10.1 Классификация способов сварки в защитных газах. Сущность способа сварки неплавящимся электродом

По типу защитных газов различают сварку в инертных газах: Ar, He и их смесях. В смеси активных и инертных газов - Ar+N₂, Ar + CO₂, Ar +H₂, Ar +O₂, Ar +O₂ +CO₂. В активных газах - CO₂, N₂, H₂, H₂O (пары), CO₂ + O₂.

По характеру газовой защиты различают (см. Рис. 10.1):

Иногда отдельно защищают корень шва. При сварке особо ответственных конструкций из специальных сталей и сплавов процесс ведут в камерах с контролируемой атмосферой.

По типу дуги и типу электрода различают сварку постоянным током и импульсной дугой, неплавящимся и плавящимся электродами.

По степени механизации различают ручную (неплавящимся электродом), механизированную, полуавтоматическую, автоматическую и роботизированную сварку.

Сварка в инертных газах легко автоматизируется, удобна для выполнения сварных соединений во всех пространственных положениях и имеет довольно высокую производительность, достигающую, например, при автоматической сварке 200 м/ч.

В основном в качестве инертных газов применяют аргон, гелий и их смеси. Аргон - бесцветный, неядовитый, без запаха газ, который почти в 1,5 раза тяжелее воздуха. В природе присутствует только в свободном виде. В металлах, как в жидком, так и в твердом состояниях аргон нерастворим и не образует химических соединений.

а)		б)
с)		Рис. 10.1. Разновидности газовой защиты дуги и сварочной ванны: а – защита соплом; б – дополнительная защита ванны и шва; с – комбинированное сопло. 1 - неплавящийся вольфрамовый электрод; 2 - сопло сварочной горелки; 3 - дуга в инертном газе; 4 - дополнительная насадка

На рис. 10.2, а показана схема сварки неплавящимся вольфрамовым электродом-катодом 1 в среде инертного газа. Защита дуги 3, сварочной ванны 5 и разогретых участков основного металла 4 осуществляется потоком инертного газа формируемым соплом 2.

а)	б)

Рис. 10.2. Схема сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов (а) и фотография дугового разряда с вольфрамовым катодом в аргоне (б). Ток постоянный, полярность прямая

Слева показан вольфрамовый катод с диаметром d_эл, рабочая часть которого имеет конусную заточку (угол ) с притуплением d_пр.

Справа (рис. 10.2, б) показана фотография неподвижной дуги в аргоне на постоянном токе прямой полярности, горящей на медном водоохлаждаемом аноде. Дуга имеет ярко выраженную колокообразную форму.

Лекция № 28

10.2 Неплавящиеся электроды

Неплавящиеся вольфрамовые электроды.Вольфрамовые стержни изготавливаются из вольфрамового порошка (из руды - WO₃, а затем восстановление Н₂ при 500...850^оС или электролиз расплава оксида с бурой при 1050....1300 ^оС).

Порошковый W прессуют, спекают и затем проковывают. Он имеет низкий коэффициент теплопроводности и низкую скорость испарения. Поскольку электрод на основе вольфрама при высоких температурах обладает высокой химической активностью к кислороду, то он применим только в инертной среде.

При сварке на постоянном токе вольфрамовый электрод чаще всего используют как катод (прямая полярность и на аноде-изделии выделяется до 70 % теплоты дуги).

При сварке на обратной полярности электрод-анод обладает низкой термической стойкостью (торец электрода оплавляется с образованием капли). Поэтому сварочные токи снижают до 100…120 А.

Существенный недостаток электродов из технически чистого вольфрама - невысокая стойкость при сварке в длительном режиме работы, поэтому для повышения термической стойкости электрода-катода в W-порошок перед прессованием добавляют оксиды лантана La₂O₃ или иттрия Y₂O₃. Тогда электроды соответственно называют лантанированными или иттрированными.

Наилучшими характеристиками обладают иттрированные электроды ЭВИ-2 и ЭВИ-3 (см. табл. 10.1). Следует иметь в виду, что торированные электроды - радиоактивны.

Существует зависимость между предельной нагрузкой по току /, А, и диаметром электрода с d_эл, мм при сварке на постоянном токе прямой полярности .

Удельный расход вольфрама зависит от способа сварки, рода тока, диаметра электрода, тока и свойств свариваемых материалов. При токах до 500 А удельный расход вольфрама колеблется в зависимости от технологических условий в пределах 10^-8…8 10^-6г/(А с).

Диаметры вольфрамовых прутков стандартизованы (1...12 мм).

Заточка вольфрамового электрода, характеризуемая диаметром притупления d_при углом заточки(рис. 10.2, а), влияет на технологические свойства дуги. При уменьшении диаметра притупления повышается концентрация теплового потока, растут давление дуги и плотность тока.

Таблица 10.1 Допустимая нагрузка по току различных марок электродов

Марка электрода	Допустимая нагрузка, А, при диаметре, мм					Маркировка торцев прутка (цвет)	Содержание активирующей присадки, %
	2	3	4	5	6
ЭВЧ	20	190	380	590	760	-	-
ЭВЛ	90	250	490	720	870	Черный	1,1-1,4 La2O3
ЭВИ-1	-	-	-	900	1200	Синий	1,5-2,3 Y2O3
ЭВИ-2	180	320	610	900	-	Фиолетовый	2,0-3,0 Y2O3
ЭВИ-3	180	320	610	-	-	зеленый	2,5-3,5 Y2O3

Изменение угла заточки приводит к изменению формы и размеров столба дуги и размеров проплавления. На практике используют электроды с заточкой под углом 30…60°.

При меньших углах снижается ресурс работы электрода, а при углах больше 60° возможно неустойчивое горение дуги из-за блуждания катодного пятна на торцевой поверхности. Оптимальную геометрию рабочего конца электрода определяют опытным путем.

Лекция № 29