Сущность сварки в углекислом газе

Сущность сварки в углекислом газе

Сущность способа сварки в среде углекислого газа. Сварка в среде углекислого газа (СО2) является разновидностью дуговой сварки. Схема сварочного процесса приведена на рис. 10.9.

Рис. 10.9. Способ сварки в среде СО2

1 – сварочная проволока; 2 – токоведущий мундштук; 3 – сопло; 4 – струя защитного газ; 5 – сварочная дуга; 6 – сварочная ванна; 7 – шов

Сварка производится голой сварочной проволокой диаметром 1,4…2 мм, которая подается через токоведущий мундштук. В зону сварки через сопло поступает углекислый газ, струя которого, обтекая сварочную дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха.

Электродная проволока подается непрерывно в зону сварки со скоростью плавления. Сварочная горелка перемещается вдоль свариваемых кромок, в результате чего совершается процесс сварки с образованием шва. Сварку производят на постоянном токе обратной полярности (плюс на электроде).

Различают механизированную и автоматическую сварки. В первом случае механизирована подача проволоки, а горелка перемещается сварщиком вручную. В случае автоматической сварки механизированы подача проволоки и перемещение сварочной горелки.

Углекислый газ является химически активным газом, поэтому для сварки применяют проволоку марок Св-08Г2С или Св-08ГС, содержащих в своем составе раскислители кремний и марганец.

Основные достоинства сварки в среде СО2:

– обеспечивает получение высококачественных сварных соединений из различных металлов при высокой производительности по сравнению с ручной дуговой сваркой благодаря применению высокой плотности тока (100…200 А/мм 2 );

– высокое качество сварного шва;

– лучшие условия труда;

– в отличие от сварки под слоем флюса возможно визуальное наблюдение за процессом горения дуги и образования шва, что особенно важно при механизированной сварке;

– в отличие от сварки под слоем флюса не требует приспособлений для удержания флюса, поэтому возможна сварка как нижних, так и вертикальных и горизонтальных швов.

К недостаткам следует отнести возможность сдувания струи газа ветром или сквозняком, что ухудшает защитное действие газа и качество шва; необходимость защищать рабочих от излучения дуги и от опасности отравления при сварке в замкнутом пространстве. Кроме того, сварка в углекислом газе возможна только при постоянном токе и дает менее гладкую поверхность шва, чем сварка под флюсом.

Оборудование поста для сварки в среде углекислого газа. Для механизированной сварки в среде углекислого газа применяются полуавтоматы отечественного производства марок ПДГ-516, ПДГ-508, ПДГ-415, ПДГ-252 и др., а также полуавтоматы зарубежных фирм. Сварочные полуавтоматы имеют в своем составе примерно одинаковые функциональные блоки и отличаются друг от друга лишь мощностью и конструктивным исполнением. В качестве примера представлен пост механизированной сварки в углекислом газе полуавтоматом ПДГ-516, блок-схема которого представлена на рис. 10.10.

Сварочная проволока подается в зону сварки подающим механизмом, состоящим из двигателя постоянного тока, редуктора и двух пар роликов-шестерен с гладкими коническими канавками. Рычажным механизмом верхние ролики прижимаются к нижним. Сварочная проволока из кассеты подается роликами-шестернями через шланг в сварочную горелку. Сюда же подаются сварочный ток через кабель от выпрямителя и углекислый газ из баллона с углекислотой. Для сварки в углекислом газе используются выпрямители с жесткой внешней характеристикой марок ВС-300, ВДГ-301 и др. (в процессе сварки напряжение на дуге постоянно и не зависит от величины сварочного тока) или универсальные выпрямители ВДУ-504, ВДУ-506.

Рис. 10.10. Блок-схема полуавтомата для сварки в среде СО2:

1 – сварочная горелка; 2 – механизм подачи электродной проволоки;

3 – кассета с электродной проволокой; 4 – сварочные кабели; 5 – баллон

с углекислотой; 6 – подогреватель газа; 7 – редуктор-расходомер; 8 – кабель

управления; 9 – сварочный выпрямитель; 10 – осушитель газа

В баллоне сварочная углекислота находится в жидком состоянии. После испарения углекислый газ проходит через подогреватель, редуктор-расходомер, электрогазовый клапан и поступает в сварочную горелку. В случае применения несварочной (пищевой) углекислоты, с повышенным содержанием влаги, в газовую магистраль дополнительно включают осушитель. Испарение углекислоты проходит с поглощением тепла. Подогреватель повышает температуру углекислого газа, предотвращая замерзание редуктора. Редуктор-расходомер обеспечивает снижение давления газа до рабочего значения и контроль его расхода в процессе сварки.

Электрогазовый клапан представляет собой исполнительный механизм, открывающий и закрывающий подачу газа в сварочную горелку.

Блок управления сварочным полуавтоматом (БУСП) с электрогазовым клапаном расположен сзади подающего механизма и обеспечивает выполнение следующих операций:

– включение и выключение электрогазового клапана (выключение выполняется с регулируемой задержкой 1…5 с, что обеспечивает защиту жидкого металла вплоть до его затвердевания);

– включение и выключение электродвигателя подачи проволоки (скорость подачи проволоки регулируется резистором на панели блока управления);

– включение и выключение сварочного выпрямителя (выключение выполняется с регулируемой задержкой 0,5…3 с, что обеспечивает заварку кратера).

При нажатии выключателя на сварочной горелке происходит включение газового клапана и подача газа в зону сварки. Через 1 с включаются источник питания сварочной дуги и привод подачи электродной проволоки. При замыкании сварочной проволоки на изделие зажигается дуга.

При размыкании выключателя останавливается двигатель подачи электродной проволоки, происходит растяжка дуги и ее обрыв. Через 0,5…3 с выключается источник питания и через 1…5 с – газовый клапан (снимается напряжение со сварочной горелки и прекращается подача газа). Следующее включение происходит при нажатии кнопки на сварочной горелке.

Читайте также:  Корзиночки с вишней из песочного теста

Технические характеристики полуавтомата для сварки в углекислом газе ПДГ-516 с ВДУ-506 представлены в табл. 10.4.

Сварка в углекислом газе (сварка в С02) является одним из наиболее распространенных способов сварки. Она экономична, обеспечивает достаточно высокое качество швов, особенно при сварке низкоуглеродистых сталей, требует более низкой квалификации сварщика, чем ручная, позволяет выполнять швы в различных пространственных положениях. В качестве оборудования используются обычно полуавтоматы, но сварка может быть и автоматической. В международной практике способ сокращенно называется MAG (Metal Active Gas).

Схема процесса приведена на рис. 3.30. Защитный газ 1, выходя из сопла 4, вытесняет воздух из зоны горения. Сварочная проволока 2 подается вниз роликами 3, которые вращаются двигаРис. 3.30. Схема процесса сварки в защитных газах плавящимся электродом

телом подающего механизма. Подвод сварочного тока к проволоке осуществляется через скользящий контакт 5.

Учитывая, что С02 — активный газ и может вступать во взаимодействие с расплавленным металлом, сварка имеет ряд особенностей.

В зоне дуги углекислый газ диссоциирует:

Образовавшийся кислород взаимодействует с расплавленным металлом сварочной ванны с образованием оксида железа:

Окисление сварочной ванны ухудшает механические свойства шва и в первую очередь его пластичность. Для предотвращения этого процесса в сварочную ванну вводят элементы-раскислители, хорошо взаимодействующие с кислородом. Обычно это марганец и кремний. Раскислители выводят в шлак избыток кислорода и на участках сварочной ванны, имеющих пониженную температуру, восстанавливают железо из оксидов:

Введение раскислителей в сварочную ванну обычно осуществляется через проволоку. Поэтому при сварке в С02 используется сварочная проволока, легированная марганцем и кремнием. При сварке низкоуглеродистых сталей эго обычно проволока марки Св08Г2С, содержащая 0,08 % С, 2 % Мп и 1 % 81 (ГОСТ 2246-70), или проволоки С38П, 04811, состав которых приведен в 180 14341-2010.

Однако, несмотря на введение раскислителей, характеристики пластичности шва получаются ниже, чем при сварке под флюсом или ручной сварке электродами с основным покрытием. Поэтому сварку в С02 не рекомендуют использовать для ответственных конструкций, работающих при низких температурах в условиях переменных и ударных нагрузок.

Имеет свои особенности и перенос электродного металла при сварке в С02, что связано со специфическими свойствами углекислого газа — высокой теплопроводностью в области температур сварочной дуги и большими затратами теплоты на диссоциацию многоатомного газа С02. Это приводит к интенсивному отбору тепла с поверхности дуги и ее сжатию. Вследствие сжатия равнодействующая сила, приложенная к капле электродного металла, направлена вверх и препятствует ее переносу в сварочную ванну. При этом создаются условия для роста капли и ее асимметричного расположения по отношению к оси электрода, что часто приводит к выносу капли из зоны дуги.

Перенос электродного металла может осуществляться короткими замыканиями. При увеличении силы тока он переходит в крупнокапельный. Рассмотрим процесс подробнее. Перенос одной капли расплавленного металла можно разделить на шесть стадий (рис. 3.31).

Первая стадия — начало плавления проволоки и образование капли. По мере роста капли передача тепла от дуги к проволоке ухудшается. Скорость плавления проволоки (цпл) при этом уменьшается. Скорость же подачи проволоки (цпп) остается прежней. На короткий промежуток времени оп_п становится больше ц|1Л и капля приближается к изделию. Сила тока при этом достаточно стабильна (рис. 3.31, а).

Вторая стадия — касание капли сварочной ванны. Начинается режим короткого замыкания, ток растет. Капля в месте ее касания

Рис. 3.31. Стадии переноса одной капли электродного металла (в) и изменение силы тока при неуправляемом переносе (а) и при управляемом переносе по системе 5ТТ (6)

сварочной ванны вследствие большой плотности тока перегревается, в результате чего происходит выброс брызг.

Третья стадия — режим короткого замыкания, дуга гаснет, сварочный ток максимальный, капля максимально нагрета, уменьшаются силы поверхностного натяжения, удерживающие ее на конце проволоки, возрастают электродинамические силы.

Вследствие этого процесса на четвертой стадии между проволокой и каплей образуется перемычка, плотность тока в которой возрастает и которая разрывается с выбросом брызг (пятая стадия). Длина дуги восстанавливается, восстанавливается сила тока, капля переходит в сварочную ванну (шестая стадия). Затем цикл переноса капли повторяется.

Время переноса одной капли составляет 0,01. 0,002 с, т.е. за 1 с переносится 100. 500 капель (в зависимости от режима сварки). Поэтому сварщик не замечает моментов короткого замыкания и воспринимает дугу как горящую постоянно.

Рис. 3.32. Процесс зажигания дуги и переноса капли электродного

При увеличении силы сварочного тока капля может отрываться раньше, чем коснется ванны. В этом случае перенос короткими замыканиями переходит в крупнокапельный, при котором брызги дополнительно образуются при падении капли в сварочную ванну, а также при возможном выдувании капли из зоны сварки.

Различные стадии процесса переноса капли приведены на рис. 3.32. Внизу показана осциллограмма изменения силы тока за время переноса одной капли. Пики тока соответствуют коротким замыканиям.

Читайте также:  Как растянуть вязаный свитер в длину

Описанный процесс позволяет понять механизм разбрызгивания электродного металла.

Основными причинами брызг являются: перегрев нижней части капли при ее касании сварочной ванны; разрыв перемычки между каплей и проволокой, выдувание капли из зоны сварки; расплескивание сварочной ванны. Некоторые из описанных явлений представлены на рис. 3.33.

Возможно образование брызг и при нарушениях технологического процесса сварки. Например, при наличии на проволоке ржавчины, что приводит к частым взрывам крупных капель; при неправильном соотношении между параметрами режима сварки, когда проволока выбрасывается из зоны сварки нерасплавившимися частями. Аналогичные выбросы возможны и вначале сварки при плохих динамических характеристиках источника питания дуги.

На рис. 3.34 приведена зависимость потерь на разбрызгивание от силы сварочного тока для различных диаметров сварочной про-

Рис. 3.33. Последовательность переноса капли электродного металла: а — с расплескиванием сварочной ванны; б — с выдуванием капли из зоны

волоки. Для каждого диаметра проволоки существует область токов, при которых разбрызгивание максимально — эта область соответствует крупнокапельному переносу. Увеличивается разбрызгивание и при увеличении диаметра проволоки.

Повышенное разбрызгивание, которое достигает 10. 15 % от массы проволоки, является существенным недостатком сварки

Рис. 3.34. Зависимость потерь на разбрызгивание от силы сварочного тока при различных диаметрах проволоки (проволока Св08Г2С)

в СО2, так как ведет к перерасходу проволоки, требует дополнительных затрат на зачистку свариваемого металла и сопла горелки полуавтомата. Причем брызги при сварке в СО2 сильнее привариваются к металлу, чем при сварке покрытыми электродами, так как практически не покрыты шлаковой пленкой.

Улучшить процесс переноса электродного металла и уменьшить разбрызгивание позволяет введение в сварочную проволоку щелочных и щелочноземельных металлов (цезия, рубидия и др.), однако это существенно увеличивает стоимость сварочной проволоки и не всегда приемлемо для предприятий. Возможно также применение порошковых сварочных проволок (подробнее см. в 4.2).

В последнее время в связи с распространением инверторных источников питания, которые обладают значительно меньшей по сравнению с тиристорными инерцией реагирования силового блока на управляющий сигнал, появился ряд систем управления переносом в процессе сварки в СО2.

Одной из первых была создана система STT (Surface Tension Transfer — перенос за счет сил поверхностного натяжения) (см. рис. 3.31, 6), разработанная фирмой Lincoln Electric. Цель системы — максимально уменьшить электродинамическое воздействие на каплю, заставив ее плавно перетекать в сварочную ванну. Это делается за счет управления силой тока на стадии переноса одной капли. Это иногда называют управлением эпюрой сварочного тока, в отличие от систем управления сварочным током как режимом сварки.

В период начинает образовываться капля, /св = const. Когда капля коснулась металла, сварочный ток аппаратными средствами на несколько миллисекунд выключается (период ^-?2)- Это позволяет снизить последствия короткого замыкания, капля не перегревается и выброса брызг не происходит. Далее, чтобы капля не остыла, сила тока кратковременно увеличивается (период ?2

?з)> а когда происходит разрыв перемычки (период ?з-is), ток снова выключается. Перемычка разрывается без воздействия электродинамических сил, поэтому брызг расплавленного металла практически нет. После этого надо снова начать интенсивное плавление проволоки, поэтому ток увеличивается (?5), а затем возвращается в исходное для начала переноса значение (?6). Таким образом, наиболее проблемные моменты переноса — касание капли металла

и разрыв перемычки — происходят при отключенном токе, что резко уменьшает количество брызг — до 1. 2 %.

В последнее время появилась новая модификация системы — ЭТТ II, которая использует более совершенную элементную базу и программное обеспечение для формирования обратных связей с дугой и ее управления. Система хорошо зарекомендовала себя при сварке корневого шва трубопроводов, который, как правило, является наиболее проблемным при сварке.

По другому пути пошла фирма Ргошш. Посчитав, что импульс тока большой величины (период на рис. 3.31, 6) чрезмерно перегревает металл, они решили осуществлять сброс капли с проволоки нс за счет электродинамических сил, а за счет механического воздействия на проволоку. После короткого замыкания (рис. 3.35, а) следует реверс подачи проволоки. Она кратковременно поднимается вверх, зажигается дуга, которая расплавляет каплю металла на проволоке (рис. 3.35, б, в). В этот момент проволока начинает опускаться (рис. 3.35, г, д) и капля доставляется в сварочную ванну. Для ее обрыва проволока снова идет вверх и цикл повторяется (рис. 3.35, е).

Рис. 3.35. Стадии переноса капли по системе СМТ

Система получила название Cold Metal Transfer (СМТ) — «холодный перенос металла». Система СМТ широко распространена при сварке тонкого металла, например кузовов автомобилей.

Существуют и другие аппаратные способы снижения разбрызгивания, разработанные другими фирмами.

Основными параметрами режима сварки в СО2 являются диаметр электродной проволоки d„, сила сварочного тока /св, напряжение на дуге U,v скорость сварки г;св, скорость подачи сварочной проволоки оПЛ1, вылет электродной проволоки i, расход защитного газа Сг

Сила сварочного тока, как и при сварке иод флюсом, выбирается в зависимости от требуемой глубины проплавления:

где #пр — глубина проплавления; k?, — коэффициент, зависящий от диаметра проволоки (табл. 3.8).

Читайте также:  Как правильно положить ламинат на пол видео

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

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

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.

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.

Материалы и оборудование. Углекислый газ имеет следующие особенности:

  • · при повышении давления превращается в жидкость;
  • · при охлаждении без давления переходит в твердое состояние — сухой лед;
  • · сухой лед при повышении температуры переходит непосредственно в газ, минуя жидкое состояние.

Для сварки применяют углекислоту по ГОСТ 8050 — 76, поставляемую в баллонах в жидком состоянии. При испарении 1 кг жидкой углекислоты при 0°С и 760 мм рт. ст. образуется 506,8 л газа. В стандартный баллон емкостью 40 л заливают 25 кг жидкой углекислоты, что составляет 12,67 м3 газа. Вредными примесями в углекислом газе являются азот и влага.

Влага удаляется из газа осушителем, который заполняется силикагелем, алюминием или медным купоросом, которые перед заправкой в осушитель необходимо прокалить при температуре 250 —300°С в течение 2 — 2,5 ч.

Рекомендуется также для снижения влажности углекислого газа баллон с углекислотой ставить вентилем вниз и дважды через 15 — 20 мин после опрокидывания баллона спускать воду.

Сварочная проволока применяется в зависимости от марки свариваемой стали.

Полуавтоматы. Для сварки в углекислом газе применяют следующие полуавтоматы: ПШП-10, А-547, А-537, сварочную головку ТСГ-7 для сварки труб и другое оборудование.

Полуавтомат ПШП-10 предназначен для дуговой сварки углеродистых нержавеющих и жаропрочных сталей, алюминиевых сплавов и других металлов плавящимся электродом в среде защитных газов. Полуавтомат позволяет выполнять сварку постоянным током. В его комплект входят катушка с кронштейном и шкаф с электроаппаратурой.

Полуавтомат А-547 предназначен для сварки тонкой электродной проволокой диаметром 0,8—1,0 мм.

Полуавтомат А-537 предназначен для сварки электродной проволокой диаметром 1,6 — 2 мм.

Сварочная головка типа ТСГ-7 предназначена для сварки в защитных газах, плавящимся колеблющимся электродом поворотных стыков труб из низкоуглеродистых и нержавеющих сталей без подкладных колец.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector