Механизированная сварка в защитных газах плавящимся электродом

Обновлено: 16.05.2024

Дуговая сварка плавящимся электродом — это метод, при котором между свариваемым изделием и концом электрода возникает электрическая дуга, под действием которой основной металл и электрод начинают плавиться, образуя сварочную ванну, а обмазочный материал электрода при этом создает газовую защитную среду, необходимую для качественного шва.

Плюсы и минусы метода

Плюсами этого способа сваривания всегда считались:

простота эксплуатации и низкая цена оборудования для сварного процесса;
возможность сваривания большого количества разновидностей металлов при широком спектре выбора электродного материала;
возможность выполнять сварные работы в труднодоступных местах;
уместно сваривание в любых пространственных положениях.

Из недостатков стоит выделить:

в процессе выделяется большое количество веществ, вредных как для самого сварщика, так и для окружающих;
качество сварного шва во многом зависит от опыта и квалификации сварщика;
скорость выполнения работ зачастую ниже, чем при иных методах;
при выполнении сварки на постоянном токе магнитные поля сильно влияют на отклонение дуги, что затрудняет процесс.

Оборудование для ручной дуговой сварки

Оборудование, необходимое для ручного дугового сваривания, состоит:

из источника питания, который может быть как переносным, так и стационарным в зависимости от вида выполняемых сварщиком работ;
из кабеля с электродержателем, в котором фиксируется покрытый специальной обмазкой электрод;
из кабеля обратного заземления для соединения свариваемого изделия с источником питания.

Также не стоит забывать о дополнительных средствах, таких, как: защитная маска, перчатки сварщика, разнообразные приспособления для удаления шлака и другие вещи, необходимые для удобства специалиста.

Перенос электродного металла: виды и характеристики

Перенос электродного металла делится на три типа:

крупнокапельный перенос. Случается, если процесс происходит с высоким напряжением на электрической дуге и невысокими параметрами тока при сваривании. Размер капель плавящегося электрода при этом имеет диаметр больше сечения самого электрода. Процесс сварки в таком случае возможен только в вертикальном пространственном положении, так как сварочная ванна при таком переносе имеет большие размеры и её становится сложно контролировать.
мелкокапельный перенос. При данном виде переноса металла капли расплавленного электродного материала равны или меньше по диаметру, чем сам электрод. Процесс сварки проходит с высоким напряжением на дуге и высокими параметрами тока. При мелкокапельном переносе увеличивается скорость выполнения работ, шов имеет более аккуратный вид. Такой тип переноса наиболее подходит для сваривания толстостенных металлов.
струйный перенос. Струйный перенос металла обычно происходит при высокой силе тока и использовании электрода с прямой полярностью. При данном переносе очень мелкие капли металла идут одна за другой непрерывной цепочкой, обеспечивая ровную и гладкую на ощупь поверхность шва. Этот же тип переноса характерен для полуавтоматической сварки в среде защитного газа.

Сварочный процесс

От источника сварочного тока к электроду поступает электроэнергия. Во время контакта электрода со свариваемым металлом образуется электрическая дуга, которая расплавляет изделие и электрод, вследствие чего возникает сварочная ванна. Электродный материал, поступая в эту ванну, сплавляет кромки металла, который нужно сварить, а обмазка обеспечивает защиту в области формирования шва и образует защитный слой по окончании процесса сваривания.

Схема сварки плавящимся электродом

Сварка плавящимся электродом в защитных газах

Этот тип сварки подразумевает собой сварку с помощью автоматических или полуавтоматических сварочных аппаратов, в процессе сварочная проволока подается в зону формирования шва. В роли защитного газа чаще всего выступают аргон либо углекислый газ, которые подаются в зону действия электрической дуги для обеспечения хорошего соединения металлов и отсутствия дефектов сварочного шва. Высокие сварочные токи и малый диаметр сварочной проволоки делают необходимой большую скорость подачи проволоки в сварочную ванну, скорость сваривания при этом составляет 15-80 м/ч.

Этот способ отличается высокой производительностью и большой скоростью процесса, что способствует его распространению в сфере промышленного производства металлоконструкций, машиностроении.

Из-за отсутствия шлаковых включений и возможности аккуратного выполнения сварки при очень малых толщинах материала данный метод получил широкое распространение на разнообразных СТО и других предприятиях по обслуживанию и ремонту автомобилей.

При сварке плавящимся электродом в защитном газе (см. ниже рисунок) в зону дуги, горящей между плавящимся электродом (сварочной проволокой) и изделием через сопло подаётся защитный газ, защищающий металл сварочной ванны, капли электродного металла и закристаллизовавшийся металл от воздействия активных газов атмосферы. Теплотой дуги расплавляются кромки свариваемого изделия и электродная (сварочная) проволока. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует сварной шов.

При сварке в защитных газах плавящимся электродом в качестве электродного металла применяют сварочную проволоку близкую по химическому составу к основному металлу. Выбор защитного газа определяется его инертностью к свариваемому металлу, либо активностью, способствующей рафинации металла сварочной ванны. Для сварки цветных металлов и сплавов на их основе применяют инертные одноатомные газы (аргон, гелий и их смеси). Для сварки меди и кобальта можно применить азот. Для сварки сталей различных классов применяют углекислый газ, но так как углекислый газ участвует в металлургических процессах, способствуя угару легирующих компонентов и компонентов -раскислителей (кремния, марганца), то сварочную проволоку следует выбрать с повышенным их содержанием. В ряде случаев целесообразно применять смесь инертных и активных газов, чтобы повысить устойчивость дуги, улучшить формирование шва, воздействовать на его геометрические параметры, уменьшить разбрызгивание.

Схема сварки в защитных газах

Сварку в защитных газах плавящимся электродом ведут на постоянном токе обратной полярности, т.к. на переменном токе из-за сильного охлаждения столба дуги защитным газом, дуга может прерываться. Скорость подачи сварочной проволоки определяет силу сварочного тока.

Для сварки в защитных газах плавящимся электродом характерно высокий процент потерь электродного металла вследствие угара и разбрызгивания.

Разбрызгиванию способствует вид переноса электродного металла, зависящий от параметров режима сварки:

крупно капельный;
смешанный;
мелко капельный.

При крупно капельном переносе электродного металла образуется малое количество брызг, вследствие нечастых, но продолжительных коротких замыканий дугового промежутка. Высокое объёмное теплосодержание крупных капель приводит к надёжному соединению с поверхностью свариваемого металла.

При смешанном переносе электродного металла наблюдается максимальное образование брызг (потери на разбрызгивание могут достигать 20 30%) — такое явление также связано с короткими замыканиями дугового промежутка расплавленным электродным металлом и образованием в межэлектродном промежутке капель с разной массой и различной скоростью перемещения. В диапазоне сварочных токов, при котором возникает смешанный перенос электродного металла сварку не выполняют.

Наименьшие потери на разбрызгивание наблюдаются при мелко капельном переносе электродного металла. В определённом диапазоне сварочных токов (плотностей сварочных токов)перенос электродного металла приобретает мелко капельный (струйный характер).Образовавшаяся на торце электрода, при таком процессе, капля не растягивается и не увеличивается до соприкосновения с основным металлом, что не приводит к коротким замыканиям, взрывам и образованиям брызг.

Рекомендуемые значения силы тока для процесса сварки в углекислом газе представлены ниже в таблице.

Допускаемые плотности тока и диапазоны сварочного тока при сварке в углекислом газе

Повышенная производительность (по сравнению с дуговой сваркой покрытыми электродами);
Отсутствуют потери на огарки, устранены затраты времени на смену электродов;
Надёжная защита зоны сварки;
Минимальная чувствительность к образованию оксидов;
Отсутствие шлаковой корки;
Возможность сварки во всех пространственных положениях.

Большие потери электродного металла на угар и разбрызгивание (на угар элементов 5-7%, при разбрызгивании от 10 до 30%);
Мощное излучение дуги;
Ограничение по сварочному току;
Сварка возможна только на постоянном токе.

Сварка тонколистового металла и металла средних толщин(до 20мм);
Возможность сварки сталей всех классов, цветных металлов и сплавов, разнородных металлов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Технология механизированной сварки

Механизация облегчает труд сварщика, особенно, когда работы ведутся на конструкциях больших размеров с протяженными сварными швами. Главное достоинство механизации: минимизируется человеческий фактор, повышается повторяемость формы и качества сварных швов, повышается производительность и экономическая выгода проведения сварочных работ.

Особенности

Механизированная сварка плавящимся электродом (чаще такой вид называют полуавтоматическим) осуществляется не покрытыми штучными электродами, а проволокой, которая подается с катушки. Проволока подается с катушки специальным приводом, состоящим из электродвигателя, редуктора, подающих и прижимных роликов и регулирующей аппаратуры (платы управления). Сюда же, в зону сварки, подается защитный газ, который обеспечивает изоляцию сварочного шва от воздействия атмосферных газов. Это справедливо при сварке плавящимся электродом в среде защитных газов.

Такое устройство не сильно изменяет условия труда сварщика. Его главным преимуществом можно считать увеличение производительности труда. Кроме того, существенно улучшается качество шва. Однако, это один из самых простых механизмов. В настоящее время механизированная сварка достигла высокой степени механизации.

Область применения

Трудно найти отрасль, в которой не применяются сварочные полуавтоматы. Это и производственные цеха машиностроения, и открытые строительные площадки. Мелкие предприятия и даже частные приусадебные хозяйства и гаражные кооперативы. Способ этот универсален, как по списку свариваемых материалов (малоуглеродистые конструкционные и высоколегированные стали, алюминий и другие цветные металлы и сплавы), так и по ассортименту соединяемых деталей (трубы, прокат). Лучший аргумент в пользу этого вида – доля сварочных работ, производимых таким способом. К началу 21 века эта доля дошла до 80%.

Способ имеет одно слабое место, но недостаток этот легко устраним. Зона сваривания нуждается в защите от ветра. Такую защиту легко организовывать переносными ширмами, палатками, либо любым подручным листовым материалом. Заодно и обеспечивается защита персонала, работающего рядом с местом проведения сварочных работ, от вредного воздействия электрической дуги.

Виды механизированной сварки

Виды механизированной сварки различаются в зависимости от того, каким способом осуществляется защита сварного шва от влияния атмосферы:

в среде углекислого газа;
в среде газовой смеси на основе аргона;
в среде чистого 100% аргона;
порошковыми газозащитными и самозащитными проволоками.

В среде углекислого газа

Химическая сущность процесса сваривания деталей в среде углекислого газа состоит в следующем: под действием высоких сварочных температур углекислый газ распадается на угарный газ и кислород. Эти газы активно реагируют с железом и углеродом свариваемых деталей.

Для нейтрализации этого вредного явления, в сварочную проволоку вводят кремний и марганец. Являясь более активными металлами, они вытесняют (замещают) из реакций окисления железо и углерод. Для уточнения необходимо отметить, что такой вид называется сваркой в среде активного защитного газа.

Низкая стоимость и универсальность процесса сделали этот вид сварки самым распространенным при ремонте кузовов легковых автомобилей. Необходимо учитывать, что стандартного баллона хватает на 16 – 20 часов непрерывного процесса. Интересно, что качество шва напрямую зависит от расхода углекислого газа. Чем больше газа, тем лучше шов. Задача сварщика найти компромисс в этом вопросе.

В инертных газах и смесях

В качестве инертных газов чаще всего используют смеси на основе аргона. Применяется также чистый аргон для некоторых металлов и сплавов. Состав оборудования и технология механизированной сварки в инертных газах очень похожи на сварку в среде углекислого газа. Сваривание деталей в среде инертного газа можно проводить плавящимся электродом, который по составу максимально соответствует свариваемым деталям. Преимущества сварки в среде защитного газа на основе аргона – это, прежде всего, высокая стабильность электрической дуги, сниженное разбрызгивание электродного металла и меньшее тепловложение в свариваемые детали по сравнению со сваркой в углекислом газе.

Очень перспективны последние изобретения в этой технологии. На крупносерийных производствах с целью повышения производительности труда и уменьшения себестоимости изделий применяют современные защитные смеси на основе аргона с добавлением гелия, кислорода, углекислого газа с различным процентным содержанием компонентов.

Средства автоматизации и механизации процесса

Механизированная сварка плавящимся электродом в среде защитного газа может осуществляться на механизмах с различной степенью автоматизации. Степень автоматизации определяется тем, как перемещают сварочную горелку: сварочная горелка закреплена неподвижно (перемещается свариваемое изделие) или перемещается специальным устройством – кареткой, позиционером, роботом и другими устройствами. В обоих случаях происходит существенный рост производительности за счет увеличения скорости перемещения сварочной горелки, отсутствия человеческого фактора, высокой повторяемости.

При применении автоматизации процесса требуется особо качественная подготовка кромок к сварке, грамотный выбор сварочной проволоки, режимов работы в зависимости от марки металла соединяемых деталей, конфигурации соединения, положения сварки.

Порошковые проволоки

Очень распространенный вид сварки низколегированных, углеродистых сталей и различных сплавов. Для таких работ чаще всего используют смесь аргона с углекислым газом или только углекислый газ. Процесс соединения металлов таким способом аналогичен работе с другими видами проволоки.

Порошковая проволока – специально изготавливаемая проволока, заполненная специальным флюсом или металлическим порошком. Такая проволока изготавливается по особой технологии с разными наполнителями для сварки различных марок стали. Проволока, наполненная металлически порошком, применяется для существенного увеличения коэффициента наплавленного металла. Ограничение по применению – только нижнее пространственное положение.

Применяемое оборудование

Используемое для этих целей оборудование организуется в сварочные посты. Они могут несколько отличаться по составу, но основная комплектация содержит:

источник сварочного тока;
механизм подачи проволоки;
комплект соединительных шлангов, управляющего и силовых кабелей;
сварочную горелку;
газобаллонную аппаратуру: баллоны с защитным газом или магистраль, редуктор, газовый коллектор, соединительные шланги.

Технология механизированной сварки

Описание технологического процесса включает в себя подготовку кромок перед началом работ. В технологии подробнейшим образом должны быть перечислены все материалы с указанием ГОСТов. Процесс планируется с учетом типа шва. В зависимости от материала и толщины свариваемых деталей выбирается режим работы и вид защитного газа. Полуавтоматическая сварка в среде защитного газа – сложный процесс и учесть все его тонкости могут только квалифицированные технологи.

Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов – универсальный процесс получения качественных сварных соединений

Полуавтоматическая (механизированная) сварка плавящимся электродом в среде защитных газов – электродуговой процесс, при котором подача присадочной проволоки осуществляется роликовым механизмом с электрическим приводом.

Суть процесса

Скорость подачи проволоки синхронизирована со скоростью её плавления, за счет чего поддерживается постоянная длина электрической дуги и равномерный перенос присадочного металла в сварочную ванну. Изоляция зоны нагрева и плавления от газов атмосферы обеспечивается за счет подачи защитного газа через сопло-наконечник ручной сварочной горелки. Управление подачей проволоки, включением и выключением сварочного тока, инициацией дуги и поступлением газа осуществляется одной кнопкой «Пуск/Стоп» на горелке.

По сравнению с постом ручной сварки покрытыми электродами в состав оборудования добавляется электрический механизм подачи сварочной проволоки и газобаллонная аппаратура. При скромных усложнениях резко повышается производительность процесса и улучшается качество сварных соединений.

Производительность увеличивается за счет возможности вести процесс почти непрерывно, и отпадает операция по удалению шлака и зачистке шва.

Область применения

Способ получил самое широкое распространение в сферах деятельности, где изготавливаются металлоконструкции. Это и сборочные цеха машиностроительных предприятий, и строительные площадки, и домашние мастерские. Он вполне пригоден для соединения как малоуглеродистых конструкционных, так и высоколегированных сталей, применим для ответственных конструкций из разных прокатных профилей в любых пространственных положениях. Одним словом, способ сварки полуавтоматом в среде защитных газов – универсален.

Единственным ограничением способа является необходимость при работе на открытых площадках укрывать рабочее место сварщика от ветра и сквозняков, чтобы обеспечить стабильную защиту зоны плавления.

Преимущества и недостатки полуавтоматической сварки

Преимущества и недостатки полуавтоматической сварки в среде защитных газов отражены в таблице.

высокая производительность;
качественное соединение за счет рационального ввода легирующих элементов и раскислителей через проволоку;
отсутствие флюсов и покрытий, следовательно, не нужно удалять шлак;
меньшие отходы = выше эффективность

усложнение аппаратуры (по сравнению с ручной дуговой сваркой);
дополнительные мероприятия по защите при работе на открытых площадках;
дополнительные затраты на снабжение защитными газами

Какие газы используются

Теоретически возможно добавление любого газа в сварочную смесь. На практике для сварки стали применяют углекислый газ по ГОСТ 8050-85. Главным критерием выбора данного продукта выступает его доступность и, соответственно, цена.

Углекислый газ поставляется в стандартных баллонах. Полный 40-литровый баллон содержит 24 кг жидкой углекислоты, что соответствует 12 000 литрам газовой фазы при нормальном давлении. При среднем расходе 10 литров в минуту этого хватает на 20 часов непрерывной работы одного сварочного поста.

Примерная стоимость баллонов с углекислым газом разных объемов на Яндекс.маркет

Для ориентировочной оценки расхода материалов можно применять следующую зависимость: на 1 кг наплавленного металла расходуется 1,1 кг СО2 и 1,35 кг сварочной проволоки. Значит, на 1,2 кг проволоки приходится 1 кг углекислоты в жидкой фазе.

При проведении работ с использованием углекислого газа в закрытых помещениях надо помнить (!), что двуокись углерода относится к 4-му классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76, имеет удельный вес больше, чем у воздуха, и СО₂ имеет свойство накапливаться внизу. По нормам допускается его содержание до 9 г/куб. м.

В последнее время на рынке широко представлены готовые сварочные смеси, состоящие из заданных соотношений углекислого газа и аргона. Для гарантированного получения правильных пропорций защитных газов в смеси лучше процесс смешивания производить самостоятельно.

Режимы полуавтоматической сварки в среде защитных газов

Режимы полуавтоматической сварки в среде защитных газов представлены в таблице.

Используемое оборудование

Сварочный пост для полуавтоматической сварки в среде защитных газов содержит:

Источник тока.
Механизм подачи проволоки.
Газобаллонную аппаратуру:

баллоны с углекислотой, подсоединённые через газовый коллектор;
редуктор для регулировки расхода газа;
ротаметр для измерения расхода;
дополнительно: смеситель, подогреватель, осушитель;
соединительные газовые шланги.

Приточно-вытяжную вентиляцию.

Сварочные полуавтоматы

Сварочный полуавтомат представляет собой установку для механизированной сварки, объединяющую в себе источник питания, подающий механизм, горелку, блок управления процессом с пультом дистанционного управления. Может работать как в постоянном, так и в импульсно-дуговом режиме.

В настоящее время широкое распространение получили инверторные аппараты постоянного тока. Модельный ряд включает в себя всю линейку от малогабаритных бытовых приборов, работающих от домашней электросети напряжением 220 В. На рынке в полной мере представлены установки с полным набором функций, которые позволяют сваривать не только нержавеющие стали, но и цветные металлы (алюминий, медь), а также их сплавы.

Примерная стоимость инверторных аппаратов постоянного тока на Яндекс.маркет

Механизмы подачи проволоки служат для поступления проволоки в сварочную горелку с заданной скоростью и состоят из электродвигателя, редуктора, прижимных и подающих роликов, а также кассеты с проволокой. Существуют различные варианты исполнения подающих механизмов — закрытого и открытого типа. Бывают простые механизмы, состоящие из одной пары роликов, но в профессиональных полуавтоматах чаще встречаются четырех- и более роликовые агрегаты.

Примерная стоимость механизмов подачи проволоки на Яндекс.маркет

Для обеспечения стабильной подачи сварочной проволоки на несколько десятков метров от пульта управления могут применяться промежуточные механизмы подачи. Это позволяет увеличить зону проведения сварочных работ. Промежуточные механизмы синхронизируются с основным, что обеспечивает бесперебойную работу полуавтомата и газового оборудования.

Технология

Технология включает в себя все этапы, такие, как:

подготовку свариваемых кромок;
оптимальный выбор и подготовку сварочных материалов;
настройку режимов сварки;
правильную технику ведения процесса сварки;
осмотр и контроль качества сварных швов.

Процесс сварки ведется с учетом типа соединений: стыковое, внахлестку, угловое «в лодочку», тавровое, принимая во внимание пространственное положение сварных швов. Горизонтальные швы проходят «углом назад» и «слева направо» без поперечных колебаний. Вертикальные швы «снизу вверх» — для малых толщин и «снизу вверх» для толщины более 4 мм.

Для заполнения разделки совершают поперечные колебательные движения. В процессе сварки перед каждым последующим проходом необходимо удалять наплавленный шарик на кончике проволоки.

Читайте также: