2. Дуговая сварка в защитном газе плавящимся электродом

Сварка в защитных газах нашла широкое применение в промышленности . Этим способом можно соединять вручную, полуавтоматически или автоматически в различных пространственных положениях разнообразные металлы и сплавы толщиной от десятых долей до десятков миллиметров.

Сущность способа: При сварке в зону дуги подается через сопло непрерывно подается защитный газ. Теплотой дуги расплавляется основной металл, если сварку ведут плавящимся электродом расплавляется и электродная проволока. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь образует шов.

Рисунок 2.

Образование шва происходит за счет расплавления кромок основного металла и дополнительно вводимого присадочного металла.

В качестве защитных газов применяют инертные (аргон и гелий) и активные ( углекислый газ, водород, кислород, и азот ) газы , а также их смеси.

Теплофизические свойства защитных газов оказывают большое влияние на технологические свойства дуги и форму швов.

Широкий диапазон используемых защитных газов , обладающих значительно различающимися теплофизическими свойствами , обусловливает большие технологические возможности этого способа как в отношении свариваемых металлов так и их толщин .

По сравнению с другими способами сварка в защитных газах обладает рядом преимуществ :

-высокое качество сварных соединений на разнообразных металлах и сплавах различной толщины ;

-возможность сварки в различных пространственных положениях; возможность визуального наблюдения за образованием шва;

-отсутствие операций по засыпке и уборки флюса и удалению шлака ; -высокая производительность и легкость механизации и автоматизации ;

-низкая стоимость при использовании активных защитных газов.

-большой спектр свариваемых материалов;

К недостаткам способа относится необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги.

1. Дополнительное газовое оборудование;

2. Невозможность использование данного метода в условиях монтажа из-за сквозняка, ветра, дождя;

3. Величина критического тока напрямую зависит от металла;

4. Производительность ниже, чем у РДС.

ВЫБОР СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

3.1 Выбор материалов для дуговой сварки покрытыми электродами

К сварочным материалам, применяемым в данном способе сварки относятся покрытые электроды. Применяемые электроды должны обеспечивать:

1. Устойчивое горение дуги и хорошее формирование шва;

2.. Получение металла сварного шва заданного химического состава;

3. Равномерное и спокойное расплавление электродного стержня и покрытия, минимальное разбрызгивание электродного металла;

4. Максимально возможную производительность;

5. Легкость отделения шлаковой корки и прочность нанесения покрытия;

6. Сохранение физико-химических и технологических свойств в течении заданного промежутка времени;

7. Минимальная токсичность при изготовлении и при сварке.

Классифицировать покрытые электроды можно по следующим признакам:

1. По назначению:

Для сварки сталей;

Для сварки чугуна;

Для сварки цветных металлов;

Электроды для наплавочных работ.

2. По технологическим особенностям:

Для сварки с глубоким проплавлением;

Для данной сварки.

3. По виду и толщине покрытия.

4. По химическому составу стержней и покрытия.

5. По характеру шлака.

6. По механическим, свойствам металла шва.

7. По способу нанесения покрытия.

Перечисленные характеристики, которые необходимо учитывать при выборе конкретной марки электрода, в значительной степени определяются видом покрытия. Покрытие может быть кислым, рутиловым, основным, целлюлозным и смешанным.

При сварке конструкций из низкоуглеродистых сталей широко используются электроды с рутил-карбонатным покрытием тина Э42-Е марки АНО-5 и типа Э46-Т марки МР-3. Ранее широко распространенные электроды марки ОММ-5 (тип Э46) с рудно-кислым покрытием в настоящее время из-за высокой токсичности имеют ограниченное применение. Для особо ответственных сварных конструкций используют электроды с фтористо-кальциевым и фтористо-кальциево-рутиловым покрытием типа Э42А марок УОНИ-13/55 и СМ-11, обеспечивающие повышенные пластические свойства и стойкость металла шва против кристаллизационных трещин. Однако при наличии ржавчины на кромках или увлажнении покрытия понижается стойкость против образования в металле шва пор. Электроды марки СМ-11 в отличии УОНИ-13/55 пригодны для сварки не только постоянным, но и переменным током.

При изготовлении строительных и технологических металлоконструкций широко применяются высокопроизводительные электроды для сварки с глубоким проплавлением марок ЦМ-7С.

Сварочно-технологические характеристики электродов сравним в таблице 1.

Таблица 1- Сварочно-технологические характеристики электродов

Сварочно-технологические свойства	Марки электродов
	СМ-11	УОНИ-13/45	МР-3
Устойчивость дуги	удовлетворительная	удовлетворительная	удовлетворительная
Разбрызгивание	Обычное, потери 4 - 6 %	Умеренное , потери 7-8%	Малое
Формирование шва	удовлетворительное	Хорошее	удовлетворительное
Отделимость шлаковой корки	удовлетворительная	удовлетворительная	удовлетворительная
Склонность металла шва к образованию трещин	Малая	Малая	Малая
Типичный коэффициент наплавки	9,5г/а ч	9,5 г/А·ч	7,8 г/А·ч
Расход электродов на 1кг наплавленного металла	1,45 кг	1,6 кг	1,7 кг

Электроды СМ-11 с фтористо-кальциевым покрытием , содержащим железный порошок. Предназначены для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей. Содержание водорода в металле шва несколько выше , чем в металле шва выполненным электродами УОНИ-13/45 .

С учётом технологических характеристик, представленных выше, выбираем электроды марки УОНИ-13/45. Эти электроды не обладают такой универсальностью как, например электроды МР-3 ,однако эти электроды для особо ответственных конструкций из углеродистых и низкоуглеродистых сталей, когда к металлу швов предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости, для конструкций работающих под динамическими нагрузками в условиях отрицательных температур; работающих под давлением, сварка металлов большой толщины. Сварка во всех пространственных положениях шва постоянным током обратной полярности .

Типичный химический состав наплавленного металла, %

С	0,09	Mn	0,57	Si	0,23
S	0,025	Р	0,027

Типичные механические свойства металла шва

Врем. сопротивление, МПа	460
Предел текучести, МПа	350
Относительное удлинение, %	26
Ударная вязкость, Дж/см2	200

Особые свойства

Обеспечивают получение металла шва с высокой стойкостью к образованию кристаллизационных трещин и низким содержанием водорода.

Технологические особенности сварки

Сварку производят только на короткой длине дуги по очищенным кромкам. Прокалка перед сваркой: 250-300°С; 1 ч.

Диам., мм	Длина, мм	Ток, А
2,0	300	40-80
2,5	350	50-100
3,0	350	60-130
4,0	450	110-180
5,0	450	130-220

Выбор сварочных материалов для сварки в среде защитных газов плавящимся электродом

В качестве защитного газа для сварки низкоуглеродистых сталей с успехом может использоваться углекислый газ, аргон и гелий для этих целей применяют ограниченно.

Основной особенностью сварки плавящимся электродом является применение кремнемарганцовистой электродной проволоки с пониженным содержанием углерода, при использовании которой получаются плотные беспористые швы, компенсируется выгорание кремния и марганца и при сварке низкоуглеродистой стали обеспечивается получение швов, имеющих оптимальный химический состав.

При сварке низкоуглеродистых сталей с содержанием углерода, приближающимся к верхнему пределу (0,21-0,25%), для предупреждения образования в швах кристаллизационных трещин следует применять электродную проволоку марки Св-08ГС или Св-08Г2С. На свойства металла шва значительное влияние оказывает качество углекислого газа. При повышенном содержании в нем азота и водорода могут образовываться поры даже при хорошей защите дуги от воздуха и надлежащем содержании кремния и марганца в сварочной ванне. При применении углекислого газа первого сорта по ГОСТу 8050-64 и электродной проволоки указанных выше марок швы, как правило, получаются плотные без пор.

Сварка в углекислом газе характеризуется высокой производительностью и низкой стоимостью; к недостаткам способа относится повышенное разбрызгивание металла , а также получения в некоторых случаях неравномерных по внешнему виду швов, [4,с.287]. К тому же необходимо учитывать некоторые металлургические особенности, связанные с окислительным действием углекислого газа. При высоких температурах сварочной дуги углекислый газ (СО₂ ) диссоциирует на оксид углерода (СО) и кислород (О₂) который, если не принимать специальных мер, приводит к окислению свариваемого металла. Окислительное действие О₂ нейтрализуется введением в проволоку дополнительного количества раскислителей кремния и марганца. Поэтому для сварки в СО₂ широко применяют сварочные проволоки марок: Св-08ГС, Св-08Г2С.

На рисунке 2 изображен сварной барабан диамет­ром 650 мм для навивания каната. Диаметр стального каната 28 мм. Диаметр вала барабана 80 мм.

Барабан и колесо барабана свинчены между собой и свободно вращаются на оси. Барабанное колесо делается из стального литья. Конструкцию сварного барабанного колеса см . рисунок 2

Цилиндр барабана представляет собой цельнотянутую трубу с наружным диаметром в 648 мм и внутренним диаметром в 602 мм. Барабан также может быть изготовлен из свальцован­ного листового металла, кромки которого сваривают V-образным швом.

С правой стороны к цилиндрической части приваривается круглый диск с вваренной в него валиковыми швами втулкой и ребрами жесткости.

С левой стороны приваривается фланец, служащий для центрирования и привинчивания барабанного колеса. Прикреп­ление каната к барабану происходит при помощи клина, закла­дываемого в коуш (отверстие) специальной формы, приварен­ного к цилиндру (фиг. 12).

Кольцеобразный шов между цилиндром барабана и правой боковиной работает на изгибающий момент и поперечную силу. Расчетный пролет берется равным расстоянию от середины фланца до середины боковины.

Однако, появляющийся здесь изгибающий момент настолько мал, что им при расчете можно пренебречь.

Фланец с левой стороны приваривается к цилиндру барабана двумя валиковыми швами (фиг. 13). Предполагается, что тол­щина этих швов а повернута для ясности расчетной схемы (фиг. 14) до совпадения с плоскостью фланца. Расчетным сече­нием являются два кольца с размерами, показанными на фиг. 14. Появляющиеся в швах небольшие напряжения от изгиба, в случае размотанного каната, могут быть отброшены. К скалы­вающим напряжениям от поперечной силы (опорной реакции А) прибавляются напряжения от крутящего момента:

M_Kp = SR кгсм,

:где S — усилие в канате,R — радиус цилиндра барабана