Каталог организаций

Сварка плавящимся электродом в среде углекислого газа

Устойчивость процесса сварки

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.

Технология сварки

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.

 

Фиг. 16. Полуавтомат типа А-547.

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.

Также по теме:

Сварочная головка. Для сварки неплавящимся электродом в CO2.

Сварка без нагрева. Сварка в твердом состоянии.