2.7. Сварка с импульсной подачей электродной проволокой в смеси защитных газов

Одним из способов осуществления управляемого переноса электродного металла, является использование устройства с импульсной подачей сварочной проволоки.

В основу процесса дуговой сварки с импульсной подачей сварочной проволоки, положено использование дополнительной силы (силы инерции, действующей в период торможения электрода), которая прикладываясь к капле, резко изменяет характер плавления и переноса электродного металла аналогично импульсу электродинамической силы при импульсно - дуговом процессе.

Одним из путей повышения эффективности применения сварки с импульсной подачей сварочной проволоки является использование смеси (Ar+CO₂). Это позволит обеспечить лучшее формирование шва и меньшую величину разбрызгивания электродного металла, чем при сварке в чистом углекислом газе.

Наименьшая величина разбрызгивания (ψ_разб.) достигается при содержании Ar(70%±3%)+СО₂(30%±3%). При величине тока в пределах от 100А до 140А осуществляется управляемый перенос. С увеличением сварочного тока свыше 140А для указанного механизма, перенос неуправляемый.

Рис. 2.6. График зависимости величины разбрызгивания (ψразб.) от величины сварочного тока.

Процесс сварки с импульсной подачей электродной проволоки в смеси газов протекает в четыре этапа:

- этап формирования капли (рис. 2.7): происходит формирование капли за счет плавления электродной проволоки.

Рис. 14.7. Этап формирования капли

- этап движения электродной проволоки (рис. 2.8): под действием упругих сил за счет использования механизма импульсной подачи, происходит перемещение электродной проволоки с находящейся на ее торце жидкой каплей в направлении металлической ванны.

18 19 20

Рис. 2.8. Этап движения электродной проволоки - этап торможения капли: происходит торможение подачи сварочной проволоки в результате достижения штоком конца угла опускания. При этом, в силу определенной инерционности жидкого металла, капля, находящаяся на торце электрода продолжает движение (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Этап торможения капли - этап короткого замыкания: происходит cоприкосновение жидкой капли, находящейся на торце электрода и металлической ванны, образование перемычки и переход металла капли в сварочную ванну (рис. 2.10).

Рис.2.10. Этап короткого замыкания, утончения и разрыва перемычки

Синхронизированный график скорости подачи электродной проволоки представлен на рисунке 2.11.

Рис. 2.11. График скорости подачи электродной проволоки:

1 - этап формирования капли; 2 - этап движения электродной проволоки; 3 – этап торможения капли; 4 - этап короткого замыкания.

Во время первых трех этапов дуговой промежуток большую часть времени горит при токе меньше действующего значения.

И только во время короткого замыкания ток повышается до максимального значения. Так как время короткого замыкания и перехода капли электродного металла в сварочную ванну меньше других этапов каплепереноса, то соответственно и время действия максимального тока значительно меньше.

В связи с этим при рассмотрении процессов сварки с постоянной и импульсной подачей даже при одинаковой производительности процесса тепловложения в основной металл будет различным (рис. 2.12, а,б).

Для достижения одинаковых значений геометрических размеров шва необходимо уменьшить значение энергетических параметров для сварки с импульсной подачей электродной проволоки в СО₂ на 20-30% по сравнению с постоянной подачей в СО₂. В свою очередь для сварки в смеси газов значение величины тока и напряжения необходимо уменьшить на 10-15 %.

Газовая среда в свою очередь влияет на значение эффективного КПД нагрева изделия сварочной дуги:

- для дуговой сварки и наплавки в углекислом газе, 0,72-0,92;

- для дуговой сварки и наплавки в аргоне, 0,7-0,8.

Изменение эффективного КПД нагрева изделия сварочной дуги влечет за собой изменение эффективной тепловой мощности сварочной дуги (рис. 2.12, б,в).

а б

в

Рис. 2.12 Температурные поля: а) сварка с постоянной подачей

сварочной проволоки в среде защитных газов СО₂; б) сварка с импульсной подачейсварочной проволоки в среде защитных газов СО₂; в) сварка с импульсной подачей сварочной проволоки в среде защитных газов 70%Ar+30%СО₂

Также при сварке с импульсной подачей электродной проволоки с использованием инертных газов имеют место процессы окисления, азотирования, наводороживания, а также растворения газов и вредных примесей в сварочной ванне. Это связано с несовершенством газовой защитной зоны сварки и проникновением в нее атмосферного воздуха.

Кроме того, неизбежное присутствие даже небольших концентраций вредных примесей в инертных газах, наличие окисленных поверхностных слоев на кромках металла и сварочной проволоки способствуют образованию оксидов, нитридов и других веществ, заметно ухудшающих физико-механические свойства сварных соединений. В свою очередь кремний, растворяясь в феррите. Повышает предел текучести и уменьшает склонность к хладноломкости, марганец же образует твердый раствор с железом и немного повышает твердость и прочность.

Как видно из гистограмм (рис. 14.13 а,б,в) содержание легирующих элементов (марганца и кремния), с повышением величины тока, превышает содержание относительно основного металла на 40-60% для всех способов сварки. Это объясняется тем, что при сварке, элементы Mn и Si, участвующие в раскисление, при их достаточной концентрации в электродном металле, также частично усваиваются, переходя в сварной шов. Однако стоит отметить, что только при использовании сварки с ИПЭП в смеси газов химический состав сварного шва одинаков на всем диапазоне токов.

Так же при сварке с ИПЭП происходит меньшее выгорание Mn и Si относительно сварки с постоянной подачей на 10-20%, что приводит к повышению механических свойств из-за меньшего тепловложения в каплю электродного металла. Это объясняется тем, что эффективная тепловая мощность сварочной дуги различна, как из режимов сварки (силы тока и напряжения), так и из-за значения эффективного нагрева изделий.

При использовании сварки с ИПЭП в смеси газов позволяет предотвратить выгорание углерода, что позволяет сделать вывод о том, что металл шва и основной металл схожи по твердости и пластичности (равнопрочное сварное соединение).

Содержание хрома в свою очередь для всех способ сварки относительно основного металла снижается на 30-40%.

Рисунок 2.13 Содержание химических элементов в сварном шве: а)I=100A; б) а)I=120A; в)I=140A;

ВОПРОСЫ

1. Каковы особенности и способы защиты металла с использованием защитных газов?

2. Расскажите о подготовке деталей и выборе технологических параметров режима, определяющих условия сварки в защитных газах.

3. Охарактеризуйте особенности технологии сварки вольфрамовым электродом в защитных газах.

4. Какие существуют разновидности сварки вольфрамовым электродом в защитном газе? Их особенности.

5. Расскажите об особенностях процесса и технологии сварки плавящимся электродом в среде аргона.

6. Расскажите об особенностях процесса и технологии сварки плавящимся электродом в углекислом газе.

7. При аргонодуговой сварке на постоянном токе плавящимся электродом для тонких деталей какую полярность лучше использовать?

26