Напряжение на дуге при сварке в углекислом газе

Обновлено: 02.05.2024

Углекислотная сварка является популярным профессиональным методом сваривания металлов, при котором весь процесс производится в среде защитных газов. Она может быть полностью автоматизирована или может выполняться в полуавтоматическом режиме.

В основе данной технологии используется главное свойство углекислоты - она под термическим воздействием разлагается две отдельные составляющие части, одна из которых (угарный газ или СО) обеспечивает надежную изоляцию активной зоны от окружающей среды.

Главные особенности технологии

Сварка углекислотой с использованием полуавтомата является тем же процессом, что и сварка под флюсом. Стоит учитывать, что не все виды металлов могут свариваться без защитного слоя. Но процесс сварки с использованием углекислоты является одним из дешевых вариантов, а конечный результат при этом получается с высоким качеством.

Главное назначение углекислого газа состоит в том, что он обеспечивает высокую защиту зоны сварки от воздействия окружающего воздуха, в составе которого наблюдается влажность и кислород. Однако под влиянием высоких температур углекислота распадается на два компонента - угарный газ и кислород.

Тем временем кислород начинает активно взаимодействовать с металлом и вызывает его сильное окисление. Это может негативно отразиться на качестве сварного шва. Именно по этой причине при сварке углекислотным полуавтоматом обязательно должна проводиться нейтрализация окисляющего элемента.

Данная мера может быть выполнена при помощи только одного способа - в область сварки можно подать металл, в составе которого имеются раскислители. В качестве них могут применяться кремний или марганец. В связи с тем, что они обладают повышенной активностью, они первые вступают в реакцию с кислородом.

Многие профессионалы при проведении полуавтоматической сварки в СО2 часто применяют стальную проволоку, в состав которой входит кремний и марганец. Оптимальное соотношение марганца к кремнию должно составляет 1,5-2. Это значит, что в составе марганца должен быть в несколько раз больше.

В процессе взаимодействия кислорода с марганцем и кремнием наблюдается появление оксидов данных металлов. При этом они не растворяются в жидком расплавленном металле, который образуется в сварочной ванне. Они хорошо взаимодействуют друг с другом и переходят в состояние шлака, который хорошо выводится из области сваривания.

Работа полуавтоматом в углекислой среде

Использование сварочного полуавтомата с углекислотой должно осуществляться в соответствии с определенными требованиями и правилами. Его выбор производиться в зависимости от показателей толщины обрабатываемых металлических заготовок в индивидуальном порядке для каждого образца оборудования.

С главными показателями режимов, которые могут применяться при углекислотной сварке, можно ознакомиться в таблице на рисунке ниже.

Исходя из параметров, которые указаны в таблице, можно сделать следующие важные выводы:

Показатель глубины провара во время проведения электродуговой сварки в среде углекислого газа сильно возрастает во время увеличения силы рабочего сварочного тока;
Показатель мощности дуги в области сварки напрямую может зависеть от ее длины;
Выбор наиболее подходящего темпа подачи проволоки определяется стабильностью дуги при наличии фиксированного напряжения питания;
Правильный выбор размера рабочей части электрода оказывает влияние на качество дуги. Если этот показатель будет увеличиваться, то свойства дуги и сварного шва будут сильно ухудшаться.

Если будет наблюдаться сильно короткий стержень, то процесс наблюдения под защитной маской будет достаточно затруднен. Все это может привести к частому выгоранию контактного наконечника.

Оборудование для сварки в углекислотной среде

При проведении сварки в углекислотной среде обязательно потребуется углекислотный сварочный аппарат, наиболее подходящим будет полуавтомат.

Кроме этого обязательно будут нужные другие важные элементы:

Источник постоянного тока. В качестве него подойдет сварочный трансформатор или инвертор;
Углекислотный баллон для сварки с объемом емкости 40 литров. В него должен поместиться углекислый газ с весом 25 килограмм. Данного количество может спокойно хватить для проведения беспрерывного сварочного процесса в течение 15 часов;
Подающий механизм. Современные производители предлагают огромный выбор данных устройств. Особой популярностью пользуется модель А-547-У. Механизм подачи имеет в небольшом чемоданчике, который можно с легкостью переносить. В чемоданчик также помещается катушка с проволокой, в нем установлен газовый клапан, который используется в качестве защитного элемента;
Осушитель. Это промежуточный элемент от горелки до баллона;
Горелка, которая идет вместе со шлангами и кобелями.

Сварка в среде углекислого газа и с использованием углекислотного сварочного полуавтомата является популярным методом сваривания разных металлов. Главное ее преимущество состоит в дешевизне и в получении качественного сваривания. Но все же перед тем как приступать к данному процессу стоит внимательно изучить его важные особенности.

Интересное видео

Техника сварки в углекислом газе

При автоматической и, особенно, полуавтоматической сварке в защитных газах на качество сварных соединений существенное влияние оказывает техника сварки. От расстояния, угла наклона и характера движений горелки относительно свариваемых деталей зависят надежность газовой защиты зоны сварки от воздуха, скорость охлаждения металла, форма шва, условия удаления газовых пузырей и неметаллических включений из сварочной ванны и т. д.

Ниже приведены рекомендации по основным элементам техники сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей в углекислом газе на постоянном токе обратной полярности.

Вытеснение воздуха из зоны сварки. Перед началом сварки необходимо включить газ, отрегулировать его расход, выждать 20-30 сек. для полного вытеснения воздуха из шлангов и обдуть место сварки газом (заполнить разделку шва углекислым газом). Несоблюдение этих правил часто приводит к появлению пор в начале шва.

Зажигание дуги и ее длина. Зажигание дуги при сварке в углекислом газе на токах свыше 200 а не представляет затруднений. Перед зажиганием дуги необходимо следить, чтобы вылет электрода из горелки не превышал 40-45 мм. Зажигание дуги при большем вылете электрода может привести к плохому формированию начала шва и появлению в нем пор.

Как правило, сварку в углекислом газе следует производить на возможно более короткой дуге. При сварке на токах 200-500 а длина дуги должна находиться в пределах 1,5-4,0 мм. При увеличении длины дуги ее горение становится неспокойным, увеличиваются разбрызгивание жидкого металла и угар легирующих элементов. При сварке следует стремиться к быстрому перемещению горелки. При движении горелки катодное пятно должно находиться не на поверхности сварочной ванны, а по возможности на основном металле или границе сварочной ванны с основным металлом. Расположение и длительная задержка активного пятна дуги на сварочной ванне увеличивают разбрызгивание и могут привести к образованию пор в швах.

Практически длина дуги оценивается по ее напряжению, величина которого выбирается в зависимости от сварочного тока (следует учитывать, что при использовании источников питания с жесткой характеристикой напряжение дуги остается постоянным, а ее длина изменяется в зависимости от величины тока). При сварке в углекислом газе соотношение между током и напряжением дуги можно выбирать по графику, представленному на рисунке справа.

При достаточно высоком содержании элементов-раскислителей в электродной проволоке или основном металле, автоматическую сварку, обеспечивающую минимальные колебания параметров режима, можно производить на повышенном напряжении дуги, выбирая его по верхнему допустимому пределу, указанному на р.

Сварка на повышенном напряжении обеспечивает получение более широких швов с меньшей глубиной проплавления и лучшим внешним видом.

Расстояние от сопла горелки до металла. В практике сварки в углекислом газе и инертных газах расстояние от сопла горелки до изделия обычно выдерживается в пределах 15-25 мм. Приближение горелки к изделию увеличивает ее забрызгивание, а чрезмерное удаление приводит к ослаблению газовой защиты зоны сварки и некоторому снижению устойчивости горения дуги. При сварке глубоких и узких разделок можно применять удлиненные наконечники (токосъемники), выступающие из сопла горелки на 5-10 мм. В этом случае расстояние от наконечника до места сварки целесообразно выдерживать в пределах 20-30 мм.

Наклон и манипулирование горелкой. Манипулирование горелкой при сварке в защитных газах несколько напоминает технику газовой сварки (правый и левый метод). Как правило, при полуавтоматической сварке каждый сварщик имеет свои специфические приемы манипулирования горелкой. Тем не менее для сварки в инертных газах отработаны определенные приемы манипулирования горелкой (техника сварки) при выполнении стыковых и угловых швов в нижнем положении.

Сварка в углекислом газе отличается от сварки в инертных газах с добавками 3-5% кислорода применением более короткой дуги, большим разбрызгиванием жидкого металла, более глубоким кратером (большим давлением газов, отходящим от электрода в столбе дуги), повышенным выгоранием легирующих элементов, приводящим к зарождению в сварочной ванне большего количе

ства газовых пузырей и неметаллических включений и др. особенностями. Оптимальные приемы сварки сталей в углекислом газе, учитывающие вышеуказанные особенности процесса, пока окончательно не отработаны. Имеющиеся по этому вопросу данные советских и зарубежных производственников и исследователей иногда противоречивы.

Имеющийся в настоящее время производственный и лабораторный опыт показал, что исходной базой для обработки оптимальных приемов сварки в углекислом газе могут являться приемы, используемые при сварке в инертных газах.

По литературным данным сварка малоуглеродистых сталей в атмосфере аргона с добавкой 5% кислорода на токах 300-500 а производится двумя способами: «нормальной» или «обычной» техникой и техникой «захлестывания».

При обычной технике сварки стыковых швов угол наклона горелки относительно вертикальной оси (перпендикулярной поверхности изделия) принимается равным 15-30°. Чаще всего сварка производится углом вперед, но в некоторых случаях электрод наклоняется в противоположную сторону (такое положение горелки показано на фигурах пунктиром).

При сварке первого слоя применяется петлеобразное передвижение горелки, а при сварке всех последующих слоев передвижение горелки змейкой (рисунок выше). Для достижения более глубокого провара первый слой подварочного шва выполняют с наклоном горелки назад без поперечных колебаний. Все последующие слои подварочного шва выполняются так же, как и основного.

Сварка угловых швов обычной техникой производится при петлеобразном перемещении горелки. Применяемые при этом углы наклона горелки и размеры петель указаны на рисунке справа. При использовании некоторых электродных проволок обычная техника сварки в инертных газах не обеспечивает получения плотных швов, выполненных на кипящих и полураскисленных сталях. Количество пор при сварке этими проволоками тех же сталей может быть уменьшено путем применения сварки «захлестыванием». Этот способ сварки характеризуется наклоном горелки назад и ее быстрым возвратно-поступательным перемещением вдоль оси шва. Сварка стыковых и угловых швов методом захлестывания иллюстрируется рисунке ниже. Предполагается, что уменьшение количества пор при сварке захлестыванием достигается за счет лучшего перемешивания и замедленного охлаждения металла сварочной ванны при колебаниях горелки вдоль шва, способствующих более полному удалению газов. Применение сварки захлестыванием позволяет получать швы с допустимой пористостью при сварке большинства малоуглеродистых сталей.

Лабораторная проверка показала, что сварка в углекислом газе спокойной и кипящей малоуглеродистой стали марки Ст. 3 проволокой Св-08ГС может производиться как обычной техникой, так и техникой сварки «захлестыванием». В обоих случаях обеспечивается удовлетворительная плотность швов.

В ЦНИИТМАШе, при полуавтоматической и автоматической сварке стыковых и угловых швов в углекислом газе применяется несколько иная техника сварки. Сварка стыковых и угловых швов производится справа налево. При сварке стыковых швов горелка отклоняется от вертикальной оси «углом назад» на 5-15°. Такой наклон горелки обеспечивает по сравнению с вертикальным положением горелки или ее наклоном «углом вперед» лучшую видимость зоны сварки и большие удобства ведения процесса. Горелка перемещается возвратно-поступательно (I) вдоль оси шва (без поперечных колебаний) при наложении первого слоя, по вытянутой спирали (II) при наложении последующих слоев и змейкой (III) при наложении верхнего слоя (рисунки ниже).

При сварке угловых швов горелка отклоняется от вертикальной стенки на угол (а) 30-45° и углом назад (В) на 5-15°. Перемещение горелки производится по вытянутой спирали (рис. ниже). Автоматическая сварка стыковых швов производится при вертикальном положении горелки. При сварке угловых швов горелка отклоняется от вертикальной стенки на угол (а) 30° и устанавливается перпендикулярно оси шва (В = 0), при этом электрод должен упираться в горизонтальную полку на расстоянии 1 мм от вертикальной стенки.

Необходимо отметить, что по появившимся в последнее время зарубежным данным при сварке в углекислом газе рекомендуется держать горелку по возможности вертикально или с наклоном вперед под углом около 5°. Такое положение горелки обеспечивает более спокойное горение дуги и минимальное разбрызгивание жидкого металла (что подтверждается и нашими данными). Далее указывается, что наклон горелки назад (на сварочную ванну, как при сварке захлестыванием) препятствует выходу газов из сварочной ванны и вызывает появление пор в металле шва. По нашим данным при автоматической сварке стали Ст. 3 проволокой Св-08ГС (диаметр проволоки 2 мм, ток - 400 а, скорость сварки - 25 м/час) изменение наклона горелки вперед и назад на угол до 30° не оказывает заметного действия на пористость металла швов, однако, при наклоне горелки свыше 15° несколько ухудшается устойчивость процесса.

Прекращение сварки. При прекращении сварки рекомендуется заполнить металлом кратер и не отводить горелку от зоны сварки до тех пор, пока полностью не застынет металл сварочной ванны.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Влияние тока, напряжения, расхода газа и скорости процесса на сварку

Производительность процесса сварки в углекислом газе, так же как и других способов сварки плавящимся электродом, характеризуется количеством наплавленного электродного и расплавленного основного металла.

Производительность процесса наплавки оценивается, как известно, коэффициентом наплавки (а_н), показывающим количество наплавленного электродного металла в граммах за единицу времени током в один ампер. Коэффициент расплавления (а_р) показывает количество расплавленного электродного металла в граммах в единицу времени током в один ампер. Разность а_р - а_н показывает потери металла на разбрызгивание, угар и испарение. а_н и а_р определяются по следующим формулам:

где G_н и G_p - вес наплавленного электродного и, соответственно, расплавленного металла в г;

I - сварочный ток в а;

t- время горения дуги в час. Количество проплавленного основного металла за 1 час горения дуги определяется по следующей формуле:

где F₀ - площадь зоны проплавления основного металла в мм 2 ; у_o- удельный вес металла в г/см 3 ; v_cв- скорость сварки в м/час. Определение коэффициентов расплавления и наплавки, а также количества проплавленного дугой основного металла производилось при автоматической сварке в углекислом газе проволокой Св-08ГС на токах 200-500 а. Для сравнения определялась производительность автоматической сварки под флюсом ОСЦ-45 на тех же режимах. Приведенные на рисунках ниже данные показывают, что при сварке в углекислом газе как коэффициент наплавки, так и количество проплавленного основного металла в изучаемом диапазоне токов выше, чем при сварке под флюсом. С увеличением тока эта разница растет.

Электросопротивление проволоки Св-08ГС, а, следовательно, и скорость плавления за счет легирования кремнием и марганцем будут выше, чем малоуглеродистой проволоки Св-08А, обычно применяющейся при сварке малоуглеродистой стали под флюсом. Поэтому производительность процесса сварки под флюсом проволокой Св-08А, как показали опыты (см. фиг. 26), будет еще ниже.

Более высокая производительность процесса сварки в углекислом газе указывает на то, что затраты тепла дуги на расплавление электродной проволоки и основного металла в этом случае будут больше, чем при сварке под флюсом.

Количество тепла, расходуемого за 1 сек. на расплавление электродного и основного металла, образующих шов, определяется по формулам:

где Q_н и Q_о-количество тепла, расходуемого соответственно на расплавление электродного и основного металла за 1 сек.;

С_н и С₀-теплосодержание наплавленного и основного металла в точке плавления в кал/г.

Теплосодержание стали определяется из следующего выражения:

где С₁ - средняя удельная теплоемкость от 0° С до температуры плавления; для малоуглеродистой стали она составляет 0,155 кал/г° С;

Т₁ - температура плавления малоуглеродистой стали (1524°С);

Т₂ - температура, до которой охлаждается металл шва (20°С);

S - теплота плавления малоуглеродистой стали (63,9 кал/г).

Следует отметить, что средняя температура металла в сварочной ванне выше температуры его плавления. Однако тепло перегретого в сварочной ванне металла расходуется на теплоотвод и дополнительное расплавление основного металла. Это позволяет принять для расчетов теплосодержание при температуре плавления. Полагая, что понижение температуры плавления кремнемарганцевой проволоки (0,72% кремния; 1,17% марганца), используемой в этих опытах, невелико по сравнению с температурой плавления малоуглеродистой стали, на которую производилась наплавка, и что теплоемкость металла, легированного кремнием и марганцем, изменяется незначительно, можно принять теплосодержание наплавленного электродного и проплавленного основного металла одинаковыми, т. е.

С_н = С₀ = 0,155 (1524 - 20) + 63,9 = 297 кал/г.

Результаты подсчета количества тепла, расходуемого на расплавление электродного и основного металла при сварке в углекислом газе и под флюсом, приведены в таблице ниже.

Расход тепла на расплавление металла при сварке в углекислом газе и под флюсом ОСЦ-45:

В таблице указана тепловая мощность дуги, подсчитанная по формуле

где I_cв - сварочный ток в а;

U_д - напряжение на дуге в в и расход теплоты на плавление электродного и основного металла в процентах, рассчитанный по формулам:

Сопоставление коэффициентов наплавки при сварке в углекислом газе проволокой диаметром 1,6; 2,0 и 2,5 мм (рисунок справа) одинакового химического состава (0,09% углерода, 0,72% кремния и 1,17% марганца) показывает, что производительность процесса наплавки возрастает с уменьшением диаметра проволоки, т. е. с увеличением плотности тока. Количество тепла, расходуемого на расплавление электродного и основного металла в шве, с увеличением плотности тока увеличивается (рисунки ниже). Таким образом, увеличение плотности тока при сварке в углекислом газе, так же как при сварке в инертных газах и под флюсом, приводит к увеличению производительности процесса сварки в целом. При этом нием плотности тока увеличивается (см. рисунки ниже). Таким образом, увеличение плотности тока при сварке в углекислом газе, так же как при сварке в инертных газах и под флюсом, приводит к увеличению производительности процесса сварки в целом. При этом

Увеличение глубины проплавления с увеличением тока при сварке в углекислом газе, так же как и при других процессах электродуговой сварки, связано с более интенсивным вытеснением жидкого металла из-под электрода вследствие увеличения давления дуги. Однако при сварке в углекислом газе глубина проплавления будет больше, чем например, при сварке под флюсом на тех же режимах. Это может объяснено отсутствием дополнительного давления на металл сварочно ванны, имеющегося при сварке под флюсом (за счет веса флюса и жидкого шлака, а также избыточного давления внутри газового пузыря, в котором горит дуга) и затрудняющего вытеснение жидеого металла из основания столба дуги.

Влияние напряжения на процесс сварки

Увеличение напряжения на дуге при сварке в углекислом газе, так же как и при ручной сварке электродами с качественным покрытием и сварке под флюсом, приводит к уменьшению коэффициентов наплавки и расплавления.

Снижение коэффициента расплавления при возрастании напряжения на дуге объясняется уменьшением предварительного подогрева конца электродной проволоки, который при неизменном расстоянии от поверхности изделия до мундштука уменьшается. Кроме того, на снижение коэффициента расплавления при сварке в углекислом газе существенное влияние оказывает увеличение потерь тепла дуги в окружающее пространство при ее удлинении излучением и конвекцией. Уменьшение коэффициента расплавления, а также возрастание потерь металла на разбрызгивание, угар и испарение, приводит к тому, что при увеличении напряжения на дуге снижается и коэффициент наплавки.

При повышении напряжения на дуге несколько снижается площадь наплавки и растет площадь проплавления (рисунок выше), что приводит к незначительному снижению доли наплавленного металла в шве.

Химический состав металла и.ва при сварке с различными значениями напряжения на дуге:

Примечание. I_св = 400 a; υ_св = 15,6 м/час расход газа 1000 л/час.

Химический состав наплавленного металла существенно изменяется при изменении напряжения на дуге (табл. выше), что связано, главным образом, с изменением выгорания легирующих элементов и, в значительно меньшей степени, с изменением соотношения наплавленного и основного металла. Посмотреть точное наличие легирующих элементов в металле - марки стали и сплавов, также обращаем внимание, что на нашем портале есть специальный металлический калькулятор, на котором можно посчитать вес по длинне или наоборот длину металлопроката по его весу.

Расчет коэффициентов усвоения показал значительное снижение усвоения марганца и особенно кремния металлом шва при повышении напряжения на дуге и, наоборот, увеличение усвоения углерода. Увеличение коэффициента усвоения углерода с увеличением напряжения на дуге связано при сварке стали с процессами, протекающими в столбе душ. Это подтверждается тем, что при наплавке в углекислом газе на медь (таблица ниже) коэффициент усвоения углерода не повышается, а, наоборот, понижается (с 0,69 при напряжении на дуге 30 в до 0,50 при напряжении 45 в). Отсюда следует, что повышение коэффициента усвоения углерода при сварке стали вызывается при увеличении напряжения на дуге уменьшением выгорания углерода из сварочной ванны.

Сравнение коэффициентов усвоения легирующих элементов показывает, что выгорание кремния и марганца в дуге и общем процессе усиливается с увеличением напряжения на дуге.

Химический состав металла и коэффициенты усвоения углерода, кремния и марганца при наплавке в углекислом газе на медь:

Отметим, что если надо, то мировые цены на медь и другие цветные металлы можно узнать на нашем портале - лондонская биржа цветных металлов lme.

Изменение напряжения на дуге при сварке в углекислом газе существенно влияет на механические свойства металла швов. С увеличением напряжения на дуге относительное удлинение и сужение, а также ударная вязкость металла шва падают (табл. 27); пределы прочности и текучести также имеют тенденцию к понижению.

Механические свойства металла однопроходных швов, сваренных при различном напряжении на дуге:

Механические свойства металла швов зависят от ряда факторов: содержания в металле швов газов, химического состава швов, скорости охлаждения наплавленного металла и т. д. Указанные факторы в различной степени могут влиять на механические свойства шва.

Поскольку скорость охлаждения металла шва зависит, в основном, от толщины свариваемого металла и погонной энергии, то в данном случае она не может оказать решающего воздействия на механические свойства шва, так как в описываемых опытах толщина металла была постоянной, а погонная энергия изменялась в сравнительно узких пределах.

Незначительное увеличение содержания углерода в шве (от 0,13 до 0,15%) в условиях этих опытов при возрастании напряжения на дуге от 30 до 40 в не может заметно повлиять на механические свойства металла шва. Снижение содержания в наплавленном металле кремния (с 0,45 до 0,21%) и марганца (с 0,93 до 0,70%) должно способствовать понижению его прочностных и улучшению пластических свойств и, следовательно, не может явиться причиной резкого падения относительного удлинения, сужения и ударной вязкости.

Основной причиной снижения пластических свойств и ударной вязкости металла шва могут быть растворившиеся в нем газы.

Известно, что увеличение напряжения на дуге, т. е. ее удлинение, сопровождается при ручной дуговой сварке увеличением содержания в металле шва кислорода и азота.

Повышение в швах содержания кислорода и азота с увеличением напряжения на дуге подтвердилось также и при сварке в углекислом газе результатами анализа газов в этих швах (табл. ниже).

Попадание в металл шва азота указывает на наличие в составе газовой фазы, контактирующей с жидким металлом, воздуха, проникающего через защитный слой углекислого газа. Можно предположить также, что увеличение содержания газов связано с увеличением времени взаимодействия их с каплями металла при удлинении дугового промежутка.

Содержание кислорода и азота в металле швов, сваренных с различными напряжениями на дуге:

Таким образом, проведенные опыты указывают на необходимость строгого контролирования расхода газа и напряжения на дуге. Оптимальные значения напряжения на дуге при сварке в углекислом газе на обратной полярности проволокой диаметром 2 мм (расход газа на 1000 л/час) приведены ниже.

Сварка с напряжением на дуге более 35 в не может быть рекомендована при данном расходе газа вследствие заметного снижения пластических свойств металла шва.

Влияние расхода углекислого газа на сварку

С увеличением расхода углекислого газа коэффициенты наплавки и расплавления снижаются (рисунок справа). Заметное снижение этих коэффициентов наблюдается при увеличении расхода газа от 0 до 2000 л/час. При дальнейшем увеличении расхода газа коэффициенты практически не изменяются. По-видимому снижение коэффициентов наплавки и расплавления при увеличении расхода газа связано с увеличением степени охлаждения столба дуги вновь поступающими порциями холодного углекислого газа.

Изменение расхода углекислого газа в широких пределах оказывает некоторое влияние на химический состав металла шва. При увеличении расхода газа несколько уменьшается содержание в шве марганца и кремния (таблица ниже). Это связано главным образом с более интенсивным окислением содержащихся в проволоке элементов и подтверждается данными химического анализа металла, наплавленного в медную форму (табл. ниже), позволяющую исключить влияние

Однако при уменьшении расстояния от сопла до изделия, естественно, уменьшается вылет электродной проволоки, что оказывает существенное влияние на коэффициент наплавки. Например, при увеличении вылета проволоки от 20 до 55 мм коэффициент наплавки (рис. слева) возрастает с 14,5 до 25 г/а • час (диаметр проволоки 2 мм, ток 400 а, напряжение на дуге 30-32 в; расход газа 1000 л/час). Это объясняется увеличением степени предварительного подогрева конца электродной проволоки проходящим через нее током. Таким образом, увеличенный вылет электродной проволоки при сварке является эффективным средством повышения производительности процесса. Поэтому сварку в углекислом газе целесообразно производить, при максимально допустимом вылете, выбрав при этом такой расход газа, который обеспечивал бы надежную защиту наплавленного металла. Опыты показали, что при сварке в лабораторных условиях на токе 400 а с расходом газа 1000 л/час и расстоянии от изделия до сопла 32 мм в металле шва поры не обнаруживались, а при увеличении этого расстояния до 35-40 мм в швах появлялись поры даже при увеличенном расходе газа (1200-1250 л/час).

Влияние скорости сварки

При возрастании скорости сварки коэффициенты наплавки и расплавления несколько снижаются (рисунки ниже), а потери металла на разбрызгивание, угар и испарение уменьшаются. Площади наплавки и проплавления с повышением скорости сварки заметно уменьшаются (рисунок справа), причем уменьшение площади наплавки происходит намного быстрее, чем площади проплавления.

В связи с этим, снижается доля наплавленного металла, чем объясняется возрастание при повышении скорости сварки содержания углерода в металле шва и снижение содержания кремния (табл. ниже).

Химический состав металла шва при сварке с различной скоростью:

Результаты механических испытаний (табл. ниже) показывают, что с увеличением скорости сварки прочностные свойства шва несколько повышаются, а пластические незначительно снижаются. Это связано, по-видимому, с увеличением скорости охлаждения металла шва и ухудшением газовой защиты зоны сварки.

Механические свойства металла однопроходного шва при сварке с различной скоростью:

Сварка в углекислом газе

На степень окисления углерода, кремния и марганца при сварке в углекислом газе влияют: напряжение, величина и полярность сварочного тока, а также диаметр электродной проволоки. С повышением напряжения окисление увеличивается, а при возрастании сварочного тока и уменьшении диаметра проволоки (повышении плотности тока) — уменьшается. Сварка на постоянном токе обратной полярности дает меньшее окисление, чем на токе прямой полярности. При сварке проволокой диаметром 0,5—1,2 мм происходит значительно меньшее окисление элементов, чем при сварке проволокой диаметром 1,6—2 мм. Поэтому более тонкая проволока, имеющая низкое содержание кремния и марганца, обеспечивает получение плотных беспористых швов. Плотность тока при сварке в углекислом газе должна быть не ниже 80 а/мм 2 . При этом потери металла на разбрызгивание не превышают 10—15%.

§ 2. ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Сварочная проволока. В качестве электрода применяют проволоку марок Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС и др. по ГОСТ 2246—60 в соответствии с маркой основного металла, имеющую повышенное содержание марганца и кремния. Диаметр проволоки берут в пределах 0,5—2,5 мм в зависимости от толщины свариваемого металла и типа сварочного полуавтомата. Поверхность проволоки должна быть чистой, не загрязненной смазкой, органическими антикоррозионными веществами, ржавчиной, окалиной и др., повышающими разбрызгивание металла и вызывающими пористость шва. Иногда проволоку подвергают травлению в 20%-ном растворе серной кислоты с последующей прокалкой в печи при 250—280° С в течение 2—2,5 ч. Это обеспечивает получение плотного наплавленного металла с минимальным содержанием водорода. Хорошие результаты дает сварка омедненной проволокой.

На Харьковском тракторосборочном заводе успешно применяют способ подготовки проволоки, предложенный Ю. И. Нихинсоном и Л. Ф. Тесленко — травление 5—10 мин в 10—20%-ном водном растворе соляной кислоты, промывка в холодной воде и пассивирование в смеси водных растворов 5—15% нитрита натрия (NaN0₂) и 1% кальцинированной соды (Na₂C0₃) в течение 10— 15 мин. После пассивирования проволока долго сохраняется. Кроме того, повышается стабильность горения дуги, уменьшается порообразование и расход углекислого газа.

Углекислый газ, применяемый для сварки, должен быть сухим и иметь концентрацию не ниже 98% С0₂, а для сварки ответственных конструкций — не менее 99% СО₂. Пищевой углекислый газ, выпускаемый по ГОСТ 8050—64, содержит: не менее 98,5% С0₂ и не более 0,1% свободной влаги. В нем может содержаться также вода, растворенная в сжиженном С0₂, поэтому при сварке пищевой углекислый газ предварительно пропускают через патрон, заполненный обезвоженным медным купоросом или через силика-гелевый осушитель.

Если углекислый газ содержит влагу, то шов получается пористым, а наплавленный металл менее пластичным.

При использовании неосушенного углекислого газа баллон перед началом сварки нужно поставить на 15—20 мин в вертикальное положение, чтобы влага осела на дно. Первые порции углекислого газа, содержащие наибольшее количество примесей (преимущественно азота), выпускают наружу и затем начинают сварку. Отбор газа заканчивают при остаточном давлении его в баллоне около 4 кгс/см 2 , так как последние порции неосушенного газа будут содержать много влаги.

При расходе газа свыше 20 дм 3 /мин возможно вымерзание влаги в каналах редуктора вследствие охлаждения газа, происходящего при понижении его давления в момент прохождения через клапан редуктора, и закупорка последнего льдом. Для предупреждения этого явления газ отбирают из нескольких баллонов, включенных параллельно, или предварительно подогревают газ перед редуктором. Для подогрева газа используют электрические подогреватели, питаемые током напряжением 36 в. Для сварки выпускается сварочный углекислый газ по ГОСТ 8050—64, отвечающий следующим техническим требованиям:

В отличие от пищевого и технического углекислого газа сварочный углекислый газ испытывается на содержание С0₂ и влаги путем отбора проб из вертикально стоящего баллона (из газовой фазы); при этом влажность определяется конденсационным гигрометром НИИГС.

Сварочным углекислым газом не разрешается наполнять баллоны из-под пищевого и технического газа. Баллоны должны иметь надпись «С0₂ сварочный».

При количестве сварочных постов более 20 целесообразно осуществлять централизованное питание их углекислым газом, подаваемым по трубопроводу от рампы баллонов или от газификационной установки. При полуавтоматической сварке проволокой диаметром 1 —1,4 мм и диаметре выходного отверстия сопла 15 мм для надежной защиты зоны горения дуги требуется 400—600 дм 3 /ч углекислого газа, если проволока диаметром 2 мм, а сопло диаметром 25 мм— 1200—1500 дм 3 /ч. Увеличение расхода газа выше этих пределов не улучшает защиту ванны и дуги, но приводит к перерасходу газа, ухудшению процесса сварки и формирования металла шва. Практически при сварке проволокой 1 —1,4 мм током 120—250 а расход газа можно принимать равным 1,2 кг/ч или 0,8 кг на 1 кг наплавленного металла. При сварке проволокой 2 мм расход газа составит 0,6 кг/ч наплавленного металла. Для снижения расхода углекислого газа необходимо давление в магистрали поддерживать минимальным, порядка 0,4—0,6 кгс/см 2 , соответственно количеству работающих постов, регулируя его так, чтобы расход газов на один пост не превышал указанных выше пределов. Сварочные посты следует оборудовать электромагнитными клапанами, позволяющими отключать подачу газа через 2—3 сек после гашения дуги и вновь включать ее за 0,5—1 сек перед возбуждением дуги. Такие же клапаны целесообразно ставить и при питании газом из баллонов. Применение расходомеров для газа обязательно. Все эти мероприятия обеспечивают экономию углекислого газа при сварке.

§ 3. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ

Комплект оборудования для автоматической сварки в углекислом газе состоит из источника сварочного тока, сварочной горелки, механизма для подачи проволоки в зону дуги, устройства для перемещения горелки или изделия при сварке, баллона или группы баллонов с углекислым газом и газовой аппаратуры (подогревателя, редуктора, расходомера, осушителя).

Давление газа понижают при помощи стандартных кислородных редукторов. Расход газа при сварке контролируют с помощью поплавковых указателей расхода (ротаметров). Применяются ротаметры типов РС-3, РС-3а, ИРКС-6,5 и др.

Схема установки для полуавтоматической сварки в углекислом газе изображена на рис. 163. Применяется ручная горелка — электрододержатель с охлаждением самим углекислым газом (при токе до 250—300 а) или водяным охлаждением (при токе от 300 до 900 а).

Сварка в углекислом газе выполняется на постоянном токе обратной полярности. В качестве источников тока при сварке проволокой диаметром 1,6—2,5 мм током более 200 а служат сварочные преобразователи типов ПСГ-350, ПСГ-500, ПСУ-500 и сварочные выпрямители с жесткой внешней характеристикой.

Чтобы получить плотный, беспористый шов и уменьшить разбрызгивание металла, необходимо поддерживать наиболее короткую дугу. Дуговая сварка в углекислом газе ведется при постоянной скорости подачи проволоки и саморегулировании дуги. Дуга имеет возрастающую вольтамперную характеристику, поэтому она горит более устойчиво и лучше саморегулируется, если источник питания имеет жесткую или возрастающую внешнюю характеристику. Возбуждение дуги происходит при напряжении около 20 в и выше. Более устойчиво дуга горит при обратной полярности тока.

Для получения жесткой внешней характеристики у сварочных преобразователей ПС-500 обмотку возбуждения можно отключить от щеток и концы ее вывести на клеммную доску, подключив питание обмотки от отдельного селенового выпрямителя.

Включение в сварочную цепь постоянного тока индуктивного сопротивления (стабилизатора), например стандартного сварочного дросселя РСТЭ-24, уменьшает разбрызгивание металла в 2— 2,5 раза, повышает устойчивость горения дуги и допускает сварку металла толщиной 2—3 мм в различных пространственных положениях на малых токах проволокой диаметром 1,6—2 мм.

Режимы полуавтоматической сварки

Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов считается востребованным методом, которые обладает простой технологией. Он подходит для обработки разных металлов, при помощи него можно получить прочное и качественное сварное соединение, которое способно прослужить длительное время.

Существуют разные режимы сварки полуавтоматом в среде защитных газов, и чтобы их подобрать, была создана специальная таблица с отображением требуемых параметров. И перед тем как приступать к сварочному процессу требуется рассмотреть его основные особенности, потому что они будут оказывать влияние на итоговый результат.

Суть полуавтоматической сварки

Перед тем как рассмотреть основные режимы полуавтоматической сварки стоит разобраться, что представляет собой данная технология. Во время проведения процесса проволока подается с определенной скоростью. Она синхронизирована со скоростными показателями ее плавления.

Главная отличительная сторона полуавтоматических приборов состоит в том, что они работают в среде защитных газов. Сварочная технология может производиться инертной среде (аргон) и активной среде (углекислый газ). В первой ситуации процесс называется MIG (metal inert gas), а во втором - MAG (metal active gas).

Газовые смеси обеспечивают изолирование области нагревания и плавления от оксидов из воздуха. Они подаются через канал, который находится на рукаве вместе с трубкой. Рукав соединяет корпус сварочного полуавтоматического оборудования с горелкой. А вот регулирование всех процессов производится кнопкой «Пуск/Стоп», которая находится на горелке.

Стоит отметить! Если сравнивать полуавтоматическую сварку с оборудованием для ручной технологии, покрытой электродами, то она дополняется электрическим механизмом для подачи сварочной проволоки и газобаллонной аппаратурой. Именно это повышает производительность процесса и улучшает качество сварных соединений.

Основные параметры

Чтобы точно выбрать режимы полуавтоматической сварки стоит понимать из чего они должны состоять. Существуют определенные критерии и настройки сварочного оборудования, зная которые сварщик сможет провести все правильно.

Диаметр и марка проволоки

Перед тем как приступать к работам стоит разобраться с тем, какой должен быть правильный диаметр проволоки. Его показатель колеблется от 0,5 до 3 мм. Расчет режимов сварки в защитных газах обязательно должен проводиться с учетом этого показателя.

Но все же чтобы подобрать правильный диаметр проволоки стоит учитывать следующие нюансы:

Диаметр присадочного материала стоит подбирать в соответствии с толщиной свариваемого металлического изделия.
Стоит учитывать, что каждый диаметр имеет определенные характеристики. К примеру, во время использования проволоки с небольшим диаметром многие сварщики отмечают, что наблюдается устойчивое горение дуги и небольшое разбрызгивание металла.
При применении проволоки с большим диаметром всегда необходимо повышать силу тока.
Важно учитывать марку используемой проволоки. А именно металл, из которого выполнена проволока, а также компоненты, входящих в состав.
Для сваривания изделий из низкоуглеродистой или низколегированной стали стоит применять проволоки с добавлением раскислителей. В состав должны входить такие компоненты, как кремний и марганец.
Для обработки легированной или высоколегированной стали в среде защитных газов стоит применять проволоку, выполненную из того же металла, что и деталь, которая будет подвергаться свариванию.

Какой бы ни был использован режим газовой сварки, стоит подобрать необходимый диаметр присадочной проволоки. Это влияет на прочность соединения.

Сила, полярность и род сварочного тока

Параметры сварки полуавтомат включают правильную настройку тока, который применяется во время сваривания и обработки металлических изделий. В стандартном полуавтоматическом приборе можно самостоятельно отрегулировать показатели силы, полярности и рода сварочного тока. Но все же каждый обладает определенными критериями.

К примеру, если повысить показатели силы тока, то при проведении сварочного процесса повысится глубина провара. Сила тока увеличивается в соответствии с диаметром электрода. Кроме этого не стоит забывать про особенности металла, который применяется для сваривания.

Обязательно нужно учитывать свойства полярности и рода тока. Обычно полуавтоматический сварочный процесс осуществляется с применением защитных газов, но при этом требуется подобрать необходимые показатели постоянного тока и обратной полярности. Прямая полярность применяется в редких случаях, данные параметры сварки полуавтоматом не способны предоставить стойкое горение дуги, они ухудшают сварное соединение. Однако имеются исключения, переменный ток часто используют при работе с изделиями из алюминия.

Многие неопытные сварщики часто забывают про важный параметр - напряжение сварочной дуги. А ведь этот показатель оказывает основное влияние на степень глубины провара металла и габариты сварного шва. Не нужно устанавливать слишком высокое напряжение, это приведет к тому, что во время сварочного процесса расплавленный металл будет сильно разбрызгиваться, а в соединении появятся поры. Газовые смеси мне смогут в достаточной мере обеспечить защиту сварочной ванны. Если вы хотите правильно настроить напряжение дуги стоит ориентироваться на показатели силы тока.

Скоростные показатели подачи проволоки

Выполняя расчет режима сварки в углекислом газе, стоит учесть скорость подачи проволоки. Этот показатель оказывает огромное влияние на сварочный шов.

К главным особенностям скорости полуавтоматического сварочного процесса относятся:

скоростные показатели подачи проволоки регулируются в соответствии с ГОСТами;
этот показатель можно подобрать самостоятельно, но при этом стоит опираться на особенности металлической структуры, ее толщину;
толстый металл требуется варить быстрее, а соединение должно быть тонким;
при осуществлении сварки не стоит придаваться спешке, иначе электрод выйдет из области защитных газовых смесей, и это приведет к его окислению под воздействием кислорода;
слишком медленная скорость приводит к тому, что в итоге образуется непрочный шов с пористой структурой.

Отходящие газы

Режимы сварки полуавтоматом предполагают использование газовых смесей, которые обеспечивают максимальную защиту сварочной зоны от окисления кислородом. Технология указывает, что могут применять разные газы. Но на практике часто применяется углекислый газ по ГОСТу 8050-85. К основному критерию выбора данного продукта относится его низкая стоимость и доступность. Он поставляется в баллонах.

Обязательно нужно знать какое давление в углекислотном баллоне для сварки. Показатель рабочего давления составляет 60-70 кгс/см2. На поверхности присутствует надпись с желтой окраской «Углекислота».

Какое давление углекислоты должно быть при сварке полуавтоматом можно узнать из таблицы ниже:

Также рабочее давление углекислоты при сварке полуавтоматом можно найти в специальной документации и в ГОСТах сварочных полуавтоматических приборов, которые предназначены для сварки с использованием защитных газовых смесей.

Помимо углекислоты для сварки полуавтоматом применяются другие газовые смеси, которые обладают характерными особенностями:

аргон. Он используется достаточно часто. Но все же его в основном применяют при проведении аргонодугового сварочного процесса. Он является инертным газом, поэтому подходит для сваривания химически активных и тугоплавких металлов;
гелий. Это инертный газ, который часто используется при проведении полуавтоматической сварочной технологии. Он обеспечивает получение прочных и широких сварных швов;
различные смеси из аргона, гелия и углекислоты.

Особенности наклона электрода

Рассматривая режимы полуавтоматической сварки среде защитных газов, стоит изучить важные критерии угла наклона электрода. Частое нарушение, которое совершают новички - это удерживание электрода при сварке так, как они хотят. Но это считается грубейшей ошибкой.

Важно! Угол наклона электрода оказывает огромное влияние на глубину провара металлической структуры. Также от этого показателя зависит качество полученного сварного соединения.

Существует два вида наклона электрода - углом назад и углом вперед. При этом каждое положение обладает положительными и негативными особенностями. Во время сваривания углом вперед электрод ведется под углом от 30 ° до 60 °. При соблюдении этого положения стоит быть готовым к тому, что расплавленная обмазка будет сверху образовывать покрытие из шлака.

При положении вперед электрод движется после сварочной ванночки, он ее защищает от проникновения вредных газовых смесей. Определенное количество шлака, попадающее впереди соединения, будет откладываться с двух сторон стыка. Если будет выделяться много шлака, то наклон уменьшается.

При удерживании электрода углом назад сварочная зона видна хуже, зато намного лучше прослеживается состояние кромок. Также наблюдается небольшая глубина провара.

Обратите внимание! Для тонких металлов рекомендуется удерживать электродом под наклоном вперед, это положение считается наиболее подходящим. А вот углом назад можно сваривать металлические изделия с любой толщиной.

Таблицы

Чтобы правильно выбрать и установить режимы полуавтоматической сварки в углекислом газе стоит внимательно рассмотреть все важные параметры технологии. Особенно это относится к новичкам, потому что опытные мастера способны с ходу определить правильные режимы сварки в углекислом газе. А вот для начинающих были разработаны специальные таблицы с содержанием основных критериев полуавтоматических сварных работ.

Ниже имеется таблица настройки полуавтомата для сварки. Ее стоит применять для стыкового шва в нижнем пространственном положении и для сварочной технологии изделий низколегированного и низкоуглеродистого металла. Важное условие сварки - использование защитного газа и тока с обратной полярностью.

Таблица режимов сварки полуавтоматом с параметрами, которые подходят для поворотно-стыковых швов. Во время сварочного процесса рекомендуется использовать различные защитные газовые смеси.

Сварочная таблица для полуавтомата с параметрами, которые подходят для образования нахлесточного соединения. Во время сварки применяется защитный газ и ток с обратной полярностью.

Ниже в таблице имеются рекомендуемые настройки, которые стоит использовать при проведении сваривания изделий из углеродистой стали в вертикальном положении в пространстве. Во время технологии используется ток с обратной полярностью, смеси из защитных газов.

Таблица сварочных токов и других важных параметров для полуавтомата с подходящими режимами сварочного процесса с использование углекислого газа методом «точка». Ее рекомендуется использовать при работе с углеродистыми сталями.

Главные особенности полуавтоматической сварки

Важно знать не только режимы газовой сварки и их правильный выбор, но и основные особенности проведения сваривания изделий из нержавеющей стали при помощи полуавтоматического оборудования. От этого будет зависеть итоговый результат и прочность соединений.

Среди главных особенностей полуавтоматического сваривания элементов из нержавейки можно выделить:

При проведении сварки рекомендуется использовать ток с обратной полярностью.
Электроды должны удерживаться с соблюдением угла наклона. Если не будут выполняться основные правила, к примеру, если электрод будет больше отклоняться вперед, то соединение будет широким, а глубина проваривания небольшой. Этот способ наклона стоит использовать для тонких металлов.
Самый большой вылет проволоки должен быть не больше 12 мм.
Давление углекислоты при сварке нержавейки полуавтоматом должно быть такое же, как и при сваривании других металлов. Рабочий расход должен быть не больше 12 м3 в минуту, но не меньше 6 м3 в минуту. Если не будут соблюдаться данные условия, то качество шва сильно ухудшится.
При сварке обязательно нужно использовать осушитель. В качестве него применяется медный купорос, который предварительно прогревается при 200 градусов на протяжении 20 минут.
Чтобы защититься от брызг раскаленного расплавленного металла рекомендуется использовать водные растворы с содержанием мела.
Если вы хотите получить отличное соединение при сварке электродом стоит водить плавно, без колебаний.
При сваривании от края обрабатываемого изделия стоит отступать не меньше 5 см.

Плюсы и минусы

Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов имеет положительные и негативные качества. Среди плюсов стоит выделить:

технология обладает высокой производительностью;
она позволяет получить отличное сварное соединение. Правильная регулировка сварочного полуавтомата обеспечивает рациональный ввод легирующих элементов и раскислителей через проволоку;
не требуется применять флюсы и покрытия. Это значит, что нет необходимости очищать сварную зону от шлака;
высокая эффективность;
подходит для работы с разными сталями и металлами.

Но имеются некоторые минусы:

аппаратура обладает сложным устройством, для ее настройки требуется иметь навыки и знания;
требуется защита при работе на открытых площадках;
дополнительные затраты на защиту для глаз.

Проведение полуавтоматической сварочной технологии требует соблюдения важных режимов, от которых зависит качество и прочность соединения. Каждый сварщик должен знать диаметр проволоки, силу тока, полярность, виды защитных газов, а также какое давление углекислого газа должно применяться при сварке полуавтоматом. Для облегчения задачи были разработаны специальные таблицы с точными параметрами сварки полуавтоматом.

Читайте также: