Сварка и свариваемые материалы. Том 2. Технология и оборудование

РЕЖИМЫ СВАРКИ В АРГОНЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ

Накопленный опыт применения сварки конструкций из алю­ миниевых сплавов позволил отработать режимы, обеспечиваю­ щие высокое качество сварных соединений (табл. 2.13 и 2.14).

2.3А. Сварка химически активных и тугоплавких сплавов

К числу основных затруднений, встречающихся при сварке ти­ тановых, циркониевых, молибденовых, никелевых и других ту­ гоплавких сплавов, относится большая химическая активность металла при высокой температуре (особенно в расплавленном состоянии) по отношению к газам (кислороду, азоту, водо­ роду) [7]. Поэтому при сварке требуется защита от воздуха не только расплавленного металла, но и участков твердого ме­ талла, нагретого до температуры выше 660 К. Обычно это до­ стигается применением специальных приставок длиной до 500 мм и подачей газа с обратной стороны шва через специ­ альные подкладки [5, 7]. При сварке используется аргон только высшего сорта или гелий марки А.

Наиболее надежную и, стабильную защиту зоны сварки обе­ спечивают камеры с контролируемой атмосферой, где в каче­ стве защитной среды используют спектрально чистый или выс­ шего сорта аргон, а также вакуумные камеры, давление в ко­ торых не превышает (6—8)« 10~2 Па.

Во избежание излишнего перегрева околошовных участков при дуговой сварке, например титана и циркониевого сплава, ограничивают уровень сварочного тока. Максимальная его ве­ личина при сварке титана поверхностной дугой вольфрамовым электродом обычно ^300 А. При этом можно сваривать без ^разделки кромок за один проход сплавы толщиной 3—4 мм.

РЕЖИМЫ РУЧНОЙ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКИ ТИТАНА ВОЛЬФРАМОВЫМ ЭЛЕКТРОДОМ

П р и м е ч а н и е . Обозначения см. в табл. 2.12, 2.13.

Т А Б Л И Ц А 2.16

Дуговой сваркой в вакууме благодаря высокой концентра­ ции тепловой мощности дугового разряда с полым катодом удается соединять без разделки кромок за один проход тита­ новые сплавы толщиной 8—10 мм. Стыковые соединения тита­ новых сплавов больших толщин выполняют многослойной сваркой с разделкой кромок и подачей присадочной проволоки. Режимы сварки в аргоне стыковых соединений титана приве­ дены в табл. 2.15, 2.16.

Г л а в а 3 СВАРКА В С 0 2

3.1. Особенности переноса электродного металла при сварке в С 0 2

При сварке в С02 проволоками Св-08ГС и Св-08Г2С в основном используют процесс с частыми принудительными короткими замыканиями и процесс с крупнокапельным переносом (табл. 3.1). При сварке порошковыми проволо­ ками применяют процесс с непрерывным горением дуги, а при сварке активи­

увеличивается. По мере уменьшения сварочного тока скорость расплавления проволоки и давление дуги уменьшаются. В результате капля электродного металла и ванночка сближаются, замыкая разрядный промежуток. Дуга гас­ нет, напряжение резко уменьшается, а сила тока в цепи возрастает. С уве­ личением тока растет электродинамическая сила и приводит к ускорению перехода капли в ванну и образованию шейки между электродом и каплей.

нимальный ток /шт, длительность горения дуги /д, длительность короткого замыкания tK.3, длительность цикла Т= /Д-Ик.з, скорость нарастания тока при коротком замыкании разрядного промежутка каплей Д/К.э/Л1 и скорость снижения тока при горении дуги Д/д/Д/. С повышением напряжения увеличи­ вается длительность горения дуги и всего цикла, а частота коротких замыка­ ний уменьшается, возрастают потери на окисление и разбрызгивание, а форма

нарастания / к.з в цепи (Д/к.э/Д0При сварке проволоками 0 0,8-М,4 мм при Д/к. з/Д^>200-т-300 кА/с процесс стабилен, но сопровождается повышенным разбрызгиванием. При Д/К.э/Д*<40 кА/с процесс протекает с редкими корот­ кими замыканиями, импульсный характер изменения силы тока выражен слабо и на низких напряжениях процесс протекает нестабильно. При средних

источника питания дуги. При пологопадающих внешних характеристиках источника тока увеличение угла наклона характеристики приводит к некото­ рому увеличению внешней составляющей длины дуги; дуга более подвижная и эластичная, ширина разогрева изделия и ширина шва несколько увеличива­ ются. Сочетание падающей внешней характеристики с высокими регулируе­ мыми скоростями нарастания тока короткого замыкания и регулировкой амплитудных значений тока короткого замыкания дает возможность получать процесс сварки в С02 с принудительными короткими замыканиями и процесс сварки в С02 без коротких замыканий с хорошими технологическими харак­

выми проволоками. При низких напряжениях процесс протекает с короткими замыканиями, а при высоких — без них. Процесс с крупнокапельным перено­ сом обычно сопровождается повышенным разбрызгиванием. Для уменьшения разбрызгивания и улучшения формирования шва при сварке с короткими за­ мыканиями рекомендуется снижать значение Д/к. з/Д* (например, путем уве­ личения индуктивности цепи и включения в цепь балластного сопротивле­ ния). Для получения стабильного процесса сварки в С02 с хорошим форми­ рованием шва и небольшим разбрызгиванием необходимо строго соблюдать определенные соотношения между током и напряжением (рис. 3.2). Для по­ вышения производительности процесса и уменьшения разбрызгивания целесо­ образно вести с в а р к у с п о г р у ж е н и е м д у г и в ванну так, чтобы внешняя составляющая дуги была равна 2—3 мм. Этот процесс реализуется на повышенных токах (табл. 3.1).

Струйный процесс в С02 можно получить только при использовании про­ волок, активированных цезием, рубидием, калием, натрием, барием, церием и солями РЗЭ. Процесс протекает без разбрызгивания с хорошим формирова-

ннем шва. Сварку проволоками, активированными солями рубидия и цезия,

подобен сварке проволокой £в-08Г2С сплошного сечения. При использовании

дающимися небольшим разбрызгиванием и хорошим формированием шва.

В последние годы разработаны: проволока с дополнительным сердечни­ ком-фитилем, заполненным в основном оксидом титана (АПАН-2), и прово­ лока, легированная РЗЭ (Св-14Г2Сч). Эти проволоки при сварке в СО* на повышенных токах (более 30 А для 0 1,6 мм) обеспечивают хорошее форми­ рование шва и малое разбрызгивание.

При сварке в смесях С02+ 0 2 (15—30%) могут выполняться процессы с крупнокапельным переносом и с частыми короткими замыканиями. Добавле­ ние кислорода к С02 незначительно изменяет характер процесса (он харак­ теризуется более высоким окислительным потенциалом защитной среды и большей жидкотекучестью ванночки). Для сварки используют проволоки с по­ вышенным содержанием раскислителей. Формирование шва несколько лучше, чем при сварке в С02, но поверхность шва покрыта шлаком.

В смесях Аг+ С 02 (до 15 %) могут быть получены с т р у й н ы й и к р у п ­

Сварка в смеси Аг+20—25 % С02 или 20 % С02 и 5 % 0 2 обеспечивает луч­ шее формирование шва и меньшее разбрызгивание, чем сварка в С02.

Перенос металла с электрода на изделие определяет технологические ха­ рактеристики и области применения процессов сварки плавящимся электро­ дом. Различают следующие основные виды переноса электродного металла при сварке в С02 и его смесях (см. рис. 3.1): с принудительными короткими замыканиями, крупнокапельный с естественными короткими замыканиямя разрядного промежутка, то же без коротких замыканий, перенос каплями среднего и малого размера без коротких замыканий и, наконец, струйный

перенос.

При крупнокапельном переносе на электроде образуются капли диамет­ ром >1,5 диаметра электрода. Если капля больше длины разрядного проме-

чие на проволоке ржавчины способствует разбрызгиванию в связи с взрывом крупных капель. В начале сварки и при нарушениях процесса наблюдается резкое увеличение разбрызгивания в результате выброса нерасплавленной части электрода и расплескивания ванны.

с принудительным управлением путем наложения импульсов тока, изменения силы тока при сварке, пульсирующей и вибрирующей подачи электрода. Раз­ брызгивание при этом переносе незначительное.

П ри с т р у й н о м п е р е н о с е жидкий металл на электроде вытянут

ввиде конуса, с конца которого отрываются мелкие капли диаметром менее 2/з диаметра электрода. Перенос определяется электродинамической силой, си­ лами поверхностного натяжения, давлением плазменных потоков и реакцией испарения. Сила тяжести невелика, поэтому электродный металл переносится

вванну при сварке во всех пространственных положениях. Струйный перенос электродного металла наблюдается при сварке в С02 активированной.проволо-

кой и в смесях Аг+С02 (<25% ). Минимальный ток, при котором наступает струйный перенос, называют критическим / кр. С увеличением диаметра элек­ трода / кр возрастает. Разбрызгивание при струйном переносе незначительное.

3.2. С варочная проволока

Сварочные проволоки выпускают с тонким медным покрытием и без него. На поверхности проволоки, а также в надрывах поверхностного слоя имеется технологическая смазка. В неко­ торых случаях проволоки покрывают антикоррозионными сма­ зочными материалами, которые вносят в зону дуги водород и азот. В результате этого снижается стабильность процесса, по­ вышается разбрызгивание, ухудшается формирование шва и понижается ударная вязкость металла шва. Особенно процесс сварки в СО2 ухудшается при наличии на проволоке ржавчины и нитрата натрия, входящего в состав некоторых смазочных материалов.

Механическая очистка и травление проволоки немного по­ вышают стабильность процесса и уменьшают содержание во­ дорода. В наибольшей степени удалить водород и азот из про­ цесса, повысить ударную вязкость шва, улучшить стабильность процесса сварки и формирование шва, а также уменьшить разбрызгивание можно путем прокаливания проволоки при 200—250 °С в течение 1,5—2 ч. Ржавчина на проволоке при­ водит к резкому снижению стабильности процесса и повыше­ нию разбрызгивания. Для ее удаления рекомендуете# химиче­ ская или электрохимическая очистка проволоки и механическая очистка с последующим прокаливанием при 15U—-«ои ^ в течение 1,5—2 ч. Для надежной подачи по гибким шлангам и хорошего контактирования с токоподводящим наконечником сварочной горелки проволоки должны иметь определенную же­ сткость. Мягкие и чрезмерно жесткие (пружинистые) прово­ локи плохо подаются по шлангам.

3,3. Технологические особенности процесса саарки в С 0 2

Основными параметрами режима сварки в С02 и его смесях являются: род защитного газа; полярность и сила тока; напря­ жение сварки; диаметр, скорость подачи, вылет, наклон и коле­ бания проволоки; скорость сварки; расход и состав защитного газа. Сварку в С02 обычно выполняют на постоянном токе. Однако возможна сварка и на переменном токе. Сварочный ток и диаметр проволоки выбирают в зависимости от толщины металла и расположения шва в пространстве. Стабильный про­ цесс сварки с хорошими технологическими характеристиками можно получить только в определенном диапазоне силы тока, который зависит от диаметра и состава электрода и рода за­ щитного газа (см. табл. 3.1). Сила тока определяется поляр­ ностью тока, диаметром, составом, скоростью подачи (рис. 3.5) и вылетом электрода, составом защитного газа, а также на­ пряжением дуги. Регулируют силу тока изменением скорости подачи проволоки (рис. 3.5). Сила тока определяет глубину провара и производительность процесса.

Второй важнейший параметр режима сварки — напряжение процесса сварки. С повышением напряжения увеличивается ширина шва и улучшается формирование валика. Однако од­

ления электрода в 1,6—1,8 раза выше, а глубина провара и ширина шва меньше, чем на обратной. Влияние скорости сварки такое же, как и при сварке на обратной полярности. Наклон электрода до 15° «углом вперед» и «углом назад» не отражается на характеристиках процесса сварки. Наклон элек­ трода «углом вперед» на 15—30° несколько уменьшает глубину провара и увеличивает ширину шва. При наклоне электрода на 15—30° «углом назад» формирование шва несколько ухуд­ шается.

Сварка в СОг проволокой Св-14Г2Сч ведется на прямой полярности; достигаются хорошие технологические характери­ стики процесса, малое разбрызгивание и хорошее формирова­

С уменьшением содержания в смеси С02, увеличением силы тока и уменьшением диаметра электрода глубина узкого про­ плавления увеличивается.

Химический состав проволоки, смазка и загрязнения, нахо­ дящиеся на проволоке и свариваемом металле, могут оказы­ вать влияние на силу тока, длину дуги, напряжение и харак­

обусловлено изменением нагрева электрода на вылете прохо­ дящим током. Допустимый вылет электрода зависит от диа­ метра, удельного электросопротивления электрода и сварочного тока. При малых вылетах затрудняется видимость зоны сварки и возможно подплавление токопровода, а при больших — на­ рушается стабильность процесса. При сварке проволоками 01,6 мм и более влияние вылета электрода на стабильность протекания процесса сварки намного меньше. В этих случаях сварку можно выполнять при нормальных и повышенных вы­ летах. Увеличение вылета позволяет повысить коэффициент расплавления электрода и уменьшить глубину провара.

Влияние свойств источника питания существенно сказыва­ ется на технологических характеристиках при ведении про­