока разряда, длины дугового промежутка, подачи аргона через катод и воз­ действия аксиального и поперечного магнитных полей позво-

более). Применение этого способа сварки имеет определенные металлургические преимущества, так как способствует удале­ нию газов из расплавленного металла. Содержание газов в ме­ талле шва примерно такое же, а иногда и меньше, чем при электронно-лучевой сварке.

Сварка дугой, управляемой магнитным полем. Магнитное управление дугой позволяет увеличить скорость сварки, умень­ шить зону перегрева и повысить пластичность металла, воз­ действовать на микроструктуру путем электромагнитного пере­ мешивания сварочной ванны. Управление дугой при помощи магнитного поля облегчает сварку деталей малых толщин. При сварке в пульсирующем режиме или в знакопеременном маг­ нитном поле титана, а также алюминиевых и магниевых спла­ вов отмечено измельчение структуры в шве и околошовной зоне.

Сварка с принудительным формированием шва. Вертикаль­ ные швы на металлах большой толщины на практике свари­ вают в защитных газах с принудительным формированием с помощью охлаждаемых ползунов. В зависимости от толщины металла сварку ведут одной или несколькими электродными проволоками. Защитный газ подается в зазор через специаль­ ное сопло в ползуне. Помимо принудительного формирования, водоохлаждаемые ползуны позволяют обеспечить благоприят­ ный термический цикл металла шва и околошовной зоны, не­ смотря на повышенные значения погонной энергии процесса.

Сварка электрозаклепками. Дугой с плавящимся электро­ дом в среде защитных газов можно приваривать к деталям листы толщиной до 8 мм. Для сварки в верхнем листе про­ сверливают или пробивают отверстие. Сварку ведут с пода­ чей электродной проволоки, время горения дуги задают в со­ ответствии с условиями сварки.

2.3. Особенности сварки разных металлов и сплавов

2.3.1. Сварка сталей

Сварка Малоуглеродистых и низколегированных сталей в инертном газе при­ меняется редко, так как эти стали хорошо свариваются под флюсом и в углекислом газе.

Высокие технологические свойства при сварке сталей обеспечиваются при добавке к аргону до 1—5 % кислорода. Кислород способствует увеличению плотности металла шва, улучшению сплавления, уменьшению подрезов и уве­ личению производительности процесса сварки.

Для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей может также применяться аргон с добавкой 10—20 % углекислого газа. Углекислый газ способствует устранению пористости в швах и улучшению формирования шва.

РЕЖИМЫ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКИ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Высоколегированные стали успешно свариваются в инертных газах и их смесях. При этом обеспечивается высокая стабильность дуги и минимальный угар легирующих элементов. Химический состав металла шва регулируется за счет применения проволоки нужного состава. Стали, в состав которых входят элементы с высокой активностью к кислороду (алюминий, титан, цирконий и т. п.), свариваются в среде инертных газов. Ориентировочные режимы автома­ тической и полуавтоматической сварки стыковых соединений толщиной 4— 10 мм на постоянном токе приведены в табл. 2.11.

и повышения производительности целесообразно использовать смесь аргона с азотом (70—80 % аргона и 30—20 % азота). Азот способствует увеличению глубины проплавления меди.

Из-за высокой теплопроводности меди для получения на­ дежного провара в начале сварки и хорошего сплавления по кромкам детали подогреваются до 470—770 К. При сварке