Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
дашкевич готова.doc
Скачиваний:
158
Добавлен:
19.02.2016
Размер:
4.81 Mб
Скачать

1.5. Зварювання в захисних газах

Ідея зварювання в захисному газі була запропонована наприкінці XIX ст. Н.Н. Бенардосом. Практичне здійснення даного способу зварювання припадає на ХХ ст. Дугове зварювання в захисному газі заснована на відтискуванні повітря із зони зварювання потоком газу. Як захисний газ використовують інертні гази: аргон і гелій, активні гази: азот, водень, вуглекислий газ, а також суміші газів.

Практично вперше зварювання в сумішах газів здійснили в 20-ті рр. ХХ ст. у США. Перші повідомлення про зварювання в інертному газі вольфрамовим електродом, що не плавиться, з'явилися за рубежем на початку 40-х рр. минулого століття. У нашій країні аналогічний спосіб зварювання з'явився наприкінці 40-х рр. В 1949 р. в Інституті електрозварювання був розроблений спосіб зварювання вугільним електродом у вуглеГруппа 3307кислому газі.

Зварювання в інертному газі електродом, що плавиться, була розроблена в нашій країні в цей же час. В 1952 р. К.В. Любавский і Н.М. Новожилов отримали позитивні результати по зварюванню у вуглекислому газі електродом, що плавиться.

Рис. 1.9. Зварювання в інертному газі

У цей час є багато різновидів зварювання в захисних газах, які отримали широке використання.

Інтенсивний розвиток зварювання в захисних газах пояснюється її перевагами в порівнянні з дуговим зварюванням покритими електродами:

- високий ступінь концентрації нагрівання виробу, що дозволяє значно зменшити зону термічного впливу й жолоблення виробу після зварювання;

- висока продуктивність;

- можливість одержання високоякісних з'єднань з металів і сплавів різних марок і товщин при різній конфігурації швів і різному розташуванні їх у просторі;

- велика можливість механізації й автоматизації процесу.

Розглянемо особливості реалізації цього процесу.

Зварювання електродом, що не плавиться, в інертному газі

Стабільність процесу залежить від стійкості електрода, що не плавиться. Спочатку застосовували електроди із чистого вольфраму, однак їхня стійкість порівняно мала. Тому були розроблені електроди, що містять певні добавки для підвищення стійкості: 1,5-2 % окису торія, 1-2 % окису лантану, 1,5-2,3 % окису ітрія.

В 60-ті рр. минулого сторіччя були проведені роботи, що визначили основні напрямки збільшення продуктивності зварювання електродами, що не плавляться.

В основі їх лежать методи, що підвищують тепловий і силовий вплив дуги на основний метал. Серед найбільш ефективних варіантів вирішення цієї проблеми можГруппа 3327на виділити наступні:

- стиск дугового проміжку;

- зосередження теплового впливу в часі;

- загублення дуги у зварювальну ванну;

- зменшення розмірів активної плями на поверхні виробу без зміни потужності дуги.

Практична реалізація цих рішень привела не тільки до зміни техніки даного виду зварювання, але й до створення нових зварювальних матеріалів, устаткування й способів з'єднання металів. Примусове обтиснення стовпа дуги газом, що подається під тиском, приводить до підвищення концентрації його теплової енергії.

У результаті теплообміну з дугою газ нагрівається, іонізується й витікає із сопла у вигляді плазмового струменя. Удосконалювання цього процесу привело до розробки нового способу - плазмового зварювання й різання. При зварюванні тонкостінних конструкцій необхідно мати можливість регулювати тепловкладення в метал для забезпечення якісної сполуки. Зокрема, це завдання вдалося вирішити шляхом застосування імпульсно-дугового зварювання, що розроблена в 1961 р. у нашій країні.

Стабільність процесу й рівномірне формування шва забезпечуються спеціально розробленою системою підтримки горіння дуги. Вона полягає в тім, що в проміжках між імпульсами робочої дуги підтримується чергова малопотужна дуга. Струм дуги пульсує від мінімуму під час паузи до максимуму під час імпульсу. При імпульсно-дуговому зварюванні шов виходить шляхом розплавлювання окремих крапок із заданим перекриттям. За рахунок регулювання співвідношення між струмами імпульсу й чергової дуги можна змінювати усадочні явища й поліпшити якість формування шва.

При аргонноГруппа 3347-дуговому зварюванні ряду металів (титану, ніобію, молібдену, нержавіючих сталей) поліпшення технологічних характеристик джерела нагрівання досягається за рахунок застосування бескисневих флюсів і паст, що містять галоїдні солі лужних металів. Подібні флюси обмежують активну пляму, у результаті чого збільшується зосередженість теплового потоку, підвищується ефективність нагрівання, знижується погонна енергія й різко зменшується коефіцієнт форми шва.

Велике значення в розвитку зварювання в захисному газі мала розробка способів автоматичного зварювання неповоротних стиків труб. При зварюванні вольфрамовим електродом забезпечується рівномірне проплавлення й формування шва. Найбільше часто автоматичне зварювання неповоротних стиків труб застосовується при з'єднанні труб діаметром від 8 до 220 мм. Сучасне устаткування для зварювання неповоротних стиків труб (орбітального зварювання) дозволяє програмувати режим зварювання.

Зварювання електродом, що плавиться, в інертному газі

Зварювання електродом, що плавиться, в інертному газі застосовуються для з'єднання кольорових металів, титанових сплавів, що не іржавіють і жароміцних сталей і сплавів.

Застосування й удосконалювання цього способу зварювання засновані на знанні закономірностей металургійних процесів і фізики дуги. Зокрема, був установлений зв'язок між режимом переносу металу й формою проплавлення виробу, роль електродинамічних сил. При виготовленні конструкцій з кольорових металів і нержавіючих сталей зварювання ведеться на підвищених режимах по струму, що забезпечують струминний перенос металу. Зварювання в цьому випадку відрізняються високою стабільністю і якістю шва.

Однак зварювання електродом, що плавиться, в інертному газі можна вести тільки в нижнім положенні. Для виконання зварювання в інших просторових положеннях використовують імпульсно-дугове зварювання. Розроблено різні її варіанти, що дозволяють регулювати тривалість горіння дуги й паузи. Для зміни характеристик процесу зварювання електродом, що плавиться, в інертнГруппа 3367ому газі розроблені й застосовуються різні схеми його ведення:

- введення в дуговий проміжок речовин, що знижують або підвищують ефективний потенціал іонізації;

- зміна тиску й складу газу;

- накладення на електрод, дугу або зварювальну ванну магнітних полів різної конфігурації;

- механічні коливання електрода уздовж або поперек осі руху.

Всі ці заходи дозволяють зменшити розбризкування, впливати на процеси кристалізації, змінювати форму провару, поліпшити формування шва при виконанні як стикових, так і кутових з'єднань.

Зварювання у вуглекислому газі

При високій температурі вуглекислий газ розкладається на окис вуглецю й кисень. У цілому таке середовище є окисною стосовно більшості компонентів металів. Тому вуглекислий газ, захищаючи розплавлений метал від взаємодії з повітрям, не може виключити окислювання його компонентів. Зведення до мінімуму впливу окисних властивостей газової фази на склад металу шва і його формування є основним завданням, рішення якого дозволило здійснити промислове застосування даного способу зварювання. Спочатку це завдання вирішувалося шляхом застосування вугільного електрода, що не плавиться, для зварювання низьковуглецевих сталей.

Як показали дослідження, проведені в ИЕС ім. Е.О. Патона, при зварюванні низьковуглецевихої сталі на постійному струмі прямої полярності відбуваГруппа 3387ється незначне вигоряння вуглецю, що забезпечує близькість хімічного складу й властивостей металу шва до отриманого аргонно-дуговим зварюванням. Це й ряд інших зварювально-технологічних характеристик дозволили окреслити первісну область застосування цього способу зварювання: тонкостінні вироби або труби малого діаметра.

В основному застосовувалося зварювання з відбортовкою кромок або стикових швів. У всіх цих випадках зварювання тонкого металу вугільною дугою забезпечувала задовільне формування шва в будь-якому просторовому положенні, тому що об'єм рідкої ванни малий. Вивчення металургійних процесів дозволило поширити зварювання вугільним електродом у вуглекислому газі на нержавіючі сталі й комбіновані з'єднання (низьковуглецева сталь + високолегований сплав).

Застосування електродів, що плавляться, для зварювання у вуглекислому газі стримувалося тим, що наявність окисної атмосфери приводилася до вигоряння вуглецю й легуючих компонентів з металу, а також до появи пор у шві. Також такий процес супроводжувався підвищеним розбризкуванням металу.

Таким чином, для запобігання зазначених вище недоліків необхідно було придушити окисний потенціал газової фази. Це було досягнуто шляхом застосування дроту, легованої марганцем і кремнієм, які є гарними розкислювачами. Введення додаткової кількості розкислювачів у зону дуги придушує окислювання вуглецю й вигоряння інших елементів з металу, що усуває утворення пор і забезпечує одержання швів з досить високими механічними властивостями.

Співробітниками ЦНИИТМАШ у середині 50-х рр. ХХ ст. були розроблені технологічні рекомендації зі зварювання у вуглекислому газі дротами діаметром 1,6-2,5 мм вуглецевих, що не іржавіють і ряду конструкційних сталей. Новий спосіб зварювання забезпечував більш високу продуктивність у порівнянні з ручним дуговим зварюванням, але міг бути використаний тільки для виконання швів у нижньому положенні металу середніх і більших товщин.

У цей же час в Інституті електрозварювання при особистій участі Б.Е. Патона був розроблеГруппа 3407ний процес зварювання в З2 тонким дротом діаметром 0,5–1,2 мм, що протікає із примусовими короткими замиканнями. По своїй фізичній природі даний процес є імпульсно-дуговим. Даний варіант зварювання застосовується для з'єднання вуглецевих і нержавіючих сталей малих товщин, виконання швів, розташованих у вертикальному, горизонтальному й стельовому положенні.

Для реалізації цих способів розроблена спеціальна апаратура для автоматичного й напівавтоматичного зварювання. Напівавтоматичне зварювання в СО2 відрізняється великою маневреністю, простотою підтримки стабільного режиму й техніки виконання швів.

У той же час при використанні серійного дроту Св-08Г2С процес зварювання супроводжувався розбризкуванням до 15%. Дослідженнями російських учених встановлено, що втрати на розбризкування істотно залежать від співвідношення між напругою й струмом зварювання, чистоти поверхні дроту, магнітного дуття, динамічних властивостей джерела живлення, техніки виконання зварювання й кваліфікації зварника.

Одним зі шляхів зменшення розбризкування при зварюванні у вуглекислому газі є введення в дугу ряду речовин: солей лужних і щелочноземельних металів, оксидів титану, що легують елементів. Найбільш широке поширення одержав спосіб введення різних речовин у дугу при зварюванні у вуглекислому газі за рахунок використання порошкового дроту. Основу шихти порошкових дротів, використовуваних для зварювання в СО2 , становлять шлакоутворюючі, розкислювачі й легуючі. Найбільш широке застосування знайшли рутилові й рутил-флюритні порошкові дроти