8.2.2 Механизированная сварка в среде защитных газов

В качестве защитного газа применяется углекислый газ или его смеси с кислородом или аргоном.

Схема поста для мехенизированной сварки в среде углекислого газа указана на рис. 46.

Чаще всего применяется для сварки сталей плавящимся электродом. Источник питания – с пологопадающей вольтамперной характеристикой, сварка на обратной полярности (+ на электроде). В качестве защитной среды применяется углекислый газ (по ГОСТ– двуокись углерода).

Это бесцветный газ со слабым запахом, хорошо растворяется в воде, придавая ей кислый вкус. При повышении давления углекислый газ превращается в жидкость, при охлаждении и постоянном давлении газ переходит в твердое состояние (сухой лед). Сухой лед при повышении температуры превращается в газ, минуя жидкое состояние. Жидкая углекислота – бесцветная жидкость, удельный вес которой значительно изменяется с изменением температуры, поэтому количество углекислоты отпускают потребителям не по объему, а по весу. При испарении 1 кг жидкой углекислоты при нормальных условиях образуется 509 л углекислого газа. Двуокись углерода поставляется по ГОСТ 8050-86 3-х сортов, для сварки применяется только высшего сорта, применение первого и второго сорта углекислоты не рекомендуется из-за повышенного содержания влаги в ней. Может быть использована и такая защитная средаСО₂ +Ar. Применение аргона в данном случае оправдано из-за меньшего разбрызгивания сварочной проволоки и более высокого качества шва.

Наличие окисляющего газа в атмосфере дуги при сварке малоуглеродистой стали обязательно. Окислительная среда способствует снижению парциального давления водорода в газовой фазе, кроме того, кислород связывает железо, предотвращая растворение в сварочной ванне водорода и азота, основных источников пористости сварных швов. Интенсивное окисление железа и легирующих элементов компенсируется при этом активным раскислением элементами, имеющими высокое сродство к кислороду. Эти элементы специально вводятся в состав сварочной проволоки, например, проволока марки св 08Г2С с повышенным содержанием кремния и марганца, которые раскисляют окислы основного металла. Количество образующегося шлака невелико, но его хватает, чтобы благодаря этой шлаковой корке исключить непосредственный контакт расплавленного металла с воздухом. Сварка в среде СО₂ рекомендуется для сварки ответственных конструкций, т.к. сварные швы обладают высокой прочностью (равнопрочны основному металлу), герметичностью и высокой ударной вязкостью (а_н = 13…15кг·м/см²при сварке стали Ст3 проволокой св 08Г2С). Пористость при сварке обычно бывает связана с недоброкачественной углекислотой, содержащей повышенное количество влаги и азота. Сварка ведется омедненной проволокой0,8…2,0 мм. Применение проволоки диаметром более Ø1,6мм не всегда оправдано из-за высокого разбрызгивания.

Для сварки малоуглеродистой и низколегированной ( 10ХСНД, 15ХСНД и др) сталей применяется проволока марок свО8ГС и св08Г2С, при этом обеспечивается получение такого же металла шва, как при использовании электродов Э50А, Э55А. Для сварки особо ответственных конструкций, к которым предъявляются повышенные требования по ударной вязкости при низких температурах лучше использовать порошковые проволоки марок ПП-АН-4, ПП-АН-18, ПП-АН-20 и др.

Сварка среднелегированных сталей типа 30ХГСА также успешно выполняется в среде углекислого газа. Металл толщиной до 10мм сваривают без предварительного подогрева, более 10мм – с предварительным подогревом до 400ºС, при этом сварку первого корневого прохода выполняют проволокой cв08Г2С. Для сварки можно применять ту же проволоку св08Г2С, что и для малоуглеродистой стали, при этом прочность сварного шва после закалки получается несколько ниже, чем основного металла. Для получения равнопрочности сварных швов нужно использовать проволоку св08Х3Г2СМ. Разработана и успешно применяется технология сварки закаленной стали 30ХГCА с применением аустенитной проволоки марки св07Х18Н9ТЮ или св10Х16Н25АМ6, при этом термообработка после сварки не рекомендуется из-за разности объемных расширений основного металла и сварного шва, а допускается лишь отпуск для снятия сварочных напряжений при 250ºС.

Теплоустойчивые стали типа 15ХМА, 20ХМА, работающие при температуре до 500ºС, рекомендуется сваривать проволокой св08ХГСМА с предварительным подогревом до 250-300ºС, после сварки соединение подвергают высокому отпуску при температуре 700ºС.

Ковкий и высокопрочный чугун успешно сваривают и наплавляют в углекислом газе проволоками св08ГС, св08Г2С, Нп30ХГСА и порошковой проволокой ПП-АНЧ-2. Подогрев требуется лишь в последнем варианте (до 400…450ºС).

Нержавеющие стали также достаточно хорошо свариваются в среде углекислого газа.

Недостатком при сварке нержавеющих сталей в среде углекислого газа газах является повышенная потеря титана и углерода, снижение коррозионной стойкости сварного шва, а также повышенное разбрызгивание и образование на поверхности швов трудноудаляемой окисной пленки. Последнее обстоятельство особенно невыгодно при многопроходной сварке, т.к. эту пленку требуется удалять после сварки каждого прохода.

При работе сварного соединения в слабоагрессивной среде можно для сварки стали 12Х18Н9Т в среде углекислого газа применять проволоку св06Х19Н9Т, с целью же получения равнопрочного сварного соединения, более устойчивого к межкристаллитной коррозии, требуется использовать проволоку св07Х18Н9ТЮ. . Одним из способов предотвращения образования окисной пленки является подача небольшого количества флюса в зону сварки или использование порошковой проволоки, в сердечник которой вводится флюс (см. рис. 32).

Для улучшения внешнего вида и повышения стойкости швов к межкристаллитной коррозии рекомендуется выполнять сварку в инертных газах (в аргоне) или газовой смеси (Аr+1%O₂).

3

2

4

5

220в

1

380в

6

7

9

10

8

11

Рис. 46.

1 - баллон с двуокисью углерода;

2 - подогреватель газа;

3 - редуктор баллонный типа У-30;

4 - трубка для подвода газа;

5 - механизм подачи проволоки (входит в состав полуавтомата);

6 - кассета со сварочной проволокой;

7 - источник питания типа выпрямителя ВС-300 (входит в состав полуавтомата);

8 - обратный провод;

9 - шланговый держатель с эластичным шлангом (входит в состав полуавтомата);

10 - свариваемая деталь;

11 - стол сварщика с вытяжной вентиляцией.

Источник питания представляет собой преобразователь 3-х фазного переменного тока в постоянный, имеет жесткую или пологопадающую внешнюю вольтамперную характеристику. Сварка выполняется на постоянном токе обратной полярности (+ на электроде). Регулирование напряжения – 3-х ступенчатое, в пределах каждой ступени – плавное при помощи потенциометра, для дистанционного управления подключается выносной потенциометр. Скорость подачи электродной (сварочной проволоки) от 148 до 530 м/час плавно регулируется изменением числа оборотов электродвигателя и смены подаюшего ролика. Электрическая схема полуавтомата обеспечивает последовательное отключение подачи проволоки после обрыва дуги за счет параллельного подключения к обмотке контактора емкости и сопротивления. Вся аппаратура полуавтомата питается непосредственно от сварочной цепи, и в аппаратуре управления нет высокого напряжения. В подающем механизме установлен газовый клапан, который совместно с редуктором-расходомером обеспечивает надежную защиту места сварки газом в начальный период процесса сварки. Для улучшения обдува сварочной ванны газовый шланг выполнен эластичным. Электрическая схема задержки отключения подачи газа обеспечивает задержку подачи газа после обрыва дуги до 2сек. Выпрямитель и все элементы электросхемы полуавтомата охлаждаются вентилятором. Охлаждение горелок на токах до 300А – воздушное, до 500А – водяное.

В промышленности успешно применяются полуавтоматы для сварки в среде защитных газов типов: А547у и ПДГ-312 (диаметр проволоки ø 0,8…1,4мм, длина шланга 2,5м), ПДГ-302 ранцевого типа, ПДГ-508 и ПДГ-525 (диаметр проволокиø 0,8…2,0). Первая цифра в обозначении означает максимальный сварочный ток при ПВ = 65%, например, цифра 3 – сила тока 300А, цифра 5 – 500А.

Режимы механизированной сварки низкоуглеродистой стали в среде углекислого газ указаны в таблице № 6 (скорость сварки приблизительная).

Таблица № 6

Толщина основного металла мм	Режимы сварки
	Диаметр проволоки мм, вид режима		Ток А		Напряжение В	Скорость сварки м/час	Расход газа л/мин		Вылет электрода мм
1		2		3	4	5	6	7
1		0,8		60…70	17	20…25	6…7	7…12
1,5		0,8		85…100	18…19	30…40	6…7	7…12
		1,0		100…110	18…19	30…40	6…7	8…15
		1,2		120…160	19…20	35…45	6…7	9…10
2		1,0		130…150	20…21	30…35	6…8	8…13
		1,2		160…180	21	35…40	6…8	9…15
1		2		3	4	5	6	7
3…4		1,2 мягкий		150…170	20…21	25…35	7…8	9…15
		1,2 жесткий		190…230	21	30…40	7…10	9…15
5…6		1,2 мягкий		200…220	21…22	25…30	7…10	9…15
6…8		1,6		180…220	23…25	20…30	12…15	15…20
		2,0		200…240	24…28	25…35	12…15	15…25
9…12		2,0 мягкий		280…300	28…30	20…30	15…17	20…25
		2,0 жесткий		380…400	30…32	25…35	15…17	20…25

Отечественной промышленностью выпускаются универсальные полуавтоматы и для сварки в среде углекислого газа, и для сварки порошковой проволокой с дополнительной защитой углекислым газом или без нее. Например, полуавтомат А-765 (диаметр сплошной проволоки 1,6…2,0, порошковой -1,6…3,5) с водяным охлаждением горелки и длиной шланга 3,5м.

Сварка порошковой проволокой(см. рис.32).

Внедрение способа сварки порошковой проволокой позволило устранить ряд недостатков, свойственных сварке в среде углекислого газа сплошной проволокой, а именноинтенсивное разбрызгивание на токах 250…400а, посредственного внешнего вида шва на этих токах, повышенной прочности шва при недостаточной пластичности. Коэффициент наплавки выше, чем при сварке в среде СО₂, на 12%, глубина проплавления выше даже для однопроходной сварки листов толщиной 8…12мм без скоса кромок. К недостаткам этого метода следует отнести недостаточное качество изготовления порошковой проволокинеравномерное сечение, отсутствие порошка на отдельных участках проволоки, что нарушает процесс сварки.

Чаще всего для сварки низкоуглеродистой стали применяется проволока ПП-АН8, которая заменяет популярную сплошную св08Г2С, но дает более пластичные швы.

Процесс сварки этой проволокой характеризуется почти полным отсутствием брызг, стабильным горением дуги и получением плотных, пластичных швов, поэтому применяется для сварки в среде углекислого газа конструкций, работающих в условиях динамических нагрузок и низких температур. Для сварки нержавеющих сталей с углеродистыми применяется проволока ПП-АНВ15, для сварки нержавеющих сталей – проволока ПП-АНВ-12, обладающая высокой стойкостью к межкристаллитной коррозии, которая применяется для сварки конструкций пищевой и химической промышленности, а также проволока ПП-АНВ8 с дополнительной защитой углекислым газом Вылет электрода устанавливается в пределах 20…30мм

Режимы механизированной сварки порошковой проволокой ПП-АН8 указаны в таблице № 7.

Таблица № 7

Толщина основного металла мм	Диаметр проволоки мм	Сварочный ток А	Напряжение дуги В	Скорость подачи проволоки м/час	Расход газа л/мин
3	2	160…180 240…260	22…24 24…27	142 210	6…8 10…12
4…6	2	280…300	25…28	298	12…14
6…10	2	360…380	30…33	358	14…16
10…12	2	400…420	32…35	500	16…18
12…16	3	430…460	29…33	250	12…14
16…18	3	480…500	31…34	298	14…16
18…20	3	550…600	36…38	360	18…22