5.1.2. Напівавтоматичне та автоматичне дугове зварювання в атмосфері захисних газів

Напівавтоматичне й автоматичне дугове зварювання у захис­них газах поступово витісняє ручне дугове зварювання. Частка металу (%), наплавленого в атмосфері захисних газів, порівня­но з іншими способами дугового зварювання невпинно зростає і за станом на 2000 рік в країнах Європейської співдружності становила 70 % (рис. 5.1.12). За 100 % прийнято сумарну кіль­кість наплавленого металу всіма способами дугового зварюван­ня. В Україні спостерігається помітне відставання від індустрі­ально розвинених країн.

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

Рік

Рис. 5.1.12. Розвиток механізованих способів дугового зварювання

в атмосфері захисних газів:

в Япоиії (І); у Франції (2); у ФРН (3); в Італії (4); у СШЛ (5); в ЄС (Є); в Україні (7)

5.1.2.1. НАПІВАВТОМАТИЧНЕ ДУГОВЕ ЗВАРЮВАННЯ В АТМОСФЕРІ ЗАХИСНИХ ГАЗІВ

Напівавтоматичне дугове зварювання в атмосфері за­хисних газів відрізняється від ручного тим, що тут автоматич­но подається електродний дріт на виріб, автоматично запалю­ється та підтримується дуга і лише вручну зварник переміщає електродний дріт уздовж майбутнього шва. Як захисні викори­стовують інертні (аргон, гелій) та активні гази (вуглекислий газ, азот, водень), а також суміші двох і більше газів. Найефе­ктивнішим з-поміж захисних газів є вуглекислий газ і аргон. Гелій використовують рідше з огляду на його високу ціну. Зва­рюють постійним струмом зворотної (плюс на електроді) та пря­мої полярності, застосовуючи плавкі й неплавкі електроди.

5.1.2.1.1. НАПІВАВТОМАТИЧНЕ ДУГОВЕ ЗВАРЮВАННЯ В АТМОСФЕРІ ВУГЛЕКИСЛОГО ГАЗУ

Напівавтоматичне дугове зварювання в атмосфері вуг­лекислого газу провадять лише плавким електродом у вигляді голого дроту великої довжини діаметром 0,8...2 мм.

Вуглекислий газ С0₂ при високій температурі дуги частково дисоціює на оксид вуглецю CO і кисень О. Виділений кисень взаємодіє із залізом і легувальними елементами, утворюючи відповідні оксиди. Газоподібний CO сприяє утворенню nop у шві й розбризкуванню металу. Оксидаціину дію вуглекислого газу нейтралізують, ввівши до складу електродного дроту надлиш­кову кількість дезоксидаторів у вигляді кремнію і марганцю.

У напівавтоматі електродний дріт 10 (рис. 5.1.13) розмоту­ється з касети // і подається двома роликами — тяговим 9 і притискним 8 в зону дуги 13. Ролик 9 обертається регульова­ним електродвигуном Д постійного струму через механічний

редуктор 12. Струм значної густини від джерела живлення під­водиться до голого дроту за допомогою контакту 6, який розта­шований недалеко від дуги, щоб не перегрівати електрод. Дугу і зварювальну ванну 2 захищає від взаємодії з повітрям стру­мінь вуглекислого газу 4, що надходить з металевого балона в корпус пальника 7 і виходить через сопло 5. Тиск газу в балоні не перевищує 7,5 МПа, знижується до робочого й автоматично підтримується в заданих межах газовим редуктором.

Умовою автоматичного підтримування дуги є стала її дов­жина, тобто рівність швидкості подачі в дугу електродного дро­ту v„ і швидкості його розплавлення v_p:

o„ = v_p. (5.1.2)

Якщо ця рівність порушується, то її необхідно швидко від­новити одним з двох способів:

• змінюючи швидкість подачі и_л електродного дроту при сталому значенні и_р;

• використовуючи явище саморегулювання довжини дуги при сталій швидкості подачі і>„ електродного дроту.

Згідно з принципом регулювання довжини дуги розрізня­ють напівавтомати з регульованою швидкістю подачі електрод­ного дроту і напівавтомати з саморегулюванням довжини дуги.

Напівавтомати з регульованою швидкістю подачі електрод­ного дроту відновлюють порушену довжину дуги до нормаль­ної, змінюючи частоту обертання вала електродвигуна Д доти, поки не відновиться рівняння (5.1.2). Задана нормальна довжи­на дуги може бути порушена різними випадковими чинниками, серед яких — коливання напруги у силовій мережі, нерівності на поверхні зварюваного металу, пробуксовування електродно­го дроту між роликами тощо. В основі такого регулювання ле­жить пропорційна залежність між довжиною дуги та її напру­гою. Тут сила зварювального струму, а отже, й величина и_р за­лишаються практично незмінними. Електрична схема двигуна Д виконана таким чином, що зі зростанням напруги дуги частота обертання його вала збільшується, а зі зниженням напруги — зменшується аж до відновлення заданої довжини дуги.

У напівавтоматах з саморегулюванням довжини дуги будь-яке її відхилення від нормальної довжини зумовлює зміну сили

струму, а отже, і швидкості розплавлення електрода, внаслідок чого довжина дуги відновлюється. Швидкість подачі v„ елек­тродного дроту залишається незмінною.

Зі збільшенням довжини дуги від нормальної І (рис. 5.1.14) до /, її вольт-амперна характеристика (пунктирна лінія) зсу­неться угору, а точка перетину зі зовнішньою характеристикою засвідчить про зменшення сили зварювального струму від І₃ до /]₃. При сталій швидкості подачі v„ електродного дроту це спри­чинить зменшення швидкості розплавлення електрода v_p, вна­слідок чого рівняння (5.1.2) відновиться. Скорочення довжини дуги до 1₂ збільшує зварювальний струм до /_2з, що сприяє збіль­шенню значення v_v і відновленню довжини дуги до нормальної. Номінальну величину і>„ регулюють, змінюючи передавальне відношення редуктора.

Напівавтомати зі сталою швидкістю подачі електродного дроту прості за конструкцією і тому надійніші в роботі порівня­но з напівавтоматами з регульованою швидкістю подачі елек­тродного дроту. Водночас варто зазначити, що саморегулювання довжини дуги ефективне лише тоді, коли густина зварювально­го струму електрода достатньо велика.

У вуглекислому газі зварюють у всіх просторових положен­нях шва газо- і нафтопроводи, корпуси суден та інші конструк­ції, виконані з конструкційних вуглецевих і низьковуглецевих сталей.

Переваги напівавтоматичного дугового зварювання в атмос­фері С0₂:

• низька вартість зварювальних робіт;

• продуктивність праці у 2...З рази вища порівняно з руч­ним дуговим зварюванням;

— є можливість спостерігати за прокладенням шва. Недоліки:

• надмірне розбризкування металу, значне виділення диму й аерозолів;

• не завжди естетичний зовнішній вигляд шва.