1.4.2 Описание сварки в среде защитных газов плавимся электродом

Сварка в защитном газе является одним из способов дуговой сварки.

При сварке в зону дуги 1, через сопло 2, непрерывно подается защитный газ 3, (рисунок 6). Теплотой дуги расплавляется основной металл 4 и, если сварку выполняют плавящимся электродом, расплавляется электродная проволока. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует шов.

Образование шва происходит за счет расплавления кромок основного металла или 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 (Аr + Не; Аr + СО₂; Аr + О₂; СО₂ + О₂ и др.).

Рисунок 6 – Дуговая сварка в среде защитных газов плавящимся электродом

Преимущества сварки в защитном газе: высокое качество сварных соединений на разнообразных металлах и сплавах различной толщины. Возможность визуального наблюдения за образованием шва, что особенно важно при полуавтоматической сварке. Отсутствие операций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака. Малая зона термического влияния. Высокая производительность, достигающая при ручной сварке 50…60 м/ч, а при автоматической - 200 м/ч.

К недостаткам способа относится: необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги; наличие громоздкого и сложного по конструкции сварочного оборудования; трудности выполнения сварки в условиях монтажа из-за сквозняка, ветра, дождя.

1.5 Выбор сварочных материалов

1.5.1 Выбор сварочных материалов для ручной дуговой сварки покрытыми электродами

В ГОСТ 9467 – 75 «Электроды, покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей» приведено четырнадцать типов электродов для сварки конструкционных сталей. К данным типам электродов относятся также и электроды для сварки низкоуглеродистых сталей.

При сварке конструкций из низкоуглеродистых сталей широко используются электроды с рутил-карбонатным покрытием типа Э46 марки МР-3. Для особо ответственных сварных конструкций используют электроды с фтористо-кальциевым и фтористо-кальциево-рутиловым покрытием типа Э42А марок УОНИ-13/45 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-13/45 пригодны для сварки не только постоянным, но и переменным током.

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 .

Таблица 3- Сварочно-технологические характеристики электродов.

Сварочно-технологические свойства	Марки электродов
	СМ-11	УОНИ-13/45	МР-3
Устойчивость дуги	удовлетворит.	удовлетворит.	удовлетворит.
Разбрызгивание	обычное, потери 4 - 6 %	умеренное, потери 7 - 8%	малое
Формирование шва	удовлетворит.	хорошее	удовлетворит.
Отделимость шлаковой корки	удовлетворит.	удовлетворит.	удовлетворит.
Склонность металла шва к образованию трещин	малая	малая	малая
Типичный коэффициент наплавки	9,5 г/А·ч	9,5 г/А·ч	8,5 г/А·ч
Расход электродов на 1кг наплавленного металла	1,45 кг	1,6 кг	1,7 кг

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.

1.5.2 Выбор сварочных материалов для сварки в среде зашитных газов плавящимся электродом

В качестве защитного газа для сварки низкоуглеродистых сталей с успехом может использоваться углекислый газ.

Основной особенностью сварки плавящимся электродом является применение кремнемарганцовой 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.

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. При большом избытке углекислого газа организм человека претерпевает кислородную недостаточность. 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. Для сварки углеродистых и низколегирован­ных сталей имеются специальные марки электродной проволоки. В некоторых случаях для сварки легированных сталей применяется порошковая проволока. В таблице 4 приведены марки проволоки, которые предназначены или могут быть исполь­зованы при сварке сталей в углекислом газе.

Для лучшей подачи по гибким шлангам электродная проволока диаметром менее 2,0 мм должна обладать повышенной жесткостью. Для стабильного горения дуги и меньшего засорения шлангов и проводок необходимо, чтобы проволока имела чистую поверхность и не имела изгибов.

Таблица 4 - Марки проволоки, пригодной для использования при сварке в углекислом газе.

Марка проволоки	Назначение
Св-08ГС Св-08Г2С Св-10ХГ2С	Сварка углеродистых и низколегированных сталей токами до 300—400А. Сварка углеродистых и низколегированных сталей токами до 600—750 А. Сварка низколегированных сталей повышенной прочности.

Выбираем сварочную проволоку марки Св-08Г2С, химический состав которой представлен в таблице 5.

Таблица 5 - Химический состав материала Св-08Г2С, %.

С	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0,05 – 0,15	0,7 - 1	1,5 – 2,3	до   0,3	до   0,025	до   0,3	до   0,3	до   0,3

Охарактеризуем применяемый для сварки защитный газ.

Углекислый газ (СО₂) не имеет цвета и запаха, также является не ядовитым и негорючим. Получают его из газообразных продуктов сгорания антрацита или кокса, при обжиге известняка и т. д. Поставляется в сжиженном состоянии в баллонах типа А вместимостью 40 литров, при максимальном давлении 20 МПа. В зависимости от температуры окружающего воздуха, давление в баллоне изменяется. Сварочная углекислота выпускается двух сортов: высшего – чистотой 99,8% и первого – чистотой 99,5%. Баллоны с углекислотой окрашиваются в чёрный цвет с жёлтой надписью «СО₂ сварочный».

Для сварки нашей конструкции можно применить углекислый газ высшего сорта. Это связано с меньшим содержанием водных паров в углекислом газе. Состав газа представлен в таблице 6.

Таблица 6 – состав углекислого газа (сорт высший).

Газ	Ar, %	He, %	O3, %	N2, %	H2, %	CO2, %	углеводороды, %	содержание водяных паров, %
углекислый						99,8		0,037

1.6 Расчет режимов сварки

1.6.1 Расчет режимов для ручной дуговой сварки покрытыми электродами

При ручной дуговой сварке установлены следующие геометрические размеры подготовки кромок под сварку и размеры сварного шва, которые приведены в таблице 7.

Таблица 7- Геометрические размеры подготовки кромок под сварку и сварного шва (ГОСТ 5264-80).

	Конструктивные элементы				b
Условное обозначение	подготовленных кромок свариваемых деталей	сварного шва	s	Â	Номин.	Пред. откл
Н1			От 5до 10	8-40	0	+1,5

Режимом сварки называют совокупность основных характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных швов заданных размеров, формы и качества. При РДС это диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение дуги, площадь поперечного сечения шва, выполняемого за один проход дуги, число проходов, род тока, полярность.