Сварка в защитном газе

Сварка в защитных газах — это дуговая сварка, при которой дуга и расплавленный металл, а в некоторых случаях и остывающий шов, находятся в защитном газе, подаваемом в зону сварки с помощью специальных устройств.

Сварку в защитных газах можно выполнять неплавящимся, обычно вольфрамовым, или плавящимся электродом (рис. 3). В первом случае сварной шов получается за счет расплавления кромок изделия и, если необходимо, подаваемой в зону дуги присадочной проволоки. В процессе сварки плавящимся электродом металла шва образуется при участии электродного и основного металлов.

Рисунок 3 - Схема сварки в среде защитных газов плавящимся(а) и неплавящимся(б) электродом:

1 - сопло горелки; 2 - свариваемая деталь; 3 - дуга; 4 - сварной шов; 5 - плавящийся электрод; 6 - подающий механизм; 7 - неплавящийся электрод; 8 - присадочный материал

Наиболее распространенной является струйная местная защита потоком газа, истекающим из сопла сварочной горелки. Качество струйной защиты зависит от конструкции и размеров сопла, расстояния от среза сопла до поверхности свариваемого материала и расхода защитного газа.

Для улучшения струйной защиты на входе в сопло горелки устанавливают мелкие сетки и пористые материалы, позволяющие дополнительно выравнивать поток газа на выходе из сопла. Расход защитного газа должен обеспечивать ламинарное течение струи.

В зону сварки защитный газ может подаваться концентрично вокруг дуги, а при повышенных скоростях сварки плавящимся электродом — сбоку.

Наиболее надежная защита достигается при размещении изделия в стационарных камерах, предварительно вакуумированных и затем заполненных защитным газом. Для сварки крупногабаритных изделий используют переносные камеры из мягких пластичных, обычно прозрачных, материалов, устанавливаемых локально над свариваемым стыком.

В качестве защитных газов используют инертные газы (аргон, гелий и их смеси), не взаимодействующие с металлом при сварке, и активные газы (углекислый газ, кислород, водород и др.), взаимодействующие с металлом, а также их смеси. Защитный газ определяет физические, металлургические и технологические характеристики способа сварки и выбирается в зависимости от состава свариваемых материалов и требований, предъявляемых к сварным соединениям.

Для повышения устойчивости дуги, увеличения глубины проплавления или изменения формы шва металлургической обработки расплавленного металла, повышения производительности сварки применяют смеси инертных газов с активными газами.

Механизированную сварку в защитных газах обычно ведут на весу. Автоматическую сварку можно осуществлять на остающихся или съемных подкладках, снабженных устройствами для подачи газа. Такие подкладки улучшают формирование корня шва, а при сварке активных металлов способствуют защите нагретого твердого металла от воздействия воздуха. Подаваемые в подкладку газы по составу аналогичны газам, применяемым для защиты зоны сварки.

Преимущества и недостатки способа. Основными преимуществами способа сварки в защитных газах являются следующие:

• высокое качество сварных соединений разнообразных металлов и их сплавов разной толщины, особенно при сварке в инертных газах из-за малого угара легирующих элементов;

• возможность сварки в различных пространственных положениях; отсутствие операций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака;

• возможность наблюдения за образованием шва и легкость механизации и автоматизации процесса.

К недостаткам способа относятся: необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги, возможность нарушения газовой защиты при сдувании струи и, в некоторых случаях, трудность осуществления водяного охлаждения горелок.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЖИМА

К основным параметрам режимов сварки в защитных газах относятся: диаметр неплавящегося электрода или электродной проволоки, сварочный ток, род тока и полярность, напряжение дуги, скорость подачи электродной и присадочной проволоки, скорость сварки. Дополнительными параметрами режима являются вылет электрода, расход защитного газа, наклон электрода вдоль оси шва, частота и амплитуда поперечных колебаний.

Диаметр неплавящегося (вольфрамового) электрода обычно выбирают в пределах 1...6 мм в зависимости от требуемого значения сварочного тока. При этом следует учитывать, что допустимая плотность тока уменьшается от 6 А/мм²при постоянном токе прямой полярности до 2,5 А/мм²при переменном токе и до 0,5 А/мм² при постоянном токе обратной полярности и зависит также от состава защитного газа.

Диаметр электродной проволоки выбирают в пределах 0,5...3 мм в зависимости от толщины свариваемого металла и положения в пространстве. С уменьшением диаметра проволоки при прочих равных условиях повышается устойчивость горения дуги, увеличиваются глубина проплавления и коэффициент наплавки.

Сварочный ток устанавливают в зависимости от толщины свариваемого металла, требуемой глубины проплавления и диаметра электрода. С увеличением сварочного тока повышается глубина проплавления. Это приводит к увеличению доли основного металла в шве. Ширина шва изменяется мало. Род тока и полярность определяется материалом электрода и изделия.

Напряжение дуги устанавливается в зависимости от выбранного сварочного тока. С ростом напряжения дуги глубина проплавления уменьшается, а ширина шва увеличивается. Чрезмерное увеличение напряжения дуги при сварке плавящимся электродом сопровождается повышенным разбрызгиванием, ухудшением газовой защиты и образованием пор в наплавленном металле.

Скорость подачи электродной проволоки связана со сварочным током. Ее устанавливают с таким расчетом, чтобы в процессе сварки не происходило коротких замыканий и обрывов дуги и плавление электрода было устойчивым.

Скорость сварки устанавливают в зависимости от толщины свариваемого металла с учетом требуемой формы шва. С увеличением скорости уменьшаются все геометрические размеры шва. При большой скорости сварки ухудшается защита зоны плавления. Малая скорость сварки приводит к увеличению объема и перегреву металла сварочной ванны.

Величина вылета электрода, а также расстояние от сопла горелки до поверхности металла зависит от выбранного диаметра неплавящегося электрода или электродной проволоки. С увеличением вылета электрода ухудшаются устойчивость горения дуги и формирование шва, а также увеличивается разбрызгивание при сварке плавящимся электродом.

Расход защитного газа зависит в основном от тепловой мощности дуги или от силы тока. Скорость сварки, конфигурация изделия и наличие движения воздуха в цехе, ветра, сквозняков также должны быть учтены при выборе расхода газа. Расход гелия из-за его меньшей плотности должен быть увеличен по сравнению с аргоном или углекислым газом.

Наклон электрода вдоль оси шва оказывает влияние на глубину проплавления и качество шва. При сварке углом вперед ширина шва возрастает, а глубина проплавления уменьшается. Сварку углом вперед применяют при небольших толщинах металла, когда существует опасность прожога. При сварке углом назад повышается глубина проплавления.

Поперечные колебания электрода влияют на форму шва и проплавления и размеры сварочной ванны. С ростом амплитуды колебаний увеличивается ширина шва и снижается глубина проплавления по оси шва. Изменение частоты колебаний позволяет регулировать объем расплавленного металла сварочной ванны.