С какой целью в сварочные проволоки для сварки в углекислом газе

Обновлено: 19.05.2024

Советскими исследователями К.В.Любавским и Н.М.Новожиловым в начале 50-х годов был разработан способ сварки в защитной среде углекислого газа, который в настоящее время нашел широкое применение во всех странах мира.

Сущность процесса сварки в углекислом газе заключается в следующем. Поступающий в зону сварки углекислый газ защищает ее от вредного влияния атмосферы воздуха. Причем при высокой температуре сварочной дуги углекислый газ частично диссоциируется на окись углерода и кислород 2С02 ↔ 2СО + O2 . В результате в зоне дуги образуется смесь из трех различных газов: углекислого газа, окиси углерода и кислорода.

Вследствие того, что температура дуги не везде одинакова, неодинаков и состав газовой смеси в зоне дуги. В центральной части, где температура дуги высокая, углекислый газ диссоциирует почти полностью. В области, прилегающей к сварочной ванне, количество углекислого газа преобладает над суммарным количеством кислорода и окиси углерода. Все три компонента газовой смеси защищают металл от воздействия воздуха, в то же время окисляют его как при переходе капель электродной проволоки в сварочную ванну, так и на поверхности:

Порядок и интенсивность окисления элементов зависят от их химического сродства к кислороду. Вначале окисляется кремний, имеющий большее сродство к кислороду, чем другие элементы. Окисление марганца также происходит значительно интенсивнее, чем окисление железа и углерода. Следовательно, нейтрализовать окислительный потенциал углекислого газа можно введением в присадочную проволоку избыточного кремния и марганца, В этом случае погашаются реакции окисления железа и образования окиси углерода, но сохраняются защитные функции углекислого газа в отношении атмосферы воздуха.

Качество наплавленного металла зависит от процентного содержания кремния и марганца в сварочной проволоке (при условии наличия необходимого количества углекислого газа). Хорошее качество наплавленного металла при сварке углеродистых сталей гарантируется тогда, когда в составе проволоки соотношение Мn к Si составит

Мn/ Si = 1,5 / 2

Образовавшиеся окислы кремния и марганца не растворяются в жидком металле, а вступают во взаимодействие друг с другом, образуя легкоплавкое соединение, которое в виде шлака всплывает на поверхность сварочной ванны.

Техника и режимы сварки . Прихватку деталей из углеродистых сталей под сварку в углекислом газе осуществляют либо электродами типа Э42 или Э42А, либо полуавтоматической сваркой в углекислом газе. Прихватку деталей из легированных сталей выполняют электродами соответствующего назначения.

Поверхность свариваемых кромок перед прихваткой и сваркой тщательно зачищают от грязи, ржавчины, масла, окалины и шлака. При сборке выдерживают одинаковые зазоры, которые в стыковых соединениях не должны превышать 1,5 мм. Смещение свариваемых кромок относительно друг друга не должно превышать 1 мм для толщин 4—10 мм и 10 % толщины для толщин более 10 мм. Схема общего вида сварочного поста показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема поста полуавтоматической сварки тонкой электродной проволокой в углекислом газе: 1 — держатель; 2 — подающий механизм; 3 — кнопка включения; 4 — защитный щиток; 5 — манометр на 0,6 МПа; 6 — переходной штуцер для установки манометра; 7 — кислородный редуктор с манометром высокого давления; 8 — осушитель газа; 9 — подогреватель газа; 10 — баллон с углекислым газом; 11 — сварочный выпрямитель (или генератор); 12 — пульт управления.

Сварку в углекислом газе выполняют во всех пространственных положениях, вертикальные и потолочные швы выполняют на малых токах и проволокой небольшого диаметра.

Параметрами режима сварки в углекислом газе являются род и полярность тока, диаметр электродной проволоки, величина сварочного тока, напряжение дуги, расход углекислого газа, вылет и наклон электродной проволоки по отношению к свариваемому изделию.

При сварке применяют постоянный ток обратной полярности. Величину сварочного тока и диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от толщины металла и положения шва в пространстве. В табл. 1 показаны приемы перемещения конца электродной проволоки при сварке стыкового соединения в нижнем положении.

Таблица 1. Приёмы перемещения электродной проволоки при сварке соединения в нижнем положении

Слой шва

Приёмы перемещения электродной проволоки

Ориентировочные размеры колебаний электродной проволоки, мм

Особенности сварки в углекислом газе и материалы

Преимущества сварки в углекислом газе. Преимущество этого вида сварки перед сваркой под флюсом состоит в том, что сварщик может наблюдать за ходом процесса и горением дуги, которая не закрыта флюсом; не нужны приспособления для подачи и отсоса флюса, усложняющие сварочное оборудование; отпадает необходимость в последующей очистке швов от шлака и остатков флюса, что особенно важно при многослойной сварке.

Основными достоинствами способа сварки в углекислом газе являются:

1. Хорошее использование тепла сварочной дуги, вследствие чего обеспечивается высокая производительность сварки.

2. Высокое качество сварных швов.

3. Возможность сварки в различных пространственных положениях с применением аппаратуры для полуавтоматической и автоматической сварки.

4. Низкая стоимость защитного газа.

5. Возможность сварки металла малых толщин и сварки электрозаклепками.

6. Возможность сварки на весу без подкладки.

Коэффициент наплавки при сварке в углекислом газе выше, чем при сварке под флюсом. При сварке постоянным током прямой полярности этот коэффициент в 1,5-1,8 раза выше, чем при обратной полярности. Процесс сварки отличается высокой производительностью, достигающей 18 кг/ч наплавленного металла. Скорость сварки достигает 60 м/ч. Производительность сварки в углекислом газе в 1,5-4 раза выше, чем производительность ручной сварки покрытыми электродами, и в 1,5 раза выше, чем при сварке под флюсом.

Стоимость наплавки 1 кг металла при сварке в углекислом газе в 2-2,5 раза меньше, чем при ручной сварке, и на 10-20% меньше, чем при автоматической сварке под флюсом.

Наибольшее применение сварка в углекислом газе нашла в судостроении, в машиностроении, при сварке трубопроводов, в том числе магистральных, при выполнении монтажных работ, изготовлении котлов и аппаратуры из теплоустойчивых и легированных сталей, заварке дефектов стального литья, наплавке и др.

Металлургические процессы при сварке в углекислом газе. При высокой температуре дуги молекулы углекислого газа расщепляются (диссоциируют) на СО и О по реакции СО₂-СО+О. Образующаяся СО в свою очередь диссоциирует на С и О по реакции С0-С + 0. Атомарный кислород (О) обладает высокой химической активностью и способен окислять все элементы, входящие в состав проволоки и основного металла.

Исследования показали, что температура капель жидкого металла в зоне дуги составляет 2150-2350° С, а температура газа - 2900° С. Температуры же в сварочной ванне ниже и составляют: металла 1700° С и газа 2300° С. Как известно, чем выше температура, тем реакции окисления идут интенсивнее. Поэтому при сварке в углекислом газе в большей степени происходит выгорание (окисление) элементов, содержащихся в электродной проволоке, и в меньшей степени - элементов основного металла. При таком распределении температур большая часть углекислого газа (60%) расщепляется на окись углерода и кислород в зоне дуги и меньшая (15%) - в месте контакта с ванной.

При указанных условиях в зоне сварки протекают следующие реакции окисления элементов и восстановления их из окислов:

Выделение газообразной окиси углерода (СО) из жидкого металла вызывает «кипение» сварочной ванны и приводит к образованию пор. При сварке в углекислом газе пористость шва может возникнуть в результате: 1) недостатка элементов — раскислителей (кремния, марганца и др.) в проволоке; 2) присутствия ржавчины и окалины, попадающих с кромок металла и проволоки в ванну; 3) повышенного содержания влаги в углекислом газе; 4) попадания в зону сварки азота из воздуха при недостаточной защите дуги углекислым газом.

Для повышения количества марганца и кремния в металле шва, уменьшающихся в результате угара, и подавления реакции окисления углерода при сварке в углекислом газе применяют электродную проволоку с повышенным содержанием марганца и кремния. При сварке низко- и среднеуглеродистых сталей содержание в металле шва кремния более 0,2% и марганца более 0,4% предупреждает образование пор.

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%.

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. Углекислый газ бесцветен, неядовит. При давлении 760 мм рт. ст. плотность углекислого газа 1,98 кг/м 3 . При температуре 31° С и давлении 75,3 кгс/см 2 углекислый газ сжижается. Давление сжижения уменьшается при понижении температуры. При минус 78,5° С углекислый газ переходит в жидкость при атмосферном давлении (760 мм рт. ст.). Испарение 1 кг жидкой углекислоты дает 505 дм 3 углекислого газа (при 0° и 760 мм рт. ст.). Хранят и транспортируют углекислый газ в стальных баллонах под давлением 60-70 кгс/см 2 . Баллоны окрашены в черный цвет и имеют надпись желтого цвета «Углекислота». В стандартный баллон емкостью 40 дм 3 вмещается 25 кг жидкой углекислоты, которые при испарении дают 12 625 дм 3 газа. Жидкая кислота занимает 60-80% объема баллона, остальной объем заполнен газом.

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:

Характеристики	I сорт	II сорт
Содержание двуокиси углерода, % по объему, не менее	99,5	99,0
Содержание водяных паров в углекислом газе: при нормальных условиях (давлении 760 мм рт. ст., температуре °C), г/м 3 , не более точка россы, °С, не выше	0,178 -34	0,515 -24

В отличие от пищевого и технического углекислого газа сварочный углекислый газ испытывается на содержание СО₂ 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.

Автор: Администрация

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

Билеты экзамена по проверке знаний специалистов сварочного производства 2 уровень

1. Дуга возбуждается и горит между электродной проволокой и флюсом, в расплавленном состоянии за-крывающим сварочную ванну.

2. Теплота необходимая для расплавления кромок свариваемых металлов выделяется за счет преобра-зования электрической энергии в тепловую при прохождении тока через расплавленный флюс.

3. Дуга возбуждается и горит между электродной проволокой и изделием, место сварки которого нахо-дится под слоем флюса.

ВОПРОС 2

В какой из частей слитка в большей степени наблюдается химическая неоднородность по сечению?

1. В нижней части слитка.

2. В средней части слитка.

3. В верхней части слитка.

ВОПРОС 3

От чего зависит возникновение закалочных структур рядом со сварным швом при сварке углеродистых сталей?

1. Содержанием углерода в основном металле.

2. Медленным охлаждением детали

3. Недостаточно высокой скоростью сварки.

ВОПРОС 4

В какой стали в структурном составе может быть цементит?

1. Встали с содержанием углерода 0,2 % вес.

2. Встали содержанием углерода 0,6 % вес.

3. Встали с содержанием углерода 0,9 % вес.

ВОПРОС 5

До какой температуры т должна быть нагрета сталь при среднем отпуске?

2. До 6000 — 6500 С

ВОПРОС 6

Какая химическая реакция приводит к окислению капель электродного металла на воздухе?

1. Окисление железа кислородом воздуха.

2. Окисление железа за счет восстановления других металлов, имеющих большее сродство к кислороду.

3. Окисление железа за счет углекислого газа.

ВОПРОС 7

Укажите правильное наименование источников постоянного тока?

1. Сварочные выпрямители, преобразователи и агрегаты.

2. Инверторы, умформеры.

ВОПРОС 8

Укажите правильную формулу закона Ома для полной цепи?

1. U = I / (R + r) напряжением, током и сопротивление внешнее и внутреннее соответственно.

ВОПРОС 9

Требуется ли блокировка осциллятора, встроенного внутри шкафа сварочной установки при снятом кожухе?

3. Не регламентируется документацией по технике безопасности.

ВОПРОС 10

После выполнения подготовки деталей и сборочных единиц под сварку какие необходимо контролировать параметры?

1. Форму, размеры и качество подготовки кромок; правильность выполнения переходов от одного сече-ния к другому; другие характеристики и размеры, контроль которых предусмотрен ПКД или ПТД.

2. Форму и размеры расточки или раздачи труб; качество зачистки подготовленных под сварку кромок и прилегающих к ним поверхностей деталей и сборочных единиц.

3. Все параметры, указанные в п.п. 1 и 2.

ВОПРОС 11

Что включает входной контроль качества сварочных (наплавочных) материалов?

1. Проверку документации, упаковки, внешнего вида и данных по разрушающему контролю наплав-ленного металла (металла шва).

2. Проверку сварочно-технологических свойств.

3. Металлографический анализ наплавленного металла.

ВОПРОС 12

Допускается ли выводить кратер и возбуждать дугу на основном металле за пределами шва?

2. Не допускается.

3. Требование не регламентируется.

ВОПРОС 13

Как влияет длина дуги на устойчивость ее горения?

1. С увеличением длины дуги устойчивость горения снижается.

2. С увеличением длины дуги устойчивость горения увеличивается.

3. Не оказывает практического влияния.

ВОПРОС 14

Укажите требования, предъявляемые к качеству поверхности проволоки сплошного сечения?

1. Разрешается применять в состоянии поставки.

2. Поверхность проволоки должна быть чистой, без окалины, ржавчины, масла, смазки и грязи.

3. Поверхность проволоки должна быть очищена от смазки, грязи и масла.

ВОПРОС 15

С какой целью применяют импульсно-дуговой способ сварки плавящимся электродом?

1. Для управления переносом металла с электрода в сварочную ванну в различных пространственных положениях.

2. Для регулирования прославляющим действием дуги при сварке конструкций.

3. Для уменьшения образования дефектов в виде пор, трещин и шлаковых включений.

ВОПРОС 16

С какой целью в сварочные проволоки для сварки в углекислом газе вводят кремний и марганец?

1. Для легирования металла шва и повышения прочностных свойств.

2. Для раскисления металла и устранения вредного влияния кислорода в результате диссоциации угле-кислого газа.

3. Для связывания вредных примесей и улучшения пластичности металла шва.

ВОПРОС 17

Укажите влияние полярности тока при автоматической сварки под флюсом на глубину проплавления металла?

1. На прямой полярности глубина провара на 40-50% больше, чем при сварке на обратной.

2. На обратной полярности глубина провара на 40-50% больше, чем при сварке на прямой.

3. Изменение полярности не оказывает влияния на глубину провара и форму шва.

ВОПРОС 18

Какие существуют основные способы электрошлаковой сварки и наплавки?

1. Сварка с применением проволочных электродов, плавящихся мундштуков, электродов большого се-чения и ленточных электродов.

2. Сварка с применением одного электрода и многоэлектродная.

3. Сварка с применением кристаллизаторов и водяного душа.

ВОПРОС 19

..Что обозначает в маркировке электродов буква “Э” и цифры, следующие за ней?

1. Марку электрода и номер разработки.

2. Тип электрода и гарантируемый предел прочности наплавленного ими металла в кг/ мм2..

3. Завод-изготовитель и номер плавки.

ВОПРОС 20

Какие из указанных материалов наиболее легко могут быть подвергнуты кислородной резке?

1. Низкоуглеродистая сталь.

2. Высоколегированная сталь.

ВОПРОС 21

Как зависит количество выделенной теплоты в проводнике при увеличении тока?

1. Зависит только от сопротивления и не зависит от величины тока.

2. Зависит прямо пропорционально от тока.

3. Зависит пропорционально квадрату тока.

ВОПРОС 22

В каком месте выделяется максимальное количество теплоты при контактной электрической сварке?

1. В контактах между изделием и зажимными губками.

2. В изделиях при прохождении тока.

3. В контакте между свариваемыми изделиями (деталями).

ВОПРОС 23

Какая полярность тока применяется для сварке аустенитными электродами теплоустойчивых сталей?

1. Обратная (плюс на электроде).

2. Обратная (минус на электроде).

3. Прямая (плюс на электроде).

ВОПРОС 24

Что называют прожогом?

1. Сквозное отверстие в сварном шве.

2. Цилиндрическое углубление в сварном шве.

3. Воронкообразное углубление в металле шва.

ВОПРОС 25

Что представляет собой процесс релаксации напряжений при высоких температурах?

1. Процесс перехода упругой деформации в пластическую при условии постоянства суммарной дефор-мации нагруженного элемента конструкции.

2. Процесс уменьшения упругой деформации под действием переменной нагрузки.

3. Процесс уменьшения пластической деформации под действием постоянной нагрузки.

ВОПРОС 26

Укажите наиболее правильное определение понятия свариваемости?

1. Технологическое свойство металлов или их сочетаний образовывать в процессе сварки соединения, обеспечивающие прочность и пластичность на уровне основных материалов.

2. Металлургическое свойство металлов, обеспечивающее возможность получения сварного соединения с общими границами зерен околошовной зоны и литого шва.

3. Технологическое свойство металлов или их сочетаний образовывать в процессе сварки соединения, отвечающие конструктивным и эксплуатационным требованиям к ним.

ВОПРОС 27

Что называют наплывом в сварном соединении?

1. Дефект в виде металла, натекшего на поверхность сваренного металла и не сплавившегося с ним.

2. Неровности поверхности металла шва или наплавленного металла.

3. Несплавление валика металла шва с основным металлом.

ВОПРОС 28

Какое напряжение считается безопасным в сырых помещениях?

ВОПРОС 29

На каком расстоянии должны располагаться кабели электросварочных машин от трубопроводов и шлан-гов ацетилена и других горючих газов?

3. Не менее 10 м.

ВОПРОС 30

Нормированное задание может исчисляться:

3. Нормо-часах или нормо-рублях.

Для перехода на следующую страницу воспользуйтесь постраничной навигацией ниже

Дуговая сварка в защитных газах

Дуговая сварка в защитных газах имеет высокую производительность, легко поддается автоматизации и позволяет выполнять соединение металлов без применения электродных покрытий и флюсов. Этот способ сварки нашел широкое применение при изготовлении конструкций из сталей, цветных металлов и их сплавов. Классификация способов дуговой сварки в защитных газах приведена на рисунке.

Классификация видов дуговой сварки в защитных газах

Дуговая сварка в защитных газах может быть выполнена плавящимся и неплавящимся (вольфрамовым) электродами.

Для защиты зоны сварки используют инертные газы гелий и аргон, а иногда активные газы — азот, водород и углекислый газ. Применяют также смеси отдельных газов в различных пропорциях. Такая газовая защита оттесняет от зоны сварки окружающий воздух. При сварке в монтажных условиях или в условиях, когда возможно сдувание газовой защиты, используют дополнительные защитные устройства. Эффективность газовой защиты зоны сварки зависит от типа свариваемого соединения и скорости сварки. На защиту влияет также размер сопла, расход защитного газа и расстояние от сопла до изделия (оно должно быть 5— 40 мм).

Преимущества сварки в защитных газах следующие:

нет необходимости применять флюсы или покрытия, следовательно, не требуется очищать швы от шлака;
высокая производительность и степень концентрации тепла источника позволяют значительно сократить зону структурных превращений;
незначительное взаимодействие металла шва с кислородом и азотом воздуха;
простота наблюдения за процессом сварки;
возможность механизации и автоматизации процессов.

Иногда применяют двойную защиту сварочной дуги (комбинированную). Надежность защиты зоны сварочной дуги зависит от теплофизических свойств и расхода газа, а также от конструктивных особенностей горелки и режима сварки. Подаваемые в зону сварочной дуги защитные газы влияют на устойчивость дугового разряда, расплавление электродного металла и характер его переноса. Размер капель электродного металла уменьшается с увеличением сварочного тока, а увеличение глубины проплавления с увеличением сварочного тока связано с более интенсивным вытеснением жидкого металла из-под электрода вследствие давления сварочной дуги.

При сварке плавящимся электродом дуга горит между изделием и расплавляемой сварочной проволокой, подаваемой в зону сварки. По сварке неплавящимся электродом (вольфрамовые прутки) сварочная дуга может быть прямого или косвенного действия. Разновидностью сварочной дуги косвенного действия может быть дуга, горящая между вольфрамом, и беспрерывно подаваемой в зону дуги сварочной проволокой.

Защитное свойство струи инертного газа зависит от чистоты газа, параметров струи и режима сварки. Одним из наглядных способов оценки защитных свойств является определение диаметра зоны катодного распыления при возбуждении дуги переменного тока между вольфрамовым электродом и свариваемым металлом. В период, когда катодом является свариваемый металл, происходит вырывание частиц металла с поверхности сварочной ванны и соседних зон относительно холодного металла.

Степень катодного распыления зависит главным образом от массы положительных ионов, которые в процессе сварки бомбардируют катод. Например, в среде аргона наблюдается более интенсивное катодное распыление, чем в среде гелия. По убывающей склонности к катодному распылению металлы располагают в следующем порядке: Мg, Аl, Si, Zn, W, Fe, Ni, Рt, Сu, Вi, Sn, Sb, Рb, Аg, Cd.

Сварочную дугу в защитных газах можно классифицировать по следующим основным признакам:

применяемому для защиты зоны сварки газу — активному или нейтральному;
способу защиты зоны сварки — одиночным газом, смесью газов или комбинированным;
применяемому для сварки электроду — плавящемуся или неплавящемуся;
применяемому току — постоянному или переменному.

Сварка неплавящимся электродом

Условием стабильного горения дуги при дуговой сварке в защитной среде инертных газов на переменном токе является регулярное восстановление разряда при смене полярности. Потенциал возбуждения и ионизации инертных газов аргона и гелия выше, чем у кислорода, азота и паров металла, поэтому для возбуждения дуги переменного тока требуется источник питания с повышенным напряжением холостого хода. Сварочная дуга в среде инертных газов (аргона или гелия) отличается высокой стабильностью и для ее поддержания требуется небольшое напряжение. Высокая подвижность электронов обеспечивает достаточное возбуждение и ионизацию нейтральных атомов при столкновении с ними электронов.

В том случае, когда катодом является вольфрам, дуговой разряд происходит главным образом за счет термоэлектронной эмиссии благодаря высокой температуре плавления и относительно низкой теплопроводности вольфрама, что обусловливает неодинаковые условия горения дуги при прямой и обратной полярности. При обратной полярности (изделие является катодом — минус) напряжение при возбуждении дуги должно быть больше, чем при прямой полярности. Поэтому из-за значительной разницы в свойствах вольфрамового электрода и свариваемого металла кривая напряжения дуги имеет не симметричную форму, а в ней появляется постоянная составляющая, которая вызывает появление в сварочной цепи постоянной составляющей тока. Постоянная составляющая тока в свою очередь создает постоянное магнитное поле в сердечнике трансформатора и дросселя, что приводит к уменьшению мощности сварочной дуги и ее устойчивости. Появление в цепи постоянной составляющей тока не обеспечивает нормального ведения процесса сварки и особенно при сварке алюминиевых сплавов, так как сварочная ванна даже при небольшом содержании кислорода и азота покрывается тугоплавкой пленкой окислов и нитридов, которые препятствуют сплавлению кромок и формированию шва.

Очищающее действие сварочной дуги при сварке переменным током проявляется в те полупериоды, когда катодом является изделие благодаря катодному распылению, так как в этом случае происходит разрушение окисной и нитридной пленок.

При обратной полярности применяют низкие плотности тока, а практически такая дуга не применяется. При прямой полярности тепла выделяется меньше на электроде, так как его значительная часть расходуется на плавление свариваемого металла.

Сварка плавящимся электродом

При дуговой сварке плавящимся электродом в среде защитных газов геометрическая форма сварного шва и его размеры зависят от мощности сварочной дуги, характера переноса металла через дуговой промежуток, а также от взаимодействия газового потока и частиц металла, пересекающих дуговой промежуток, с ванной расплавленного металла.

В процессе сварки на поверхность сварочной ванны оказывает давление столб дуги за счет потока газов, паров и капель металла, вследствие чего столб дуги погружается в основной металл, увеличивая глубину проплавления. Поток газов и паров металла, направляемый от электрода в сварочную ванну, создается благодаря сжимающему действию электромагнитных сил. Сила воздействия сварочной дуги на ванну расплавленного металла характеризуется ее давлением, которое будет тем больше, чем концентрированнее поток газа и металла. Концентрация потока металла увеличивается с уменьшением размера капель, который определяется составом металла, защитного газа, а также направлением и величиной сварочного тока.

Сварочная дуга, образованная в результате плавления электрода в среде инертных газов, имеет форму конуса, столб которой состоит из внутренней и внешней зоны. Внутренняя зона имеет яркий свет и большую температуру.

Во внутренней зоне происходит перенос металла, и ее атмосфера заполнена святящимися парами металла. Внешняя зона имеет менее яркий свет и представляет собой ионизированный газ.

Металлургия сварки в защитных газах

Газы по защитному свойству расплавленного металла сварочной ванны от воздействия азота и кислорода воздуха подразделяются на инертные и активные.

К инертным газам относятся аргон и гелий, которые практически не взаимодействуют с расплавленным металлом сварочной ванны.

К активным газам относятся углекислый газ, азот, водород и кислород.

Активные газы по своему химическому взаимодействию с расплавленным металлом сварочной ванны могут быть нейтральными и реагирующими. Например, азот по отношению к меди является нейтральным газом, т. е. не образует с медью никаких химических соединений. Активные газы и продукты их распада в процессе дугового разряда, т. е. во время сварки, могут соединяться с расплавленным металлом сварочной ванны и растворяться в нем, из-за чего резко снижаются механические свойства сварного шва, а его химический состав не будет соответствовать установленным требованиям стандартов. Однако следует отметить, что некоторые растворимые в металле активные газы не всегда бывают вредными примесями.

Например, азот в углеродистых сталях является вредной примесью (образуются нитриды), из-за чего резко снижаются механические свойства сварного шва и стойкость к старению, тогда как в сталях аустенитного класса азот является полезной добавкой. При аргонодуговой сварке углеродистых сталей для поддува можно применять не только аргон или углекислый газ, но и азот, если в сварочную ванну будут введены элементы-раскислители в виде кремния и марганца. Поэтому выбор газа и присадочного материала должны обеспечивать заданные механические свойства, химический состав и структуру сварного шва. При сварке в защитной среде инертных газов расплавленный металл сварочной ванны изолирован от воздействия кислорода и азота воздуха; поэтому металлургические процессы могут происходить между элементами, содержащимися только в расплавленном металле сварочной ванны.

Так, например, если в сварочной ванне содержится некоторое количество кислорода в виде закиси железа РеО, то при наличии достаточного количества углерода будет образовываться нерастворимая в металле окись углерода [C] + [O] = CO,

Вследствие того, что расплавленный металл сварочной ванны кристаллизуется, а газ выйти не успевает, то в нем будут образовываться поры.

Расплавленный металл сварочной ванны может насыщаться кислородом, находящимся в инертном газе, в виде Свободного кислорода и паров воды. Поэтому для подавления реакции окисления углерода в период кристаллизации расплавленного металла сварного шва в сварочную ванну через присадочный материал должны быть введены элементы-раскислители в виде кремния и марганца. При сварке легированных сталей, имеющих в своем составе необходимое количество раскислителей, реакция образования окиси углерода подавляется. Таким образом, при сварке в защитных газах для подавления образования окиси углерода, способной образовывать поры в сварном шве и устранения азотирования сварного шва, необходимо в сварочную ванну ввести элементы-раскислители.

При сварке в защитной среде углекислого газа последний, защищая расплавленный металл сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, сам в свою очередь, разлагаясь в дуговом разряде, является окислителем металла

где FеО — закись железа, растворяющаяся в железе.

Таким образом, как и при сварке в защитной среде инертных газов, в этом случае образуется окись углерода, которая в процессе кристаллизации металла сварочной ванны создает в нем поры. Для подавления образования окиси углерода (СО) через присадочную проволоку в расплавленный металл сварочной ванны вводятся элементы-раскислители — кремний и марганец.

Все о сварке в углекислом газе

Сварочный процесс с применением углекислого газа относят к разновидности сварки, выполняемой под защитой флюса. Такой тип работ чаще всего осуществляют плавящимися электродами, и этот метод нашёл применение в сфере проведения различного типа монтажных работ, а также используется при ремонте или для восстановления деталей с тонкими стенками.

Особенности

Согласно требованиям ГОСТ, сварка в углекислом газе выполняется автоматическими или полуавтоматическими сварочными устройствами, которые оснащены горелками, выделяющими углекислотную смесь из сопла. При проведении сварки в углекислой среде важно учитывать, что любые нестандартные держатели должны выдерживать радиальное истечение газа по отношению к оси электрода.

Сущность процесса сварки состоит в том, что работы ведутся под защитой углекислого газа.

Перед проведением работ и пропусканием сварочной проволоки в дюритовый шланг, конец прутка требуется завальцовывать, а сам шланг обязательно проверяют на отсутствие утечек и перегибов, так как в системе должно быть давление для равномерной подачи газа. Такие требования ГОСТ должны соблюдаться неукоснительно. Если не придерживаться установленного режима, то оборудование быстро выйдет из строя, а качество сварки будет неудовлетворительным.

Перед тем как приступить к выполнению сварочных работ, требуется определить нужный для обеспечения качественного сварочного шва диаметр проволоки, чтобы он соотносился с толщиной стыкуемых между собой заготовок, а также выбрать режим сварки. Согласно выбранному режиму сварки, потребуется определить расход углекислого газа и проверить уровень давления в газовом баллоне. Для получения разряда электрической сварочной дуги выполняют касание концом сварочной проволоки к поверхности рабочей области заготовок, тогда как выпуск проволоки производят при помощи нажатия кнопки пуска, расположенной на держателе.

В процессе сварки устойчивость электродуги, стойкость её защиты от окисляющего действия кислорода, а также быстрота остывания металла и форма сварочного шва напрямую зависят от правильного перемещения и наклона горелки аппарата относительно рабочей поверхности заготовок.

При сварке с применением углекислой среды улучшается качество сварного шва, снижается напряжение металла после выполнения работ, а также гарантируется прочность соединения между собой заготовок.

Применение углекислоты позволяет следить за сварочным процессом, снижает степень загрязнения рабочей поверхности брызгами расплавленного металла, а также сводит к нулю появление дефектов в сварочных швах.

Способы

Автоматическое и полуавтоматическое оборудование для выполнения газоэлектросварки с применением углекислого газа может работать с неплавящимся (вольфрамовым) или плавящимся электродом. Применяя неплавящийся электрод, готовый сварной шов образуется путём оплавления кромочных частей заготовки, а также за счёт плавления поступающей в зону сварки присадочной проволоки. При работе с плавящимся электродом он оплавляется во время работы и формирует собой металлический материал для шва.

Для защиты сварочного шва в процессе работы могут быть применены инертные, активные и смешанные газы. Углекислый газ относят к группе активных газообразных веществ. Выбор газа напрямую зависит от физико-химического состава заготовок, а также исходя из требований, которые будут предъявлены к качествам сварного шва. Кроме того, газ для сварки выбирают исходя из экономической целесообразности.

Углекислый газ в этом случае является одним из наиболее выгодных с экономической точки зрения из-за низкой себестоимости.

Иногда активный углекислый газ смешивают с другими типами газа. Делают это для более высокой степени устойчивости сварочной дуги, а также для увеличения глубины проникновения в металл в процессе его плавления. Смесь газов с углекислотой увеличивает производительность сварочного процесса, а также усиливает степень перехода металла из сварочного электрода в стыковочный шов.

Рассмотрим наиболее распространенные способы применения углекислого газа для различных вариаций сварки.

Сочетание аргона и 25% углекислой смеси. Такой состав используют для работы с плавящимися электродами. Добавление к аргону углекислоты позволяет работать с высокоуглеродистыми металлами без образования внутри шва пористой структуры. Кроме того, углекислый газ усиливает стабильность электродуги, повышает эффективность сварки на ветру, улучшает качество шва при работе с тонкостенными заготовками.
Сочетание аргона с 20% углекислоты и 5% кислорода. Такой газ применяют для работы с плавящимися электродами при сварке легированной или углеродистой стали. Газовая смесь повышает стабильное состояние электродуги, улучшает форму и качество шва и исключает появление пористости.
Сочетание углекислой смеси и 20% кислорода. Этот состав применяют для сварки плавящимся электродом при соединении заготовок из углеродистой стали. Газовая смесь обладает хорошей оксидной способностью, стимулирует глубокое проникновение электродуги вглубь металла, создает шов хорошей формы и исключает появление пористости.

Для выполнения сварочных работ защитная углекислая смесь в область сварки может поступать центрально или сбоку, если скорость сварки достаточно высокая.

Чтобы сэкономить расход дорогих инертных газов, их потоки разделяют, причём внутренний поток – это инертный газ, а более широкий наружный – это всегда более дешёвый углекислый газ.

Применяемые материалы и оборудование

Так как сварочный процесс с применением углекислого газа осуществляется автоматическим или полуавтоматическим оборудованием, то выбор расходных материалов будет зависеть от выбора режима и метода выполнения этих работ.

Углекислый газ

В составе газа – углекислота, газообразное вещество, не обладает цветом, запахом и нетоксично. Для сварочного процесса используют баллоны чёрного цвета, срок годности такой ёмкости с момента проведения её первой аттестации составляет 20 лет. Баллоны имеют рабочее давление, равное 70 кгс/ см², а их объём равен 40 л, что соответствует 25 кг жидкого углекислого вещества. Примерно 80-99% баллона занимает углекислота, а остальная часть приходится на долю углекислого газа.

Для маркировки на чёрном фоне баллона делают надпись жёлтого цвета «Углекислота».

Для выполнения высококачественных сварочных работ применяют концентрацию углекислоты не менее 98%, а для наиболее ответственных участков берут 99%-ный состав. Чем выше содержание углекислоты в газе, тем больше разбрызгивается жидкий металл в процессе сварки. Для устранения этого побочного эффекта применяют специальные осушители, выполненные из силикагеля, алюминия либо купороса, которые удаляют избыток влаги.

Сварочная проволока

Следующим важным материалом, необходимым для сварки, является электрод. Для работы в среде углекислого газа применяются специальные виды электродов. Дело в том, что сварочная проволока, которая используется для работ под прикрытием флюса, не может быть применима в процессе сварки в углекислой среде. Для выполнения сварки с двуокисью углерода применяют электроды, в которых имеется повышенное содержание кремния и марганца. Эти металлы легируют сварочную проволоку, делая её более прочной. Толщина электрода зависит от типа аппарата, которым будет выполняться сварка, а также от толщины стыкуемых заготовок.

Выбирая электроды, нужно обратить внимание на то, чтобы их поверхность была чистой, не имела следов коррозии и окалины.

Если в электроде будут посторонние включения, то это отразится на качестве шва, ослабляя его возникновением пористости. Кроме того, электроды с примесями будут способствовать разбрызгиванию жидкого металла. Если требуется очистить электроды перед работой, их можно протравить в растворе серной кислоты 20% концентрации. После травления проволоку нужно прокалить в печи.

Другие

Для выполнения сварки нужны и другие комплектующие. Перечень их выглядит примерно так:

сварочный аппарат;
трансформатор или инвертор в качестве источника переменного тока;
газовый баллон и кислородный редуктор;
подающее газ устройство, куда установлен газовый клапан;
осушитель (подогреватель) углекислого газа – используется как промежуточное приспособление, соединяющее баллон с горелкой;
газовая горелка, укомплектованная комплектом кабелей и дюритовыми шлангами.

Чтобы качественно выполнить сварочные работы, необходимо заранее подготовить все необходимые расходные материалы и проверить исправность рабочего оборудования.

Расход

В газовом баллоне содержится объём углекислой смеси, которого хватает на 16-20 часов непрерывной работы. Расход углекислого газа напрямую зависит от интенсивности его подачи и объёма сварочных работ.

Перед тем как начать сварочные работы, баллон с газом требуется поставить вертикально и выждать время, чтобы избыток влаги естественным путем мог опуститься на дно ёмкости.

До работы и в процессе её выполнения нужно следить за тем, чтобы давление внутри ёмкости не падало ниже показателя, равного 4-5 кгс/см². Если показатели упадут ниже этих цифр, работу придётся остановить, так как в газовой смеси будет содержаться большое количество влаги, что снизит качество сварочного шва.

Для контроля за расходом углекислой смеси и уровнем её давления на баллоне устанавливают специальный редуктор-расходомер. Наиболее распространены в настоящее время редукторы марок АР-150 и АР-40. Расход углекислого газа регулируют понижающим действием редуктора – это приспособление при необходимости снижает внутреннее давление в баллоне до 0,5 атм, что позволяет экономно расходовать углекислый газ при выполнении сварочных работ. Другими словами, давление на входе в редуктор равно давлению в баллоне, и это показывает входной манометр. С помощью регулировочного винта, мембраны и пружин внутри редуктора давление снижается до 0,5 ати (атмосфер избыточных), что показывает манометр на выходе, или 1,5 ата (атмосфер абсолютных). На самом баллоне есть клапан, который регулирует расход, как водопроводный кран в вашем умывальнике. Таким образом, давление одно, а расход может быть разным.

По мере расхода находящегося в баллоне газа, давление снижается и начинается испарение жидкой углекислоты, т.е. переход из жидкого состояния в газ. Это требует определенной энергии, поэтому газ имеет низкую температуру (как в морозилке вашего холодильника). Для того, чтобы находящиеся в газе частицы влаги не замерзли и не закупорили отверстие редуктора, газ подогревают.

Технология

Для того чтобы правильно варить заготовки в домашних условиях, важно соблюдать основные параметры режима сварки и действовать по схеме. Для начинающих сварщиков может оказаться полезной следующая пошаговая инструкция выполнения работ:

определить полноту заправки баллона с углекислым газом, чтобы рассчитать время работы;
поместить присадочный припой в подающий механизм;
проверить исправность роликов, которые нужно подобрать исходя из размеров сварочной проволоки;
разложить механизм подачи проволоки путём нажатия кнопки управления;
дождаться выхода проволоки из открытого конца горелки;
подсоединить баллон с газом с помощью шлангов, места соединений затянуть хомутами;
зачистить рабочую поверхность заготовок от загрязнений, снять небольшую краевую фаску материала;
выполнить на отходах металлической стружки пробный вар для настройки параметров аппарата;
установить горелку под углом 85° относительно заготовки;
сформировать электродугу и вести её так же, как и при ручной сварке – во время подачи газа металл перестанет брызгать;
закончив формирование шва, отключить подачу электротока на аппарате;
остановить подачу сварочной проволоки;
после начала кристаллизации поверхности сварочного шва перекрыть подачу газа.

Сварка заготовок с применением углекислого газа является одной из наиболее востребованных.

Технология выполнения этой операции зависит от выбранного режима работы сварочного аппарата и его параметров. Результатом выполнения работ будет качественный, ровный и прочный шов, имеющий защиту от коррозии металла.

О сварке электродом в углекислом газе смотрите далее.

Читайте также: