Сварка неплавящимся электродом в среде углекислого газа

Обновлено: 24.01.2025

Дуговая сварка неплавящимся электродом в среде защитного газа получила название TIG и нашла широкое применение как средство соединения цветных металлов, склонных к оксидированию на открытом воздухе. Тем не менее этот метод может эффективно использоваться и для сварки черных металлов.

Преимущества и недостатки TIG-сварки черных металлов

По сравнению с обычной электродуговой сваркой метод обладает такими достоинствами:

возможность качественного сваривания разнородных материалов (например, углеродистой стали с нержавеющей);
малая зона прогрева и, как следствие, снижение вероятности прожига тонкого металла и отсутствие термических деформаций;
возможность выполнения длинных непрерывных швов при постоянной подаче присадочной проволоки;
предотвращение попадания воздуха и загрязнений в сварочную ванну;
низкие требования к качеству присадочного материала;
отсутствие необходимости в обработке готового шва;
высокая скорость сваривания;
аккуратность шва;
простота обучения работе.

Недостатков у сварки неплавящимся электродом в защитной среде не так уж и много. Прежде всего, это необходимость тщательной обработки стыка перед проведением работ, иначе велик риск образования полостей в шве, чем особенно грешат высокоуглеродистые стали. Также нужно учитывать, что конструкция горелки делает неудобным ведение электрода под острым углом, а после розжига дуги вне стыка остается след, который необходимо удалять механически.

Кроме того, может быть затруднена работа на открытом воздухе – ветер будет выдувать защитный газ, а это приведет к его перерасходу.

Технология TIG-сварки

Сварка проводится вольфрамовым или вольфрамсодержащим электродом, который закрепляется в контактной трубке сварочной головки. Помимо электрического контакта со сварочным трансформатором, головка соединяется гибким шлангом с газонагнетательной системой, содержащей инертный газ. Процесс сваривания начинается с подачи газа, за которой следует поджиг дуги и поступление присадочной проволоки в сварочную ванну.

Перед тем как приступать к выбору расходных материалов и расчету параметров сварки, нужно понять, какой металл вы собираетесь варить. Наиболее распространены четыре варианта:

Среднеуглеродистые стали (0,25-0,45%) – трудно свариваемые. Требуют обязательного прогрева до 150-400℃ (зависит от конкретной марки стали), а также последующей термообработки в виде отжига или отпуска.
Легированные и высокоуглеродистые стали (более 0,45%) – ограниченно свариваемые. Эти металлы относятся к конструкционным, а потому не рекомендуются к сварке. Допускается соединение заготовок, не несущих существенных нагрузок, при условии их защиты от резких перепадов температуры. (более 2,41%) – требуют особого режима сварки с предварительным прогревом, предпочтительна работа плавящимся, а не вольфрамовым электродом. Соединения, выполненные методом TIG, не должны испытывать значительных механических нагрузок.

Для снижения температурного воздействия на околошовные зоны используются охладительные радиаторы из меди или других теплопроводных металлов.

Выбор и подготовка вольфрамовых электродов

Использование вольфрама в качестве основного материала электродов для TIG-сварки оправдано крайне высокой температурой его плавления (около 3380℃). Содержание этого металла в электроде обычно составляет 97,0-99,5%, остальное приходится на долю легирующих материалов. Они же задают классификацию изделий:

Оксид тория – электроды переменного тока, стойкие к перегрузкам. Важно учитывать, что пыль таких изделий (выделяется при заточке, а иногда и при использовании) опасна для здоровья.
Оксид церия – электроды переменного тока для сварки тонких и хрупких заготовок, позволяют легко и быстро поджигать дугу.
Оксид лантана – электроды способны работать как с постоянным, так и с переменным током. Рекомендуются для кратковременных циклов и относительного малого ампеража, очень долговечны.
Оксид циркония – электроды переменного тока со стабильной дугой, способствуют самоочистке сварочной ванны.
Оксид иттрия – электроды постоянного тока, крайне долговечны, рекомендуются для ответственных соединений.

Диаметр электрода выбирается в соответствии с толщиной свариваемых заготовок. Условно эту зависимость можно представить в таком виде:

Толщина заготовки, мм	Диаметр электрода, мм
0,5	1,0
1,0	1,6
2,0	2,0
3,0	3,0
4,0	3,0-4,0
5,0	3,0-5,0
более 5	3,0-6,0

Длина заточки электрода зависит от требуемых величин глубины и ширины шва, обычно она составляет 50-200% диаметра. «Острие» притупляется до 5-10% диаметра – это обеспечивает стабильное горение дуги.

Примерная стоимость вольфрамовых электродов на Яндекс.маркет

Как выбрать присадочный материал

Для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом используют присадочные прутки и проволоки без флюсовых оболочек, так как роль защиты сварочной ванны играет инертный газ. При этом материал может включать щелочные, щелочноземельные и цветные металлы для снижения пористости шва, сдерживания разбрызгивания, защиты прутков от коррозии и др. Широкое распространение получили такие модели присадок:

Св.-08Г2С – стальной пруток с содержанием кремния и марганца, используется для сварки низко- и среднеуглеродистых сталей, в том числе для конструкций, работающих под нагрузкой;
ER 70S-6 – импортный омедненный пруток для сталей с любым содержанием углерода, не требует зачистки перед подачей в сварочную ванну;
ER-308 (и его отечественные аналоги: СВ-06Х19Н9Т, СВ-01Х19Н9, СВ-04Х19Н9) – стойкий к химическим средам пруток для сварки нержавеющих сталей, предотвращает развитие межкристалльной коррозии, включает кремний и марганец;
ER-316 и Св-04Х19Н11М3 – прутки для сварки хром-никель-молибденовых сталей с высоким пределом текучести и низким показателем относительного удлинения.

Толщина присадочного материала зависит от толщины свариваемых заготовок, способа обработки их кромок и выбранной силы тока.

Примерная стоимость проволоки для сварки ER 70S-6 на Яндекс.маркет

Для сваривания листовой стали толщиной менее 1 мм используются 1,0-миллиметровые прутки, заготовкам толщиной 1,0-2,5 мм соответствуют прутки диаметром 1,6 мм, скорость их подачи составляет 0,3 м/мин. Толстолистовые заготовки сваривают с использованием прутков диаметром 2,0-4,0 мм.

Режимы аргонодуговой сварки листовой стали неплавящимся электродом

При сварке методом TIG крайне важно правильно выбрать значение силы тока. Если она будет недостаточной, дуга начнет блуждать, а от чрезмерно высоких значений начнет плавиться электрод. В большинстве случаев верной будет такая зависимость силы сварочного тока от диаметра электрода:

Диаметр электрода, мм	Сила постоянного тока, А	Сила переменного тока, А
1,0	10-70	10-15
1,6	40-130	30-90
2,0	65-160	50-100
3,0	140-180	100-160
4,0	250-340	140-220
5,0	300-400	200-280
6,0	350-450	250-300

Напряжение дуги зависит от ее длины. Для получения наиболее равномерных и аккуратных швов необходима низковольтная дуга, то есть стабильная и как можно более короткая. Оптимальная длина – 1,5-3,0 мм, что соответствует напряжению в 11-14 В.

Поджиг дуги может производиться как классическим контактным, так и бесконтактным способом. Последний предполагает генерирование высокочастотного импульса сварочным аппаратом и необходим в том случае, когда короткое замыкание вольфрамового электрода на поверхность заготовки может нарушить ее свойства, например, при сварке коррозионностойких и легированных сталей.

Как происходит процесс сварки

Перед тем как приступать к TIG-сварке листового черного металла, поверхности стыка защищают механическим инструментом и обезжиривают. В случае необходимости проводится разделывание кромок, а также прогрев заготовок до температуры около 200℃. Дальнейший алгоритм включает такие операции:

Обеспечение подачи защитного газа в зону стыка.
Поджиг дуги в начале шва контактным или бесконтактным методом.
Ведение электрода под прямым углом к оси заготовок или лучше с уклоном в 10-15° назад с одновременной подачей присадочного прутка под углом 45° к электроду.
Одно- или многопроходная проварка шва стабильной непрерывной дугой длиной 1,5-3,0 мм.
Обрыв дуги и прекращение подачи защитного газа через 15-30 секунд.

В случае необходимости проводится защита шва от быстрого остывания или последующая термообработка сваренных заготовок. С поверхности шва механически удаляются шлаки и другие загрязнения.

Сварка TIG в углекислоте

Сварка TIG в углекислоте необходима, когда осуществляется стыковка заготовок из разных металлов и сплавов, или когда толщина листа составляла менее 1 мм.

Развитие технологий вызвало появление новых изделий, выполненных из стали, цветных металлов и сплавов. Но, наряду с преимуществами, возникла технологическая трудность по получению прочного неразрывного соединения. Необходимо стыковать заготовки из разных металлов и сплавов друг с другом или толщина листа составляла менее 1 мм. Для совершения таких операций применяется сварка TIG в углекислоте.

Что такое TIG-сварка

Это сварочные работы неплавящимся электродом в облаке газа. Для создания зоны общего или местного нагрева используется графитовый или вольфрамовый электрод. Температура плавления стержней значительно выше, нежели обрабатываемого материала. Защиту от кислорода воздуха обеспечивают инертные или активные газы.

Преимущества

Распространению способа способствовал ряд неоспоримых возможностей:

соединение между собой разнородных металлов;
надежная защита сварной ванны от внешней среды;
стабильность показателей электродуги;
высокое качество шва;
возможность надежно сваривать лист металла толщиной до 0,8 мм (автомобильный);
снижение местного нагрева и разрушения кристаллической решетки соединяемого металла.

Применяемые защитные газы

Инертные. Самый применяемый — аргон (Ar) или гелий (He). Не оказывают химического влияния на обрабатываемые металлы.
Активные. Углекислый газ (CO2), азот (N2) или смеси газов: аргон-кислород, аргон-водород, аргон-азот, аргон-углекислота. Оказывают активное влияние на химический состав сварочной ванны.

Использование среды защитных газов позволило:

Визуально контролировать процесс образования шва — отсутствует препятствие в виде флюсового шлама.
Повысить производительность.
Уменьшить зону нагрева, снизить вероятность структурных преобразований кристаллической решетки металла.
Механизировать и автоматизировать процесс сварки.

Один из самых доступных и дешевых — углекислый газ.

Характерные особенности метода

При нормальных условиях CO2 — это бесцветный газ без запаха и вкусовых ощущений. При небольших концентрациях безвреден, не ядовит, не взрывоопасен. Тяжелее воздуха, — плотность 1.98 кг/м³. Хорошо растворяется в воде.

Расфасовывается в баллоны 10, 20 или 40 литров. Газ в баллоне находится под давлением в жидком состоянии. Из 1 кг жидкой углекислоты получается около 505 литров газа. В промышленный 40-литровый баллон входит примерно 25 кг жидкого СО2.

Углекислый газ при высоких температурах оказывает окисляющее воздействие на металл ванны. Дополнительная реакция — науглероживание. Сильнее поддаются окислительным реакциям активные металлы: цирконий, титан, алюминий. Снизить воздействие помогает выбор определенного режима сварки.

Перед применением баллон с газом выдерживают в вертикальном положении — влага, содержащаяся в емкости, стекает на дно. Далее, углекислый газ через осушитель и редуктор направляется в зону сварки.

Функции редуктора с регулятором:

поддерживать заданное давление;
регулировать подаваемые объемы газа;
измерять расход газа в единицу времени.

Возможности редуктора характеризуются:

Предельный пропуск газа — определяет количество углекислоты, которую способен пропустить прибор в единицу времени.
Предельное давление — показывает верхнее значение рабочего давления, до которого возможно преобразование внутренних параметров баллона.

СОВЕТ. Перед покупкой баллона необходимо определить возможности и оказываемые услуги заправочных станций. Далеко не все оборудованы для наполнения баллонов емкостью 10 или 20 литров.

Виды сварочных аппаратов

Основные — сварочный выпрямитель и сварочный инвертор. Первый прибор относится скорее к промышленному оборудованию и стоит в 2-4 раза дороже второго.

Инвертор — источник образования и питания электродуги. Принцип действия основан на преобразовании характеристик электрического тока посредством трансформатора и электронного блока, построенного на силовых транзисторах.

Аппарат, собранный по схеме инвертора, отличается от других силовых источников:

меньшими габаритными размерами;
улучшенные динамические показатели электродуги;
повышение КПД;
снижение фактора разбрызгивания расплавленного металла;
возможность плавно менять параметры и режимы работы.

Инвертор способен производить сварку:

MMA — электродуговая сварка электродами с покрытием в ручном режиме. Осуществляется на постоянном (DC) или переменном (AC) токе.
MIG/MAG — сварочный процесс в облаке защитного газа с использованием специальной проволоки.
TIG — процесс соединения деталей посредством электродуги и неплавящимся электродом в среде инертных или активных газов. Режим постоянного тока используется для стыковки сталей, переменный — алюминия.

Особенность сварки в среде углекислоты

При использовании неплавящегося электрода сварочный процесс осуществляется электродугой прямого или косвенного действия. В первом случае соединение осуществляется расплавлением основного металла стыкуемых деталей. Во втором — в зону действия дуги подается присадочная проволока.

Применение постоянного тока, в силу особенности сварочного процесса, приводит к падению мощности электродуги, нарушается устойчивость. При работе с легкоплавкими и активными металлами (алюминий, титан) происходит образование защитной тугоплавкой окисной пленки. Это приводит к нарушению нормального сварочного процесса, кромки оплавляются с трудом, шов не формируется.

Применение переменного тока (за счет периодической смены направления) позволяет создать очищающий эффект. В полупериоде происходит разрушение защитной пленки из оксидов и нитридов.

Сварка тиг углекислым газом в режиме постоянного тока применяется при прямой полярности. В этом случае большее количества тепла высвобождается на заготовке, приводя к ее оплавлению. Шов можно выполнять в любых пространственных положениях.

TIG – сварка в среде защитных газов. Возникновение, виды, принцип работы, оборудование и безопасность при выполнении работ

TIG, или WIG – это наименование одного и того же вида сварочных работ – сварки W-электродом в защитной среде, только на разных языках. На немецком языке WIG переводится как Wolfram-Inertgasschweißen. TIG (tungsten – вольфрам) – в англоязычных странах.

Для производства качественного сварного шва требуется удаление водорода, кислорода и азота из расплава. Так удается избежать образования пузырьков или пор. Эту задачу и решила WIG-сварка.

Классификация TIG

По способу зажигания дуги:

По используемому инертному газу:

Аргон применяется чаще других газов, потому что он тяжелее воздуха и не образует взрывчатых смесей. Первый сорт используется для сварки стали и алюминия. Высший применяется для сплавов, для цветных, редких и активных металлов.
Гелий – легче воздуха. Два сорта: технический и особой чистоты. Более редкий и дорогой. В его среде электрическая дуга в 1,5-2 раза выделяет больше энергии.
Смесь аргона и гелия в пропорциях до 40% аргона и до 65% гелия. Достоинства: стабильность дуги и высокая степень проплавления.
Азот используется только для сварки меди. Выпускается четырех сортов.

По техническим признакам.

Государственные стандарты

Для организации сварочных работ есть достаточно много государственных стандартов, которые дают пояснения и требования к работам и определяют способы безопасного ведения сварки.

Вот наиболее подходящие документы, характеризующие сварку в среде защитных газов:

Принцип работы аргоновой TIG

Самая распространенная дуговая сварка W-электродом – в защитной среде аргона или его смеси. Аргон намного тяжелее воздуха, поэтому благополучно вытесняет его из зоны свариваемых деталей.

Существует три вида начала сварочной работы:

В процессе сварки неплавящимся электродом организуется среда инертного газа, в которой зажигается электрическая дуга между вольфрамовым электродом и соединяемыми материалами. Установленное тепло расплавляет кромки соединяемых деталей и присадочной полосы. Присадочная полоса требуется не всегда: только если соединяемые детали невозможно соединить плотно.

По технологии, рабочая длина дуги должна быть короткой – 1,5 … 5 мм. В то же время не допускается касание электрода до свариваемых поверхностей.

Для начала TIG после зажигания дуги сварщик устанавливает правильное положение держателя, наклонив его до 15 0 от вертикали. При этом методе нужно работать двумя руками. Одной рукой производится работа горелкой, второй – подается присадочный пруток по мере необходимости.

Если присадочная полоса из низкоплавного материала, к примеру, алюминия, сварщик должен держать его на некотором расстоянии от дуги, но не убирать его из зоны инертного газа. Если такой пруток приблизить к дуге, он может расплавиться раньше, не вступив в контакт со сварочной ванной.

Для предотвращения трещин рекомендуют при завершении TIG-сварки ток электродуги снижать постепенно. Это позволит сварному шву затвердеть постепенно и равномерно.

Источники питания

Источники постоянного тока:

Универсальный сварочный выпрямитель ВДУ.
Источники серии ВСВУ.
Специализированный источник ТИР-300Д.
Специализированные установки: УДГ-161, УДГ-501-1.

Источник переменного тока: трансформатор для ручной дуговой сварки.

Инверторные источники питания:

Специфика электродов

Наиболее применяемые электроды марок:

ЭВЧ – чистый вольфрам. Используют только на переменном токе.
ЭВЛ – вольфрам с окисью лантана.
ЭВИ – вольфрам с окисью иттрия.
ЭВТ – вольфрам с окисью тория.

Диаметр электрода выбирают по справочной таблице в зависимости от источника питания и марки электрода. Такой электрод имеет температуру плавления около 4000 0 С, поэтому его удобно использовать для сварки металлов, у которых плавление происходит при гораздо меньшей температуре.

Вольфрамовый электрод не выкидывают, а только зачищают и затачивают определенным образом.

Особенности выполнения качественного шва

Движение горелкой совершается только вдоль оси шва, что дает более узкий и качественный шов.

Окончание сварки и заваривание кратера выполняется уменьшением величины тока. Ни в коем случае не прекращать сварку удлинением дуги.

Присадка и место сварки всегда должны находиться в среде защитного газа.

Правильное движение электрода:

Горизонтальные швы выполняют справа налево, «от себя», «на себя». W-электрод направляют точно в угол. Присадочную проволоку подают впереди горелки.
Вертикальные швы: электрод направляется точно в угол под углом. Присадка подается сверху.
Потолочные швы ведут «на себя». Горелка расположена почти вертикально. Проволока подается перед горелкой.

Сварка плавящимся электродом в среде углекислого газа

Все изложенные выше положения, касающиеся устойчивости процесса сварки под флюсом, в одинаковой мере справедливы для сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа. Дополнительно ниже рассматриваются лишь некоторые вопросы устойчивости процесса для случая полуавтоматической сварки.

Помимо малой величины сварочного тока и сравнительно большой скорости подачи тонкой электродной сварочной проволоки, особенностью полуавтоматической сварки является наличие изменений вылета электрода при сварке. Эти изменения вызывают колебания режима сварки, которые в некоторых условиях могут быть настолько значительными, что приводят к нарушению процесса.

Весьма важно знать условия, обеспечивающие наибольшую устойчивость горения дуги при изменениях вылета электродной проволоки. Для определения этих условий, как уже указывалось, обычно пользуются статическими вольтамперными характеристиками дуги. В данном случае, однако, целесообразно воспользоваться несколько иными характеристиками, которые носят название характеристик устойчивой работы и выражают зависимость между сварочным током и напряжением при постоянной скорости подачи электродной проволоки.

Эти характеристики, как и вольтамперные характеристики дуги, зависят от диаметра и состава электродной проволоки, состава газа в зоне дуги, полярности электрода и др.

Они так же зависят от величины вылета электродной проволоки. Построение характеристик устойчивой работы не представляет затруднений в случае сварки головками с постоянной скоростью подачи электрода. На фиг. 13 приведены такие характеристики для различных условий сварки.

Режим сварки на графике характеризуется точкой пересечения характеристики устойчивой работы и внешней характеристикой сварочного генератора (точка А). С изменением величины вылета электрода (L) режим сварки будет изменяться и, как следует из графика, новые значения режима (точки A1, А2, А3) будут различными тля разных характеристик сварочных генераторов. Увеличение вылета электрода сопровождается уменьшением тока для всех типов генераторов. При этом напряжение и длина дуги будут увеличиваться в случае применения генератора с падающей внешней характеристикой и, напротив, уменьшаться, если характеристика генератора растущая. Почти неизменным остается напряжение при питании от генераторов с жесткой внешней характеристикой.

Приведенные на фиг. 14 фотографии дуги для случаев сварки малоуглеродистой стали электродной проволокой марки Св-10ГС в защитной среде углекислого газа и нержавеющей стали электродной проволокой марки Св-1Х18Н9Т в среде аргона полностью подтверждают выводы, сделанные при рассмотрении графика (фиг. 13).

Имеющие место значительные изменения напряжения и длины дуги при колебании вылета электрода в случае применения генераторов с падающими или растущими внешними характеристиками на практике могут привести к нарушению режима сварки и ухудшению формирования шва. Таким образом, наиболее благоприятные условия для обеспечения устойчивого процесса сварки при колебаниях вылета электрода создаются при питании дуги от источника тока с жесткой внешней характеристикой. Поэтому для полуавтоматической сварки в среде углекислого газа следует рекомендовать сварочные генераторы с жесткими внешними характеристиками.

Фиг. 14. Изменения длины дуги при колебании вылета электрода в случае применения генераторов с падающими, жесткими и растущими внешними характеристиками.

Следует обратить внимание на еще одну особенность процессов сварки в углекислом газе, имеющую место при уменьшении сварочного тока и диаметра электродной проволоки.

Известно, что с увеличением сварочного тока размер капель электродного металла уменьшается и, напротив, с увеличением напряжения дуги диаметр капель возрастает. Известно так же, что с ростом плотности тока в электроде и уменьшением его диаметра сокращается дуговой промежуток. Исследования показали, что в случае применения обычных режимов для сварки стали толщиной 2 мм и менее дуговой промежуток оказывается настолько мал, что даже при мелкокапельном переносе металла имеют место замыкания его каплями металла. На фиг. 15, а представлена типичная осциллограмма процесса сварки электродной проволокой марки Св-10ГС диаметром 0,8 мм в среде углекислого газа (режим сварки: ice = 100 а обратной полярности. Uд = 17 в, Vсв = 25 м/час,Vсв = = 282 м/час).

Как видно из осциллограммы, процесс переноса металла сопровождается многократными короткими замыканиями дугового промежутка. Для приведенного режима их количество достигает 150 замыканий в секунду. С увеличением напряжения дуги соответственно растет размер капель и время накопления их на конце электрода. Количество коротких замыканий при переносе капель уменьшается (для указанного выше режима — при Ug =20 в — 100 замыканий в секунду, при Ud =24 в — 50 замыканий в секунду). Однако как в случае мелкокапельного, так и в случае крупнокапельного переноса металла электрода при сварке тонколистовой стали (2 мм и менее) характерным является наличие коротких замыканий дугового промежутка.

Такой процесс необычен для автоматической сварки, при которой длину дугового промежутка принято считать постоянной. Он также существенно отличается от ручной электродуговой сварки, где имеют место колебания и замыкания дугового промежутка, однако частота этих замыканий сравнительно невелика.

На фиг. 15,6 представлены кадры скоростной киносъемки процесса сварки тонкой плавящейся электродной проволокой в атмосфере углекислого газа. Пользуясь результатами скоростной киносъемки и осциллографирования, можно весьма ясно представить ход процесса сварки.

Как правило, возбуждению сварочной дуги предшествуют повторяющиеся короткие замыкания цепи и перегорания электрода. Когда участок перегоревшей электродной проволоки, торец которой подплавлен и разогрет предыдущим коротким замыканием, оказывается соизмеримым с длиной дуги, происходит возбуждение последней.

Существенную роль как для стабильности возбуждения дуги, так и для стабильности процесса сварки имеют свойства сварочного генератора и главным образом его способность обеспечить сравнительно быстрое нарастание тока короткого замыкания. Чем круче фронт нарастания тока короткого замыкания, тем з более сосредоточенном участке электрода выделяется большое количество тепла в момент короткого замыкания, тем больше вероятности, что длина перегораемого участка не превысит длину дуги при заданном напряжении.

После возбуждения дуги начинается плавление электродной проволоки и образование капли на торце электрода. С увеличением объема капли расплавленного металла скорость плавления электродной проволоки уменьшается, так как жидкий металл замедляет теплопередачу от дуги к нерасплавленной части электродной проволоки. При этом скорость подачи начинает превышать скорость плавления и капля замыкается на основной металл, переходя в ванну.

В момент закорачивания дугового промежутка нарастает ток короткого замыкания, ускоряющий перегорание шейки между каплей и электродом и дающий капле импульс по направлению к сварочной ванне. В момент перегорания шейки возбуждается дуга. Затем процесс повторяется.

Если скорость нарастания тока короткого замыкания недостаточная, перемычка между каплей и электродом не успевает своевременно перегореть и электрод поступает непосредственно в сварочную ванну, что связано с нарушением нормального процесса сварки и ухудшением формирования шва. Чрезмерно большая скорость нарастания тока короткого замыкания так же нежелательна, так как в момент соприкосновения капли электродного металла с ванной, когда шейка на электроде еще не успела образоваться, возросший ток короткого замыкания вызывает взрывообразное перегорание перемычки между каплей и ванной, в результате чего капля выбрасывается в сторону из зоны сварки.

Если сварку производить при питании от аккумуляторной батареи, когда ток в цепи при замыкании устанавливается почти мгновенно, формирование шва практически не происходит, электродный металл разбрызгивается.

Для приведенных ниже режимов полуавтоматической сварки тонкого металла (см. табл. 15) оптимальную скорость нарастания тока короткого замыкания обеспечивают зарядные агрегаты серии АЗД и ЗП на 30 в, которые могут быть рекомендованы в данном случае в качестве источников питания.

Электродные проволоки, применяемые для сварки под флюсом малоуглеродистых низколегированных и других марок сталей, в большинстве случаев непригодны для сварки этих же сталей в среде углекислого газа.

Для сварки в углекислом газе электродные проволоки должны содержать в достаточном количестве элементы- раскислители помимо элементов, которые легируют металл шва, обеспечивая требуемые механические свойства его. Только в этом случае удается предотвратить образование пор и обеспечить получение плотных швов. В качестве раскислителей в электродные проволоки вводятся главным образом кремний и марганец.

В табл. 10 приведен состав электродных проволок для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей в углекислом газе.

Применяемый для целей сварки сжиженный углекислый газ (двуокись углерода CO2) должен соответствовать определенным требованием, предусматривающим отсутствие в нем таких примесей, как минеральные масла и глицерин, сероводород, аммиак, соляная и другие кислоты, вода в свободном виде и др. В ряде случаев для сварки может быть использован пищевой углекислый газ, поставляемый в баллонах. Содержание примесей в кем допускается до 1,5% (не менее 98,5% CO2 до 0,05% растворенной в жидком углекислом газе воды и до 0,1% воды в свободном состоянии). При использовании такого пищевого углекислого газа необходимо пропускать его через специальный влагоотделитель с медным купоросом, силикагелем или другим осушающим реагентом.

Если в углекислый газ попадает более 0,1% азота, то в сварных швах может наблюдаться значительная пористость. Следует отметить, что при сварке в осушенном углекислом газе склонность шва к порам, вызванным влагой, значительно меньше, чем при сварке в таких же условиях под флюсом.

Автоматическая сварка. Требования к сборке под сварку в среде углекислого газа остаются такими же, как для сварки под флюсом.

Стыковые соединения собираются на прихватках, выполнять которые рекомендуется полуавтоматом в защитной среде углекислого газа той же электродной проволокой, что применяется для сварки данной марки стали. Сварка производится постоянным током обратной полярности головками с постоянной скоростью подачи электродной проволоки.

Ориентировочные режимы сварки стали Ст-3 толщиной 0,8—2 мм проволокой Св-08ГС приведены в табл. 11.

Эти режимы обеспечивают незначительное разбрызгивание электродного металла и вполне удовлетворительное формирование шва. При сварке на режимах, приведенных в табл. 11, вполне удовлетворительный состав шва может быть получен не только в случае применения электродной проволоки марки Св-08ГС, но и Св-10ГС.

Металлографические исследования показали, что микроструктура сварных соединений, выполненных в среде углекислого газа, мало отличается от аналогичных соединении, выполненных под флюсом АН-348 проволокой Св-08 (ГОСТ 2246-54). Увеличение скорости охлаждения расплавленного металла при сварке в углекислом газе дает несколько меньшую зону разогрева. Механические свойства сварных соединений вполне удовлетворительные, о чем свидетельствуют данные испытаний на разрыв образцов с усилением и без него, а также на изгиб поперек и вдоль шва (табл. 12).

Режимы сварки, приведенные в табл. 11, с незначительной корректировкой могут быть применены для сварки других марок стали при использовании электродной проволоки соответствующей марки.

В табл. 13 приведены режимы сварки нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т толщиной 0,8—2 мм проволокой марки Св-1Х18Н9Т, которые по существу весьма близки к режимам, приведенным в табл. 11.

Первые цифры значений тока и напряжения соответствуют меньшим толщинам металла при сварке на весу.
При сварке проволокой Св-1Х18Н9Т следует уменьшить вылет электродной проволоки.

На основании данных табл. 14, в которой приведен химический состав стали марки 1Х18Н9Т и швов, можно заключить, что окисление титана, хрома, кремния и марганца невелико, меньше, чем, например, при сварке проволокой диаметром 2 мм, что можно объяснить -более низким напряжением дуги. Структура металла шва дезориентированная — аустенит с ферритом, твердость в среднем 170 HB . Механические свойства сварных соединений вполне удовлетворительные (предел прочности 62—65 кг/мм2, угол загиба 180°). Стойкость против межкристаллитной коррозии в натуральном состоянии после сварки достаточно велика.

Описанные технология и техника сварки могут быть применены для сварки в среде углекислого газа и других высоко- и низколегированных тонколистовых сталей при соответствующем выборе состава электродной проволоки.

Полуавтомат А-547 (фиг. 16) комплектуется из следующих узлов: держателя, щитка с кнопкой включения, переносного подающего механизма, аппаратного ящика, осушителя, подогревателя, понижающего кислородного редуктора. Держатель полуавтомата А-547 легок и удобен. Опыт показал, что утяжеление держателя за счет оборудования его механизмом для протяжки проволоки, даже в случае привода гибким валом, пагубно отражается на ведении процесса сварки. Для полуавтоматической сварки тонкой стали (менее 2 мм) необходим очень легкий и маневренный держатель.

Электродная проволока подается в держатель и далее в зону дуги путем проталкивания по гибкому разборному шлангу длиною до 1 м, заключенному вместе с токопроводящим проводом в общую резиновую трубку.

Подающий механизм представляет собой небольшой легкий алюминиевый чемоданчик, в котором смонтированы подающий механизм и катушка для электродной проволоки. Вес подающего механизма 5,75 кг. Катушка может вместить до 3 кг проволоки. Скорость подачи проволоки изменяется в пределах 120—410 м/час.

В аппаратном ящике полуавтомата имеется клапан для автоматического включения и выключения подачи углекислого газа. Для очистки углекислого газа от водяных паров в комплект полуавтомата введен осушитель. В качестве адсорбента в осушителе используется силикагель. Расход углекислого газа определяется по показаниям ацетиленового манометра, установленного на понижающем кислородном редукторе. Чтобы получить возможность определения расхода газа по манометру, на выходе из газового редуктора перед штуцером устанавливается дроссельная шайба с отверстием диаметром 1 мм, благодаря чему чувствительность манометра значительно повышается. В комплект аппарата входит так же подогреватель газа, который устанавливается на баллоне.

Сварочный станок для сварки кольцевых малокалиберных швов Р-885. Уже в начале развития способа сварки в углекислом газе была выявлена такая широкая область его рационального применения, как механизация процесса сварки типовых серийных деталей различных механизмов. Характерным для всех этих деталей (фиг. 17) является наличие кольцевых соединений малого диаметра на сравнительно тонком металле. Номенклатура деталей этого типа огромна. Она включает различного рода рычажные системы, коромысла, рукоятки, кулачки и другие детали, совершающие полные или неполные обороты вокруг осей в кинематических схемах различных механизмов. Сварная конструкция этих детален намного упрощает процесс их изготовления, уменьшает его трудоемкость. Применение автоматической сварки в углекислом газе при их изготовлении позволяет, в свою очередь, свести к минимуму последующую механическую обработку, от 5 до 15 раз увеличить производительность сварки и снизить стоимость по сравнению с ручной дуговой, ацетилено-кислородной сваркой, а также с пайкой этих деталей.

Для сварки деталей указанного типа в Институте электросварки им. Е. О. Патона был разработан сварочный станок-автомат Р-885.

При небольшой протяженности швов на этих деталях машинное время сварки невелико. Производительность процесса при сварке их главным образом определяется затратами времени на подготовительные и установочные операции.

Сварочный станок-автомат Р-885 предусматривает сокращение до минимума затрат времени на эти операции. Станок состоит из следующих основных узлов: станины 1, внутри которой размещен аппаратный ящик для управления станком, сварочной головки 2, укрепленной на суппорте, обеспечивающем горизонтальное и вертикальное перемещение головки (регулировка вылета электрода), поворотного стола 3 с четырьмя гнездами для крепления свариваемых изделий и пульта управления 4. Сварочная головка снабжена мундштуком и газоподводящим соплом. Конструкция мундштука обеспечивает постоянство точки контакта между ним и электродной проволокой. что имеет большое значение при сварке тонкой проволокой.

Поворотный стол представляет собой планшайбу с четырьмя независимыми поворотными гнездами. Каждое гнездо состоит из неподвижного корпуса, в котором вращается в шариковых подшипниках шпиндель с зажимным приспособлением, в котором устанавливается деталь.

После установки детали сварщик нажимает кнопку на пульте управления и поворотный стол, повернувшись на четверть оборота, подводит деталь под сварочную головку. Сварка начинается после нажатия соответствующей кнопки на пульте управления. При этом стол остается неподвижным, а деталь совершает несколько больше полного оборота вокруг своей оси. По окончании сварки поворотный стол приходит в движение и, повернувшись на четверть оборота, уводит сваренную деталь из-под головки и подводит к сварочной головке новую деталь, которую сварщик предварительно установил в зажимном приспособлении.

Сущность аргонодуговой сварки неплавящимся электродом и ее применение

Дуговая сварка в защитном газе. Сущность способа. Защитные газы.

3. Механизированная и автоматическая сварка в углекислом газе; сущность, преимущества, область применения, применяемое оборудование, материалы и инструмент.

1. Для защиты металла при ручной и автоматической сварке от воздействия кислорода и азота воздуха, кроме шлакового покрытия, применяют газовую защиту вокруг дуги и расплавленного металла. В качестве защитных газов применяют инертные и активные газы (водород, окись углерода или их смесь с азотом). Наибольшее промышленное применение имеют аргонодуговая сварка и сварка в углекислом газе.

Защитный газ может заполнять камеру, где ведут процесс сварки, но чаще всего его подают в дугу через мундштук 1 (рис. 69) в виде потока 2, который окутывает электрод 3,дугу 4 и сварочную ванну 5, защищая их от проникновения кислорода и азота. Рис. 69 Дуговая сварка в защитной среде

Сварка в защитных средах может проводиться как плавящимся, так и неплавящимся электродом с применением присадочного металла 6. В качестве неплавящихся электродов используют вольфрамовые, угольные или графитированные стержни. Расход вольфрамового электрода при токе до 300 А составляет примерно 0,5 г на 1 м шва. В качестве плавящегося электрода используется металлическая проволока того же состава, что и свариваемый металл. Процесс ведется с помощью полуавтоматических или автоматических устройств.

Источниками питания для дуги в защитных средах служат агрегаты постоянного тока или сварочные выпрямители. Кроме того, в комплект оборудования входит механизм подачи электродной проволоки, горелка и устройство для обеспечения дуги защитным газом. В полуавтоматах проволока подается по специальным шлангам в горелку. Диаметр проволоки берут в интервале 1,2-2 мм. Зажигание дуги в аргоне затруднено, потому что атомы аргона не образуют отрицательных ионов, вследствие чего необходима более высокая степень ионизации нейтральных частиц. Поэтому напряжение холостого хода источника питания повышают до 90-120 В.

Сварка в инертной среде используется для нержавеющих, жароупорных, алюминиевых и магниевых сплавов. При этом использование плавящихся электродов экономично для толщин не менее 2 мм. Меньшие толщины сваривают неплавящимся вольфрамовым электродом.

2. При аргонодуговой сварке неплавящимся электродом (рис. 70) через специальную горелку, в которой установлен вольфрамовый электрод, пропускают нейтральный газ – аргон (или гелий). Возбуждение дуги происходит между электродом и свариваемым изделием. Для заполнения разделки кромок в зону вводят присадочный пруток, химический состав которого близок к составу основного металла.

Рис. 70 Схема аргонодуговой сварки:

1 – изделие; 2 – присадочный пруток; 3 – вольфрамовый электрод; 4 – мундштук; 5 – защитная оболочка из инертного газа; 6 – электрическая дуга; 7 – расплавленный металл

Применяют электроды диаметром 2-6 мм. Аргон подается в горелку под давлением 0,3…0,5 ат.

Аргон – инертный газ, получаемый из воздуха, хранят и транспортируют его в специальных стальных баллонах под давлением 15 МН/м 2 (150 aт). Для сварки меди и малоответственных деталей из легированных сталей применяют технический аргон, содержащий до 17% примесей, а для сварки высоколегированных сталей, легких сплавов применяют чистый аргон (не более 0,3% примесей).

Аргонодуговую сварку осуществляют тремя способами:

1) ручной сваркой неплавящимся (вольфрамовым) электродом,

2) полуавтоматической и автоматической сваркой неплавящимся электродом,

3) полуавтоматической и автоматической сваркой плавящимся электродом.

Сварку неплавящимся электродом обычно осуществляют на переменном токе с применением осцилляторов или на постоянном токе обратной полярности. Такую схему включения применяют при сварке алюминиевых сплавов, когда за счет эффекта катодного распыления происходит разрушение поверхностных окисных пленок.

В сварочных горелках для аргонно-дуговой сварки одновременно с подачей электродной проволоки в дугу и подводом сварочного тока к электроду осуществляется подача струи аргона.

Аргонодуговая сварка применяется для сварки легированных сталей, алюминия и его сплавов, титана, магниевых сплавов и дает хорошие результаты.

В ряде случаев сварка выполняется и плавящимся металлическим электродом, подаваемым через сопло горелки, обеспечивающей струйную защиту дуги и места сварки аргоном, гелием или их смесями.

Сварка в аргоне и гелии имеет преимущества перед сваркой покрытыми электродами и под флюсом: обеспечивается надежная защита расплавленного металла от кислорода и азота воздуха, что обусловливает высокие механические свойства и постоянство состава наплавленного металла; обеспечивается высокая производительность и хорошее формирование шва за счет устойчивости процесса и полной его механизации; можно сваривать металлы разнородные и малой толщины.

Недостатком сварки в среде аргона является дороговизна самого аргона, так как технология его производства очень трудоемка, а дли сварочного процесса требуется газ высокой чистоты.

3. Сварка в углекислом газе – наиболее дешевый способ по сравнению с другими видами сварки в защитных средах. В качестве заменителя аргона используют углекислый газ, несмотря на его окислительные способности. Углекислый газ дешев, негорюч, нетоксичен. Дуга горит между изделием и электродной проволокой, подаваемой через специальную газоэлектрическую горелку, и которую поступает из баллона углекислый газ, предварительно пропущенный через осушитель. Углекислый газ защищает дугу и расплавленный металл от воздуха. Сварку производят постоянным током обратной полярности для устранения пористости наплавленного металла. При этом достигается высокая производитель-ность (до 18 кг/ч). Расход углекислого газа составляет 8…20 л/мин.

Сварка в среде углекислого газа требует электродной проволоки специального состава с повышенным содержанием марганца и кремния и ведется на постоянном токе при больших плотностях сварочного тока (диаметр электродной проволоки 0,5-3 мм, плотность тока 80-100 А/мм 2 ), что требует источника питания с жесткой характеристикой. Рис.71 Схема сварки в среде углекислого газа

Наша промышленность выпускает разнообразные автоматы и полуавтоматы (типа ПДГ) для выполнения этого процесса. Технология сварки в среде углекислого газа проста: режим подбирается в зависимости от свариваемой толщины (1-30 мм), вида шва (стыковые, угловые, электрозаклепками и др.), положения шва в пространстве (нижнее, горизонтальное, вертикальное) и свариваемого материала (углеродистые, низколегированные, теплоустойчивые, высоколегированные хромоникелевые стали и др. сплавы).

Сварка в углекислом газе успешно применяется для изделий из малоуглеродистой стали, для заварки дефектов стальных отливок, для наплавки изношенных деталей и др.

Пластичность наплавленного металла при сварке в углекислом газе может быть несколько ниже, чем при сварке под флюсом.

Схема сварки представлена на рис.71. Установка состоит из источника питания сварочного тока 1, газоэлектрической горелки 2, механизма подачи электродной проволоки 3, указателя расхода углекислого газа (ротаметра) 4, редуктора 5 (обычно после редуктора устанавливают осушитель влаги) и баллона 6 с углекислотой. Газоэлектрические горелки, предназначенные для малых токов (до 300 А), не имеют водяного охлаждения, а предназначенные для больших токов (более 300 А), оборудованы водяным охлаждением во избежанте сильного перегрева при сварке.

Особенностью сварки в среде углекислого газа является возможность в широких масштабах заменить ручную электродуговую сварку полуавтоматическойи автоматической. При этом можно использовать электродную проволоку диаметром 0,6…2,0 мм, что обеспечивает высокую устойчивость процесса сварки, небольшое разбрызгивание и высокое качество сварных соединений. Однако, следует учитывать, что при сварке некоторые элементы металла (С, Si, Мn, Тi, Мg, АI, V и др.) выгорают. Для компенсации окислительного действия углекислого газа повышают содержание раскисляющих элементов (Мn, Ni) в электродной проволоке.

Для получения плотного, беспористого металла шва и уменьшения разбрызгивания металла при сварке необходимо поддержать наиболее короткую дугу (1,5-4 мм).

Газоэлектрическая сварка в атмосфере углекислого газа наиболее эффективна для соединения тонких деталей. При сварке деталей малой толщины (до 2 мм) напряжение на дуге должно быть примерно 22 В, ток 60-150 А, расстояние от сопла горелки до металла 7-14 мм. Для сварки деталей средней толщины принимают ток 250-500 А, напряжение на дуге 26-34 В, расстояние от сопла горелки до металла 15-25 мм.

Сварку, как правило, осуществляют на постоянном токе обратной полярности. Расход углекислого газа, достаточный для защиты зоны сварки от воздуха, составляет 15-20 дм 3 /мин при рабочем давлении 50 кН/м 2 (0,5 атм).

На полуавтоматических и автоматических установках скорость сварки достигает 60 м/ч.

Недостатком сварки в атмосфере углекислого газа является то, что пластичность наплавленного металла может быть несколько ниже, чем при сварке под флюсом.

Дуговая сварка в атмосфере углекислого газа получила распространение в с/х машиностроении и ремонтном деле для соединения низкоуглеродистых и легированных сталей, сплавов алюминия, а также чугуна.

Читайте также: