Рубрика: Сварка

Сущность процесса лазерной сварки.

Это сварка плавлением, при которой для нагрева используется энергия излучения лазера (название по первым буквам английской фразы, которая в переводе означает: усиление света посредством стимулированного излучения).

В соответствии с технологическими признаками классификации по виду источников света относится к световой сварке в числе других (солнечная и искусственными источниками света). Излучение лазера может быть сфокусировано в пятно диаметром несколько микрометров, что обеспечивает концентрацию энергии, в десятки раз превышающую концентрацию других сварочных источников. Для сварки используют газовые и твердотельные лазеры. Газовые лазеры дают непрерывное излучение, а твердотельные — непрерывное или импульсное.

Современные промышленные лазеры применяют для сварки, резки, на­плавки, поверхностной обработки, прошивки отверстий и других видов обра­ботки различных конструкционных материалов во многих специальных отрас­лях машиностроения.

Вакуум при сварке лазером не нужен, и ее можно выполнять на воздухе, в аргоне, гелии или углекислом газе даже на значительном расстоянии от гене­ратора излучения.

Основные параметры режима лазерной сварки.

Основными параметрами луча лазера явля­ются мощность, длительность импульса, диаметр светового пятна и положение фокуса относительно свариваемой поверхности. Количество световой энергии, поглощенной основным металлом, зависит от шероховатости и отражательной способности поверхности, которыми определяют потери энергии вследствие от­ражения светового потока.

Сварку деталей малых толщин до 1 мм выполняют в импульсном и не­прерывном режимах. При этом плотность мощности выбирают в диапазоне 10⁵…10⁶ Вт/см², а диаметр сфокусированного луча — от 0,05 до 1,0 мм. Ско­рость сварки в импульсном режиме определяется диаметром точки (диаметр сфокусированного луча), коэффициентом перекрытия (0,3…0,9) и частотой импульсов и может достигать 20 м/ч при частоте импульсов до 20 Гц.

При сварке с глубоким проплавлением основными параметрами режима являются мощность лазерного излучения, скорость сварки и параметры фо­кусирующей системы. Лазерное излучение фокусируется в пятно диаметром 0,5…1,0 мм и при мощности, выбранной из условия 1 кВт на 1 мм толщины ме­талла, скорость при сварке сталей толщиной до 5 мм может достигать 100 м/ч.

Из параметров фокусирующей системы наиболее значимыми являются фо­кусное расстояние (обычно 120…150 мм) и положение фокальной плоскости относительно поверхности свариваемых деталей. Максимальная глубина про­плавления достигается при расположении фокуса под поверхностью детали на глубине, зависящей от толщины и состава свариваемого материала (для стали от 1,0 до 1,5 мм).

Технологические приемы при сварке лазером.

Сварка с присадочным ма­териалом в виде проволоки диаметром до 1,0 мм, ленты или порошков позво­ляет регулировать химический состав и геометрические размеры шва. Прово­локу подают в сварочную ванну, а порошки могут наноситься на поверхность свариваемых кромок напылением или обмазкой.

Осциллирование сфокусированного лазерного излучения по передней стенке канала проплавления увеличивает глубину проникновения в материал и, следо­вательно, примерно на 40% повышает глубину проплавления при непрерывном излучении. Для этого используют сканирование фокусирующей системы с часто­той до 150 Гц и амплитудой колебаний, равной толщине свариваемых деталей.

Сварка на импульсно-периодическом режиме при частоте импульсов 0,4…1,0 кГц и длительности 20…50 мс позволяет увеличивать глубину проплавления в 3…4 раза по сравнению с непрерывным режимом, но для получения качественного шва требуется точное наведение луча на стык и существен­ное снижение скорости сварки.

Сварка с дополнительным непрерывным или импульсным потоком газа, подаваемым непосредственно в зону сварки под определенным давлением, обе­спечивает повышение глубины проплавления на 30…40% и значительную ее стабилизацию, в особенности при несквозном проплавлении. Оптимальная величина давления и частоты импульсов подачи газа зависит от мощности излучения, скорости сварки и свойств материала.

Сварка совмещенным лазерным и дуговым источником теплоты обеспе­чивает суммарный эффект, превышающий эффективность каждого источника в отдельности, и при мощности дуги, сопоставимой с мощностью лазерного из­лучения, скорость сварки можно увеличить в несколько раз.

Сущность процесса электронно-лучевой сварки.

Это сварка плавлением, при которой для нагрева используется энергия ускоренных электронов. Сварку произво­дят в специальной камере в глубоком вакууме (остаточное давление 13 мПа) электронным лучом, который представляет собой сфокусированный поток электронов, движущихся с высокими скоростями. Электроны излучает на­гретый вольфрамовый или металлокерамический катод, установленный в спе­циальной электронной пушке. Ускорение движения электронов обусловлено постоянным высоким напряжением (до 100 кВ) между катодом и анодом (из­делием).

Поток электронов фокусируется магнитной линзой в узкий луч и направля­ется в место соединения деталей. Энергия, необходимая для нагрева и плавле­ния металла, выделяется в результате интенсивной бомбардировки места свар­ки быстро движущимися электронами.

В соответствии с технологическими признаками классификации различа­ют сварку без колебаний и с колебаниями электронного луча. Для регулиро­вания вводимой в изделие теплоты сварку ведут остросфокусированным или расфокусированным лучом. Электронным лучом осуществляют сварку туго­плавких и химически активных металлов, выполняют узкие и глубокие швы с малыми остаточными деформациями на деталях больших толщин (до 70 мм и даже более).

Основные параметры режима электронно-лучевой сварки.

Наиболее важными технологическими па­раметрами электронного пучка при сварке являются ускоряющее напряжение (25…120 кВт), мощность (1…120 кВт), угол сходимости луча (1…5°), сила тока луча (40…500 мА) и скорость сварки (3…100 м/ч).

Главное влияние на качество шва оказывают мощность пучка, положение его минимального сечения относительно поверхности свариваемых деталей и скорость сварки. Стабильность положения фокуса пучка обеспечивает равно­мерность глубины проплавления, а скорость сварки определяет форму шва, размеры зоны термического влияния и, как следствие, сопротивляемость об­разованию трещин и величину деформаций. С увеличением толщины свари­ваемых деталей от 1,5 до 150 мм скорость сварки должна быть снижена с 200 до 3 м/ч для получения качественного сварного соединения.

Техника электронно-лучевой сварки.

Электронно-лучевую сварку применяют для получения стыковых, угловых и тавровых соединений в нижнем и вертикальном поло­жении на подъем, а также горизонтальных швов на вертикальной плоскости. Сварку в нижнем положении выполняют вертикальным электронным пучком без подкладок или с применением подкладок для формирования обратной сто­роны шва при толщине соединяемых деталей до 80 мм. Горизонтальные швы и вертикальные на подъем выполняют горизонтальным пучком без подкладок для металла любой толщины. Для получения качественных соединений необ­ходима тщательная очистка кромок стыка и прилегающих внешних и внутрен­них поверхностей деталей. Возможна также дополнительная очистка в камере непосредственно перед сваркой маломощным сканирующим пучком электронов.

При электронно-лучевой сварке не требуется разделка кромок, но предъяв­ляются жесткие требования к зазору в стыке, который в большинстве случаев не должен превышать 0,3 мм.

Основные технологические приемы при электронно-лучевой сварке.

Для получения заданной формы шва, свойств сварного соединения и повышения производительности процесса сварки применяют различные технологические приемы, некоторые из них рассмотрены ниже.

Полное проплавление свариваемого стыка с образованием сквозного парогазового канала применяют в нижнем (при толщине металла до 40 мм) и в горизонтальном (при толщине до 400 мм) положениях для уменьшения угловых деформаций изделий и снижения вероятности образования пористости.

Развертка электронного пучка с амплитудой примерно равной диаметру пучка и частотой до 2 кГц в продольном и поперечном направлениях или по окружности, эллипсу и дуге позволяет увеличить диаметр и устойчивость ка­нала, стабилизировать проплавление и снизить склонность к образованию тре­щин и полостей в корне шва.

Сварка наклонным электронным пучком (углом вперед) с отклонением на 5…7° в направлении движения улучшает условия плавления и кристаллиза­ции металла в нижнем и вертикальном на подъем положениях и способствует лучшему удалению газов из расплавленного металла.

Модуляция тока в электронном пучке с частотой импульсов 1…100 Гц используется при сварке листовых конструкций толщиной до 1 мм для предотвращения образования трещин и уменьшения тепловложения.

Сварка с присадочным материалом наиболее часто используется при повышенных зазорах в стыке и исправлении дефектов шва. Сварку ведут с подачей проволоки диаметром 0,8…1,6 мм в хвостовую часть ванны под углом 15…45° к оси электронного пучка. Кроме того, в зазор между свариваемыми деталями могут помещать различные материалы в виде ленты, гранул или порошка для легирования металла шва, толщина слоя которых должна быть равна диаметру электронного пучка.

Сущность процесса плазменной сварки.

Это сварка плавлением, при которой на­грев проводится сжатой дугой. Если принудительно сжать дугу, то ее темпе­ратура значительно повысится. Это обеспечивают подачей плазмообразующего газа в камеру 1 горелки, который выходит через узкое сопло 4 и сжимает дугу (рис. 1). Часть газа, проходя через столб дуги, нагревается, ионизируется и выходит из сопла в виде плазменной струи. Наружный слой газа, окружаю­щий столб дуги, остается относительно холодным и создает электрическую и тепловую изоляцию между дугой и соплом, предохраняя его от разрушения. В связи с высокой скоростью истечения высокотемпературной плазменной струи часто нужна дополнительная защита зоны сварки газом, подводимым через газовое сопло 5.

Если дуга горит между электродом 2 (катод) и изделием 3 (анод), то это — плазменная струя прямого действия (рис. 1, а). Когда (рис. 1, б) дуга горит между электродом 2 и соплом 4, а нагретый и ионизированный газовый поток выдувается из сопла горелки — это плазменная струя косвен­ного действия.

В горелках прямого действия непосредственное возбуждение дуги между электродом и изделием через узкий канал сопла осуществить трудно. Поэтому при помощи осциллятора возбуждается вспомогательная дуга между электро­дом и соплом, которая питается от того же источника питания 6, через ограни­чивающее сопротивление R, а затем, как только разогретая струя коснется изде­лия, автоматически зажигается основная дуга и выключается вспомогательная.

Параметры режима плазменной сварки.

Обычно при плазменной сварке диапазон приме­няемых токов — от 30 до 300 А при напряжении 17…35 В и скорости сварки 10…50 м/ч. Важными параметрами являются расход плазмообразующего (1,5…5 л/мин) и защитного газа (3…10 л/мин), а также диаметр (2,5…5 мм) и длина канала сопла (1…3 мм). Расход и состав рабочего газа в значительной мере влияют на напряжение и температуру дуги. Чем интенсивнее обжата дуга, тем выше ее напряжение, и тем выше эффективная тепловая мощность и давление дуги, и больше глубина проплавления. Таким образом, напряже­ние сжатой дуги зависит от конструктивных размеров элементов плазмотрона: диаметра и длины сопла, расстояния между электродом и соплом. Расстояние от торца сопла до изделия в диапазоне 4…8 мм мало влияет на глубину про­плавления.

Вольт-амперная характеристика плазменной дуги при прочих равных усло­виях имеет такую же конфигурацию, как и характеристика обычной дуги, но с увеличением обжатия меньше сила тока, при которой вольт-амперная характеристика дуги переходит в горизонтальную или даже возрастающую. Поэтому при плазменной сварке оптимальными внешними характеристиками источника питания являются крутопадающие или даже вертикальные характеристики, позволяющие значительно изменять напряжение при постоянстве силы тока.

Техника плазменной сварки.

При плазменной сварке применяют переменный или по­стоянный ток прямой и обратной полярности, а также импульсный режим изменения сварочного тока и различный состав плазмообразующей среды: аргон, гелий, азот, водород и их смеси. Сваривают стыковые и угловые швы. Сварку осуществляют как проникающей на всю толщину соединяемого метал­ла, так и непроникающей плазменной струей. Для предупреждения прожогов применяют съемные подкладки с канавкой для получения заданной формы об­ратного валика и защиты газом обратной стороны шва.

Стыковые соединения металла толщиной до 2 мм можно выполнять с отбор­товкой кромок. Металл толщиной до 3 мм сваривают обычно непроникающей струей с присадочным металлом или без него. Большая глубина проплавления позволяет сваривать без скоса кромок металл толщиной до 15 мм, однако при толщинах 10…12 мм ухудшается стабильность формирования шва, поэтому при большей толщине рекомендуют делать скос кромок и использовать допол­нительный присадочный металл. Обычно процесс ведут со сквозным проплав­лением и выходом плазменной струи с обратной стороны шва.

Разновидности плазменной сварки.

Сварка закрытой сжатой дугой осу­ществляется в микрокамере, охлаждаемой водой и защищающей зону плав­ления от воздуха. Присадочная проволока подается в зону плавления через специальное отверстие в микрокамере. В процессе сварки тонких металлов микрокамеру поджимают к свариваемым кромкам с силой, достаточной для устранения коробления кромок. Этот способ используют для сварки металлов толщиной 0,1…15 мм.

Сварка двойной плазменной дугой, возбуждаемой между электродом горел­ки и изделием и подаваемой в зону сварки токоведущей присадочной проволо­кой. Первая дуга осуществляет подогрев изделия, а вторая — плавление при­садочной проволоки. Способ применяют для сварки соединений с разделкой кромок.

Сварка плавящимся электродом происходит при подаче плавящейся электродной проволоки по оси горелки через медное сопло в плазменную струю, об­разующуюся между вольфрамовым электродом и изделием. Способ является комбинацией плазменной сварки и дуговой сварки плавящимся электродом.

Сварка в вакууме полым неплавящимся катодом осуществляется в камере при давлении 1…1х10^-2 Па и расходе аргона, подаваемого через отверстие в катоде, 2…4 дм³/ч. Способ применяют при сварке тугоплавких и активных металлов толщиной 1…20 мм.

Микроплазменная сварка применяется для соединения изделий толщиной 0,025…0,8 мм. Устойчивый процесс сварки при токах 0,2…15 А обеспечивает­ся за счет высокой степени сжатия плазменной струи в канале диаметром менее 1 мм. Плазмообразующий газ — аргон, а защитные газы — аргон, гелий, азот, водород и их смеси с аргоном. Процесс обеспечивает получение узкого шва и малой зоны термического влияния, что уменьшает деформацию изделий.

Электрошлаковая сварка — это сварка плавлением, при ко­торой для нагрева используется тепло, выделяющееся при прохождении элек­трического тока через расплавленный шлак (рис. 1). В этом принципиаль­ное отличие процесса ЭШС от дуговых способов сварки.

Наибольшее практическое применение имеет ЭШС проволочным электро­дом (одним или несколькими) с колебаниями или без колебаний, пластинча­тым электродом большого сечения и плавящимся мундштуком (рис. 2). Электрошлаковую сварку применяют при выполнении прямолинейных, криволинейных и кольцевых швов. Минимальная толщина деталей, соединение которых возможно ЭШС, находится в пределах 25…30 мм. Экономически наи­более целесообразно использовать ЭШС при изготовлении толстостенных кон­струкций из низко- и среднеуглеродистых, низко-, средне- и высоколегирован­ных сталей, чугуна и цветных металлов (алюминия, титана).

Особенности электрошлакового процесса.

Сущность процесса элетрошлаковой сварки.

При электрошлаковой сварке (ЭШС) сва­рочный ток проходит по электроду, жидкому шлаку, обладающему определен­ным электрическим сопротивлением, и основному металлу, обеспечивая вы­деление тепла для расплавления основного и присадочного металлов, а также флюса, поступающего в ванну. Слой расплавленного шлака за счет меньшей, чем у расплавленного металла, плотности находится в верхней части ванны, исключает воздействие воздуха на жидкий металл и очищает капли электро­дного металла, проходящие через шлак, от вредных примесей.

Для начала электрошлакового процесса необходимо расплавление флю­са и образование шлаковой ванны. Применяют следующие способы создания шлаковой ванны: «твердый старт», когда сварочный флюс вначале плавится электрической дугой во входном кармане, и «жидкий старт», когда в карман заливают жидкий флюс, который предварительно расплавляют в электриче­ской печи. Для более легкого возбуждения дуги на дно входного кармана засы­пают металлический порошок, стружку, термитные смеси, а затем дуга шунти­руется подсыпаемым и расплавляющимся флюсом.

Глубина шлаковой ванны может изменяться в пределах 35…60 мм. Темпе­ратура шлаковой ванны около электрода — 1900…2000°С. Скорость плавле­ния присадочного металла при электрошлаковой сварке больше, а расход флю­са в 10…20 раз меньше, чем при дуговой сварке, и составляет около 5% расхода электродной проволоки. При ЭШС обеспечивается возможность получения за один проход сварных соединений теоретически любой толщины.

Электрошлаковые швы формируют с помощью водоохлаждаемых ползу­нов или медных подкладок, а также стальных подкладок или замковых сое­динений.

Шлаковая ванна в электрической сварочной цепи является нелинейным активным сопротивлением, что позволяет использовать для сварки источники с жесткой внешней характеристикой.

ЭШС за счет значительной тепловой инерции ванны характеризуется высо­кой устойчивостью процесса, мало зависящей от рода тока, кратковременных изменений силы тока и даже его прерывания. Процесс устойчив при плотно­стях тока 0,2…300 А/мм² и позволяет использовать проволочные электроды диаметром от 1,6 мм и пластинчатые электроды сечением от 400 мм² и более.

Основные недостатки электрошлаковой сварки.

Сварку выполняют только в вертикальном или в близком к вертикальному положениях (отклонение от вертикали не более 30°). В случае вынужденной остановки сварной шов под­вергают ремонту или полностью удаляют и вновь сваривают. Кроме того, необ­ходимо изготавливать и устанавливать перед сваркой технологические детали (планки, «стартовые карманы», формирующие устройства и др.). Крупнозер­нистая структура в металле шва и зоне термического влияния и обусловленная этим низкая ударная вязкость металла сварного соединения при отрицатель­ных температурах также ограничивают область применения ЭШС.

Материалы для электрошлаковой сварки.

Флюсы.

Для выделения требуемого количества теплоты при электрошлаковой сварке флюсы должны обладать определенным электриче­ским сопротивлением в расплавленном состоянии, обеспечивать устойчивый электрошлаковый процесс в широком диапазоне напряжений и сварочных то­ков и удовлетворительное формирование поверхности шва.

Расплавленный флюс не должен вытекать в зазоры между кромками и формирующими шов устройствами и отжимать ползуны от свариваемых кромок.

Лучшими технологическими свойствами при сварке углеродистых и низколегированных сталей обладают плавленые флюсы электропроводные в твердом и расплавленном состоянии. Флюс перед употреблением прокаливают в элек­трической печи при 300…700°С в течение 1…2 ч.

Электродные и присадочные материалы.

При ЭШС в качестве электродов используют проволоку, пластины, трубы и ленты. В основном применяют про­волоку сплошного сечения диаметром 1,6…6 мм.

Химический состав электродного металла выбирают в соответствии с основ­ным металлом и требованиями к служебным характеристикам металла шва. Лучшим вариантом считается такой, когда в качестве электродного метал­ла применяют пластины или стержни, аналогичные по химическому составу основному металлу. При сварке плавящимся мундштуком металл шва легиру­ют, дополнительно подавая проволоку соответствующего состава.

ЭШС иногда выполняют с подачей в шлаковую ванну специальных порошкообразных присадочных металлических материалов, а также стружки или стержней, по составу идентичных основному металлу.

Благодаря хорошему перемешиванию в ванне расплавленного металла, электрошлаковую сварку возможно вести несколькими электродами, различ­ными по химическому составу, и получать заданный состав шва.

Техника электрошлаковой сварки различными способами.

Электрошлаковой сваркой могут быть выполнены стыковые, угловые и тавровые соединения с конфигурацией шва прямолинейной, коль­цевой, переменного сечения, переменной кривизны. Наиболее распростране­ны стыковые соединения. Угловые и тавровые соединения встречаются реже (рис. 3). Основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений при ЭШС сталей приведены в ГОСТ 15164-78.

Подготовка деталей к сварке.

При ЭШС важны чистота обработки торцевых поверхностей свариваемых кромок и состояние боковых поверхностей кромок, по которым будут перемещаться устройства, формирующие шов. На металле толщиной до 200 мм торцевые поверхности кромок подготавливают газовой резкой. При большей толщине, а также для кольцевых швов и деталей из леги­рованных сталей применяют механическую обработку. Боковые поверхности деталей зачищают наждачными кругами или механической обработкой на ши­рину 60…80 мм от торца кромки.

При сборке стыковых соединений прямолинейных швов смещение кромок не должно превышать 2…3 мм, а для кольцевых швов смещение кромок долж­но быть меньше.

Для получения точных размеров готового сварного изделия необходимо со­бирать детали с зазором, учитывающим деформации соединяемых деталей при сварке. Сборочный зазор в нижней части стыка равен сварочному зазору. В верх­ней части стыка сборочный зазор увеличивают из расчета 2…4 мм на каждый метр длины стыка. В зависимости от вида материала, способа ЭШС, режима и усло­вий закрепления, угол раскрытия деталей при сборке может достигать 1…2°.

Перед сваркой устанавливают закрепляющие устройства, которыми чаще всего служат скобы, привариваемые с тыльной стороны стыка, или пластины, привариваемые через 500…800 мм с лицевой стороны и удаляемые в процессе сварки (рис. 4, а — б).

Для начала электрошлакового процесса и выведения сварочной ванны за пределы сварного соединения используют входной карман и выходные план­ки, которые приваривают так, чтобы шов заканчивался на 60…80 мм выше торцевой поверхности кромок (рис. 4, в — г). После сварки перед термической обработкой входной карман и выводные планки срезают.

Сварка проволочными электродами.

Электродная проволока диаметром 2…3 мм — наиболее распространенный тип электродов для ЭШС стыковых соединений толщиной до 500 мм. Соединения толщиной до 50 мм выполняют одним неподвижным электродом. При толщинах металла 50…150 мм — одним электродом с колебательным движением, 100…300 мм — двумя электродами и 150…450 мм — тремя электродами. Расстояние между электродами зави­сит от толщины деталей и обычно не превышает 160 мм. Скорость сварки при ЭШС сравнительно небольшая и колеблется в зависимости от толщины деталей и числа электродов в пределах 0,5…15 м/ч. Скорость подачи электродной проволоки изменяется от 15 до 500 м/ч и опре­деляется скоростью сварки, площадью сечения наплавленного металла и сум­марной площадью электродных проволок. Сварочный ток на одном электроде при заданной скорости подачи проволоки выбирают в диапазоне 500…1500 А.

Параметры режима сварки, к которым относятся глубина шлаковой ванны (40…50 мм), сухой вылет электрода (60…80 мм), скорость поперечных коле­баний электрода (≈40 м/ч) и длительность остановки электродов у ползунов (4…5 с), не зависят от толщины свариваемых деталей.

Напряжение на электродах выбирают в зависимости от толщины и материа­ла свариваемых деталей в пределах 35…50 В. Начальное напряжение при «твер­дом старте» должно быть на 2…3 В выше выбранного для установившегося ре­жима, что способствует ускорению перехода от дугового процесса к шлаковому.

Сварка плавящимся мундштуком.

Плавящийся мундштук неподвижен в зазоре и представляет собой тонкостенную трубку или набор пластин толщи­ной 5 и 10 мм или стержней, снабженных каналами для подачи электродной проволоки (рис. 5). Форма плавящегося мундштука определяется конфигу­рацией свариваемого стыка, а материал должен быть подобен основному. Для изоляции плавящегося мундштука от кромок деталей используют таблетки из измельченного в порошок флюса, замешанного на жидком стекле, прокален­ные при 600…700°С.

Каналы мундштука соединяют трубками с механизмом подачи электро­дной проволоки. Число электродов определяют из расчета: одна проволока на 50…70 мм толщины детали. Скорость подачи электрода должна быть в преде­лах 120…160 м/ч при сварке толщин металла более 100…150 мм.

Сварочный ток выбирают в пределах 400…700 А на одну проволоку в зави­симости от материала и толщины детали при напряжении 30…40 В и скорости сварки 0,6…1,0 м/ч для углеродистых и 0,4…0,6 м/ч для легированных сталей.

Ведение ЭШС, окончание сварки и все последующие операции выполняют по правилам сварки прямолинейных швов. При сварке толстого металла более 200 мм предпочтительнее выбирать трехфазную схему питания. Для надежно­го одновременного пуска всех проволок применяют заливку жидкого флюса в карман.

Сварка электродами большого сечения.

Изделия толщиной до 200 мм сва­ривают одним пластинчатым электродом, изделия большей толщины — дву­мя или тремя электродами. Оптимальная толщина электродов 10…12 мм при зазоре между кромками 28…32 мм. Ширина электрода практически равна толщине свариваемого металла, при сварке двумя и тремя электродами зазор между ними —12…16 мм.

Длину электрода выбирают, учитывая длину шва с входным карманом и выходными планками, сварочный зазор, толщину пластинчатого электрода и конструкцию зажима электрода, равную обычно 500…600 мм. Для сварки стыка длиной 1000 мм требуется электрод длиной 3600 мм, поэтому способ применяют для швов длиной не более 1500 мм.

Сварочный ток зависит от скорости сварки, скорости подачи пластины, толщины и ширины пластинчатого электрода, толщины свариваемого металла и устанавливается в пределах от 600 А до 2000 А на каждый электрод. Опти­мальная скорость подачи пластинчатого электрода — 1,2…4,0 м/ч.

Сварка с порошкообразным присадочным металлом.

В качестве присадки обычно используют металлическую крупку, близкую по составу свариваемому металлу, диаметром 1…2 мм. Отношение массы крупки к массе электродной проволоки может достигать единицы. Сварку ведут на стандартном свароч­ном оборудовании, укомплектованном приставками для дозирования и подачи крупки непосредственно в шлаковую ванну или на электрод за пределами сва­рочного зазора.

Холодная порошкообразная присадка уменьшает температуру перегрева металлической ванны и улучшает структуру и механические свойства соеди­нения. Ударная вязкость при отрицательных температурах возрастает, что позволяет для некоторых низколегированных сталей отказаться от последую­щей нормализации. Поперечные деформации сварного соединения на 60…80% меньше, чем при обычной ЭШС. Достоинством способа является также повы­шение производительности процесса более чем в 2 раза.

Сварка с дозированной подачей мощности.

Дозированную подачу мощно­сти можно применять при ЭШС проволочным электродом, плавящимся мунд­штуком, электродами большого сечения. В процессе сварки при непрерывной подаче электрода периодически отключают источник сварочного тока, что по­зволяет уменьшить провар кромок, получить благоприятные условия кристал­лизации металла шва, регулировать структуру металла сварного соединения. Применение дозированной мощности позволяет увеличить скорость сварки в 1,5…2 раза и получать сварные соединения сталей некоторых марок, не тре­бующие термической обработки.

Сварка с принудительным охлаждением.

Охлаждение поверхности шва и околошовной зоны водой используется для термоупрочняемых сталей. Спрейер укрепляют под ползуном с одной или двух сторон свариваемого шва. Спрейер состоит из двух камер: через верхнюю подается воздух для отсекания пара, через нижнюю подается охлаждающая вода. Ширина зоны, охлаждае­мой водой, — 130…140 мм. При сопутствующем охлаждении скорость сварки можно увеличить в 1,5…2 раза по сравнению с обычной ЭШС. Наиболее эффек­тивен этот способ при сварке металла толщиной до 120 мм.

Сварка при увеличенном вылете проволоки.

При ЭШС с обычным выле­том проволока диаметром 3 мм нагревается у поверхности шлаковой ванны до 400…500°С, что обусловливает ее глубокое погружение (на 30…40 мм) в ванну для полного расплавления. Увеличивая сухой вылет до 180…220 мм, можно по­высить нагрев проволоки сварочным током при подходе к шлаковой ванне до 1200°С и уменьшить необходимую для плавления глубину погружении в ванну до 16…18 мм. Процесс весьма устойчив даже при глубине ванны 20…25 мм. При этом сварочный ток уменьшается на 20…30%, напряжение сварки повышается на 4…5 В по сравнению с обычной сваркой, а скорость сварки возрастает в два-три раза.

Техника сварки электродами с повышенным вылетом обычная. Способ при­меняют для сварки металла толщиной до 300 мм.

Сварка кольцевых швов.

Основной трудностью сварки кольцевых швов является необходимость замыкания шва. Форма линии замыкания кольцево­го шва зависит от количества электродов и от толщины свариваемого металла. Кольцевые стыки толщиной до 150 мм сваривают одним электродом, толщиной 100…250 — двумя электродами и толщиной 150…450 мм — тремя электрода­ми. Для формирования обратного валика применяют медное кольцо, охлажда­емое водой, остающиеся стальные подкладки (кольца шириной 80…100 и тол­щиной 25…30 мм) и обратные ползуны.

Предварительно в кольцевой стык вставляют входной карман и прихваты­вают прокладки для фиксации требуемой величины сборочного зазора. Собран­ные части дополнительно соединяют планками, приваренными равномерно по всей окружности кольцевого стыка, и укладывают на роликовые опоры.

Весь цикл сварки кольцевого шва делится на три этапа. Каждому этапу соответствует свой режим сварки. Скорость сварки кольцевого шва выбирают на 10-15% ниже скорости сварки прямолинейных швов при соответствующей толщине металла.

На первом этапе сваривают начальный участок шва при неподвижном аппа­рате и вращении изделия (рис. 6, а — б). На втором этапе процесс сварки ведут
так же, как при сварке прямолинейных швов. После поворота изделия на 1/3 окружности газовой резкой вырезают карман по шаблону и готовят данный участок к сварке замыкающего шва. На третьем этапе, когда прямолинейная часть начала шва займет вертикальное положение, вращение изделия прекра­щают и включают подъем аппарата (рис. 6, в). После заварки вертикальной части замыкающего участка подъем аппарата прекращают и включают вра­щение изделия (рис. 6, г), выводят из работы электрод, находящийся ближе к наружному краю стыка, и сварку заканчивают одним электродом.

Особенности сварных соединений и их термообработка.

Для повышения ударной вязкости сварного соединения при­меняют ЭШС с пониженной погонной энергией, ЭШС с сопутствующим нагре­вом, а также последующую термическую обработку в интервале температур 750-950°С.

Одной из основных причин необходимости термической обработки сварных соединений, выполняемых электрошлаковой сваркой, особенно при толщинах металла более 500 мм, является устранение высоких остаточных трехосных напряжений, образующихся в результате сварки.

Наиболее распространенные дефекты при ЭШС — это горячие трещины в металле шва, а в околошовной зоне — отколы. Встречаются также шлаковые включения и непровары.

Для обеспечения высокой стойкости металла шва к образованию горячих трещин корректируют состав электродного металла или скорость подачи элек­тродной проволоки. Изменение направления кристаллизации, которое зависит от коэффициента формы ванны, также уменьшает вероятность образования го­рячих трещин. Увеличение коэффициента формы и повышение стойкости про­тив образования трещин происходит при уменьшении сварочного тока и скоро­сти сварки, а также при повышении напряжения и увеличении зазора.

Для предупреждения отколов применяют предварительный подогрев на­чального участка или всего шва до температуры 150-200°С, уменьшают ско­рость сварки или используют высокий отпуск сразу же после сварки.

Образование пор при ЭШС может быть вызвано окалиной на кромках из­делия, большой влажностью и загрязненностью флюса, снижением в металле шва содержания марганца и кремния при применении несоответствующих электродных проволок и флюсов.

Шлаковые включения и непровары при ЭШС обычно связаны с нарушения­ми режима сварки. Непровары обычно являются следствием низкого напряже­ния сварки.

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.

Особенности сварки в защитных газах.

Сущность процесса сварки в защитных газах.

Сварку в защитных газах можно вы­полнять неплавящимся, обычно вольфрамовым, или плавящимся электро­дом (рис. 1). 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.

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 (рис. 2).

Используют защиту двумя потоками газов, при этом наружный поток обычно состоит из углекислого газа. При сварке активных материалов для предупреждения контакта воздуха не только с расплавленным, но и с нагретым твердым металлом применяют удлиненные насадки на сопла. 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.

Механизированную сварку в защитных газах обычно ведут на весу. Автоматическую сварку можно осуществлять на остающихся или съемных подкладках, снабженных устройствами для подачи газа (рис. 3). 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.

Защитные газы.

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.

Смесь аргона с 1…5% кислорода используют для сварки низкоуглероди­стой и легированной стали. Добавка кислорода к аргону понижает критиче­ский ток, предупреждает возникновение пор, улучшает форму шва.

Смесь аргона с 10…25% углекислого газа при сварке углеродистых сталей позволяет избежать образования пор, несколько повышает стабильность дуги и надежность защиты зоны сварки при наличии сквозняков, улучшает формирование шва при сварке тонколистового металла.

Смесь аргона с углекислым газом (до 20%) с добавкой не более 5% кисло­рода используют при сварке углеродистых и легированных сталей. Добавки активных газов улучшают стабильность дуги, формирование швов и предупре­ждают пористость.

Смесь углекислого газа с кислородом (до 20%) применяют при сварке углеродистой стали. Эта смесь имеет высокую окислительную способность, обеспечивает глубокое проплавление и хорошую форму шва, уменьшает пористость.

Теплофизические свойства защитных газов оказывают большое влияние на технологические свойства дуги, а значит, и на форму и размеры шва. Дуга в ге­лии по сравнению с дугой в аргоне имеет более высокое напряжение, а образую­щийся шов имеет меньшую глубину проплавления и большую ширину. Угле­кислый газ по влиянию на форму шва занимает промежуточное положение.

При необходимости металлургической обработки и дополнительного ле­гирования шва в зону дуги подают небольшое количество раскисляющих или легирующих веществ. Указанные вещества проще всего ввести при помощи порошковой проволоки. Шлакообразующие вещества вводят в виде пыли или паров вместе с защитным газом, в виде магнитного флюса или флюса, засы­паемого в разделку кромок, и другими способами. Состав металла шва можно изменить путем подачи в зону сварки дополнительной присадочной проволоки, а также двухгодовой сварки в общую ванну с использованием проволок различ­ного состава.

Преимущества и недостатки сварки в защитных газах.

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.

Подготовка деталей под сварку в защитных газах и параметры режима.

Подготовка деталей под сварку в защитных газах.

Способы подготовки кромок под сварку (механические, газовые и т. д.) такие же, как и при других спо­собах сварки. Вид разделки кромок и ее геометрические размеры должны соответствовать ГОСТ 14771-76 или техническим условиям на изготовление изделия.

При механизированной сварке плавящимся электродом можно получить полный провар без разделки кромок и без зазора между ними при толщине ста­ли до 8 мм. Сборка с зазором или разделкой кромок позволяет получить пол­ный провар при толщине металла до 11 мм.

Для защиты от брызг поверхность детали покрывают специальными аэрозольными препаратами. Детали собирают с помощью струбцин, клиньев, скоб или на прихватках. Прихватки лучше выполнять тем же способом, которым будет проводиться сварка, а при сварке переплавлять.

Основные параметры режима при сварке в защитных газах.

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/мм² при постоянном токе прямой полярности до 2,5 А/мм² при 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.

Сварка неплавящимся электродом в инертных газах.

Дуговой сваркой вольфрамовым электродом можно сваривать все типы соединений в различных пространственных положениях. Примене­ние этого способа целесообразно для соединения металла толщиной до 5-6 мм. Однако его можно использовать и для сварки металла большей толщины. Сварка выполняется без присадочного металла, когда шов формируется за счет расплавления кромок, и с присадочным металлом, подаваемым в зону дуги в виде сварочной проволоки. Как правило, сварку ведут при напряжении дуги 22…34 В, при этом длина дуги должна быть 1,5…3 мм. Вылет конца электрода из сопла не должен превышать 3…5 мм, а при сварке угловых швов и стыковых с разделкой — 5…7 мм.

Сварочные материалы при сварке неплавящимся электродом в инертных газах.

В качестве неплавящегося электрода использу­ют преимущественно стержни из вольфрама, реже — стержни из графита. Наибольшее распространение получили электроды ЭВЛ и ЭВИ диаметром 0,5…10 мм, выдерживающие большую токовую нагрузку.

Основным защитным газом является аргон. Горение дуги в гелии проис­ходит при более высоком напряжении (в 1,4…1,7 раза выше, чем в аргоне). Это требует применения для питания дуги источников с повышенным напря­жением холостого хода. Применение аргон-гелиевых смесей целесообразно в тех случаях, когда требуется повысить проплавляющую способность дуги без увеличения сварочного тока. Используют и некоторые другие газы, например, азот и водород или их смеси с аргоном. Для защиты вольфрамовых электродов не допускается использовать газы, содержащие кислород.

Особенности процесса сварки неплавящимся электродом в инертных газах.

Аргонодуговая сварка вольфрамовым элек­тродом может выполняться с местной или общей защитой, без подачи или с по­дачей присадочной проволоки, на постоянном или переменном токе. Большин­ство металлов сваривают на постоянном токе прямой полярности.

При сварке на постоянном токе прямой полярности обеспечиваются луч­шие условия для термоэлектронной эмиссии с электрода, выше его стойкость и допускаемый предел силы тока. Например, для вольфрамового электрода диаметром 3 мм максимальный ток ориентировочно составляет при прямой полярности 240-280 А, при обратной — лишь 20-45 А, при сварке на переменном токе — 140-160 А. Дуга на прямой полярности легко возбуждается и горит при напряжении 10-15 В в широком диапазоне плотностей тока.

При сварке на постоянном токе обратной полярности возрастает напряжение дуги, уменьшается устойчивость горения, резко снижается стойкость электрода, повышаются его нагрев и расход. Однако при обратной полярности происходит очистка поверхности металла, удаление поверхностных оксидов за счет бомбардировки катода тяжелыми положительными ионами аргона (ка­тодное распыление).

На переменном токе реализуются преимущества дуги прямой и обратной полярностей, т. е. обеспечиваются устойчивость вольфрамового электрода и разрушение поверхностных оксидов на изделии. Указанное свойство исполь­зуют при сварке алюминия, магния, бериллия и их сплавов, имеющих на по­верхности прочные оксидные пленки. При этом удаление пленки происходит в полупериод с обратной полярностью сварочного тока, когда свариваемое из­делие является катодом.

Расход вольфрамовых электродов невелик. При сварке на переменном токе рабочий конец вольфрамового электрода затачивают в виде полусферы. При сварке на постоянном токе конец электрода затачивают под углом 60° на длине 2…3 диаметров или в виде четырехгранной пирамиды. Для уменьшения рас­хода электрода подачу защитного газа начинают за 10…15 с до возбуждения дуги, а заканчивают через 5…10 с после обрыва дуги и дугу возбуждают, не касаясь концом электрода изделия, а используя осцилляторы или разряд кон­денсаторов.

Технологические свойства дуги зависят от рода тока. При прямой полярности на изделии выделяется около 70% тепла, что обеспечивает более глубокое проплавление основного металла. Электропроводимость дуги выше, когда ка­тод на электроде, и ниже, когда катод на изделии. В соответствии с этим и сила сварочного тока неодинакова в различные полупериоды переменного тока — больше при прямой и меньше при обратной полярности, т. е. проявляется выпрямляющий эффект сварочной дуги, связанный с различием теплофизиче­ских свойств электрода и изделия.

Разновидности сварки неплавящимся электродом.

Сварка по окисленной поверхности повышает эффективность выделения тепла в дуге и на изделии. Наличие окислов уменьшает блуждание дуги по основному металлу, и глубина проплавления возрастает на 15…30%, при этом толщина окисной пленки должна быть в пределах 20…200 мкм.

Сварка по слою флюса толщиной до 0,25 мм, состоящего из галогенидов и некоторых окислов, увеличивает глубину проплавления благодаря концен­трации тепловой энергии в активном пятне на изделии и повышению эффек­тивной мощности дуги.

Сварка погруженной дугой реализуется при увеличении расхода защитного газа, что позволяет обжать дугу и повысить ее температуру. Давление защитно­го газа и дуги, оттесняя расплавленный металл, способствует углублению дуги в основной металл. При толщине металла до 10 мм поток газа создает в металле сквозное отверстие. Металл, оплавленный на передней кромке, перемещается в хвостовую часть ванны и, кристаллизуясь, образует шов.

Сварка пульсирующей или импульсной дугой осуществляется при изменении тока по определенной программе. Способ находит применение при сварке металла толщиной от долей миллиметров до 3…4 мм. Ток, необходимый для сварки, включают импульсами с заданной частотой (рис. 4). Это уменьшает размеры сварочной ванны, которая в паузах между импульсами тока частич­но кристаллизуется, что снижает вероятность прожогов. Для уменьшения деионизации дугового промежутка между импульсами поддерживается дежур­ная дуга с уменьшенным током I_деж. Регулируя соотношение между I_св и I_деж, τ_св и τ_п, а также скорость сварки, изменяют форму и размеры шва.

Техника сварки неплавящимся электродом.

При сварке стыковых соеди­нений металла толщиной до 2,5 мм возникают деформации кромок, приводя­щие к нарушению формирования шва. Для их предупреждения применяют клавишные прижимные приспособления, сборку соединений под углом 7…10° или местный отгиб кромок в сторону подкладки.

Ручную сварку металла толщиной до 10 мм выполняют углом вперед. Для сварки материала толщиной свыше 10 мм следует применять сварку углом назад. Такое положение горелки относительно изделия рекомендуется и при сварке угловых соединений.

При механизированной и автоматической сварке вольфрамовый электрод располагают перпендикулярно поверхности изделия. Угол между ним и присадочной проволокой приближается к 90°.

При сварке металла толщиной 60 мм и более целесообразно использовать многослойную сварку в щелевой зазор с присадочной проволокой. Для этого кромки соединения подготовляют без скоса (под 90° к поверхности) и собирают с зазором 6-8 мм. Первый слой сваривают на медной съемной подкладке или на остающейся подкладке. Диаметр вольфрамового электрода — 2,5…4 мм, сварочный ток до 400 А. Качество соединения можно повысить, если приме­нить электроды с отогнутым рабочим концом и в процессе сварки сообщить им вращательные движения в щели от одной кромки к другой (рис. 5). Зону сварки защищают аргоном или смесью из равных долей аргона и гелия.

Сварка плавящимся электродом в инертных газах.

Наиболее распространена сварка одним электродом (однодуговая сварка). В зависимости от свариваемого материала, его толщины и требований, предъявляемых к сварному соединению, в каче­стве защитных газов используют инерт­ные газы или их смеси. Благодаря более высокой стабильности дуги процесс осуществляют преимущественно на по­стоянном токе обратной полярности от источников с жесткой внешней характе­ристикой. Помимо параметров режима, на стабильность горения дуги, форму и размеры шва влияет состав защитного газа и характер переноса электродного металла в сварочную ванну.

Основные параметры процесса свар­ки плавящимся электродом в инертных газах.

Сила тока регулируется скоро­стью подачи электродной проволоки. Увеличение тока сверх определенной величины (выше критического) при аргонно-дуговой сварке плавящимся электродом приводит к резкому переходу от капельного к струйному (мелкокапельному) переносу электродного метал­ла. При этом повышаются стабильность горения дуги и глубина проплавления по оси шва. Критический ток уменьшается при увеличении вылета электрода и при добавлении к аргону до 5% кислорода.

Напряжение дуги устанавливается примерно равным напряжению холо­стого хода источника тока.

Поперечные колебания электрода расширяют технологические возможности способа, позволяют получать широкие валики и улучшать формирование корня шва при сварке на весу и в различных пространственных положениях. Траектория поперечных колебаний электрода зависит от толщины металла и формы разделки.

Расстояние от сопла горелки до изделия для обеспечения качественной газовой защиты выдерживают в пределах 10…15 мм.

Токоподводящий наконечник должен утапливаться в сопло на глубину до 3 мм или при сварке угловых швов и стыковых швов с глубокой разделкой может выступать из сопла на 5-10 мм.

Закономерности изменения формы и размеров шва в зависимости от основ­ных параметров режима примерно такие же, как и при сварке под флюсом. Ре­жимы аргонодуговой сварки сталей плавящимся и неплавящимся электродом приведены в таблице 1.

Для обеспечения управляемого мелкокапельного переноса при сварке пла­вящимся электродом применяют импульсный сварочный ток с частотой более 25 имп/с. При этом по определенной программе изменяют основные параметры процесса — напряжение и ток дуги. Возможно одновременное изменение ско­рости подачи проволоки или скорости сварки. При увеличении тока во время импульса резко возрастающие электродинамические силы сбрасывают каплю с торца электрода. Импульсы могут быть одиночными или составлять группу. Импульсный режим оказывает воздействие также на процессы кристаллиза­ции металла сварочной ванны и термический цикл сварки, улучшая свойства сварного соединения.

Техника сварки различных типов соединений и швов в инертных газах.

Тонколистовой ма­териал толщиной до 4 мм сваривают короткой дугой с периодическими замы­каниями. Металл большей толщины сваривают на токах выше критических при струйном переносе электродного металла.

Стыковые соединения при механизированной сварке в нижнем положении выполняют углом вперед или углом назад. Положение электрода и изделия при автоматической сварке в нижнем положении такое же, как и при сварке под флюсом. Минимальная толщина свариваемого металла не менее 0,8 мм, а в ряде случаев не менее 1,5 мм.

Металл толщиной до 4 мм рекомендуется сваривать без разделки кромок в сборочно-сварочных приспособлениях на съемных медных или нержавею­щих подкладках либо на остающихся подкладках. Сварку ведут углом вперед проволокой 0,8…1,2 мм на малых токах и напряжениях.

Металл толщиной более 5 мм можно сваривать как на весу, так и на под­кладках.

Толщины до 12 мм сваривают без разделки кромок или с V-образной раздел­кой под углом 50…60°, а большие толщины — с V-, U- и Х-образной разделкой. Для улучшения формирования шва сварку ведут с поперечными колебаниями электрода.

Нахлесточные соединения металла толщиной до 1,5 мм обычно сваривают на медной или стальной подкладке. Дугу направляют на верхнюю кромку. Ме­талл большей толщины сваривают на весу, с наклоном электрода поперек шва. Дугу направляют в угол среза кромки верхнего листа.

Угловые соединения выполняют как «в лодочку», так и наклонным элек­тродом. В последнем случае электрод наклоняют на 50-60° к полке. При свар­ке тонколистового металла дугу направляют в угол. При толщине металла бо­лее 5 мм во избежание подрезов стенки электрод смещают в сторону полки.

Вертикальные швы выполняют проволокой диаметром 0,8…1,2 мм на ре­жимах с частыми короткими замыканиями при минимальном напряжении или импульсной дугой. При сварке сверху вниз выше производительность и лучше формирование шва.

Металл больших толщин сваривают снизу вверх, хотя скорость сварки при этом в 1,5…3 раза меньше. Металл толщиной до 4 мм сваривают без попереч­ных колебаний электрода, а больших толщин — с колебаниями. Сила тока за­висит от возможности удержания ванночки на вертикальной плоскости.

Импульсная дуга позволяет существенно упростить сварку вертикальных швов. Частота импульсов при сварке в аргоне металла толщиной до 3 мм — око­ло 33 имп/с, при сварке листов толщиной 3…6 мм — 50 имп/с, а при большей толщине — 100 имп/с.

Горизонтальные швы выполняют тонкой проволокой на режимах с часты­ми короткими замыканиями и импульсной дугой. Металл толщиной до 3 мм сваривают без разделки кромок. При толщине металла более 4 мм необходим скос кромки верхнего листа. На металле толщиной более 8 мм корневой шов сваривают тонкой проволокой с частыми короткими замыканиями, импульсно­дуговой сваркой или неплавящимся электродом. Разделку заполняют плавя­щимся электродом на больших токах, а облицовочный шов сваривают тем же способом, что и корневой.

Потолочные швы сваривают углом назад импульсной дугой тонкой прово­локой на режимах с частыми короткими замыканиями и при струйном перено­се, а также на пониженных напряжениях. Металл толщиной до 4 мм сваривают без поперечных колебаний электрода, а большей толщины — с колебаниями. Металл толщиной более 6 мм рекомендуется сваривать за несколько проходов.

Сварка плавящимся электродом в активных газах и смесях.

При сварке в активных газах существенное влияние на каче­ство шва, форму проплавления и потери на угар и разбрызгивание оказывает процесс переноса электродного металла. Перенос электродного металла при сварке сплошными проволоками может быть капельный, с короткими замыка­ниями дугового промежутка или струйный. Состав активного газа оказывает значительное влияние на перенос металла и форму проплавления. При сварке в углекислом газе и смеси Аr + (> 25%) СО₂ на всех режимах, а также в смесях Аr + О₂ и Аr + (< 15%) CO₂ с силой тока меньше критической перенос преиму­щественно капельный и форма провара такая же, как при сварке под флюсом. При сварке в смесях Аr + О₂ и Аr + (<15%) CO₂ с силой тока выше критической появляется струйный перенос и узкое глубокое проплавление по центру шва. В таблице 2 приведены данные о расходе углекислого газа в зависимости от диаметра сварочной проволоки.

При использовании порошковых проволок может быть получен процесс свар­ки без коротких замыканий и с переносом металла каплями среднего размера.

Особенности процесса сварки плавящимся электродом в активных газах и смесях.

Процесс переноса с короткими замыканиями наблюдается при сварке тонкими проволоками и низких напряжениях на дуге (рис. 6). При оплавлении электрода образуется капля электродного метал­ла и скорость плавления проволоки уменьшается при сохранении постоянной скорости ее подачи (интервал между точками τ₁ и τ₂). В результате электродная проволока приближается к ванне и капля замыкает дуговой промежуток. На­пряжение резко уменьшается (точка τ₂), а сила тока в цепи возрастает. С увели­чением тока пинч-эффект приводит к образованию шейки между электродной проволокой и каплей и ускорению перехода капли в ванну. Утоненная шейка перегревается проходящим током и перегорает со взрывом (точка τ₃). Это яв­ляется основной причиной повышенного разбрызгивания электродного метал­ла при сварке с короткими замыканиями. Далее напряжение резко возрастает и зажигается дуга (точка τ₄). После этого весь цикл повторяется.

С увеличением силы тока частота коротких замыканий увеличивается, а диаметр капель на электроде и потери на разбрызгивание уменьшаются. С по­вышением напряжения частота коротких замыканий уменьшается, увеличи­ваются диаметр капель на электроде, длительность их пребывания в зоне дуги, потери на окисление и разбрызгивание. При определенных значениях силы тока и напряжения процесс переходит в крупнокапельный.

С увеличением вылета электрода увеличиваются длина дуги, длительность периодов горения дуги и диаметр капель.

При сварке электродной проволокой диаметром до 1,6 мм и небольших сварочных токах при короткой дуге с напряжением до 22 В процесс идет с ко­роткими замыканиями, частота которых достигает 450 с^-1. При этом потери на разбрызгивание не превышают 8%.

Состав проволоки отражается на процессе сварки в случаях, когда изменя­ются характеристики дугового разряда, поверхностное натяжение или удель­ное электрическое сопротивление проволоки.

Основные параметры режима сварки плавящимся электродом в активных газах и смесях.

Сварку в активных газах обычно вы­полняют на постоянном токе обратной полярности.

Сила тока зависит от диаметра и состава электрода, скорости подачи элек­тродной проволоки, вылета электрода и состава газа (рис. 7). Силу тока ре­гулируют путем изменения скорости подачи проволоки и напряжения дуги.

С повышением напряжения дуги увеличивается ширина шва, уменьшается высота усиления и улучшается форма шва, однако одновременно увеличивают­ся потери на разбрызгивание.

Вылет электрода при сварке проволоками диаметром 0,5…1,4 мм влияет на стабильность процесса сварки. Обусловлено это изменением нагрева электро­да на вылете проходящим током. При сварке проволоками диаметром 1,6 мм и более влияние вылета электрода на стабильность процесса сварки намного меньше. Увеличение вылета позволяет повысить коэффициент расплавления электрода и уменьшает глубину проплавления.

При сварке углом вперед глубина провара уменьшается, а ширина шва увеличивается. При этом сварку можно вести на повышенных скоростях.

При сварке углом назад более 15° глубина провара несколько увеличивает­ся, причем глубина провара при сварке в углекислом газе несколько больше, чем при сварке под флюсом.

Влияние скорости сварки примерно такое же, как при сварке под флюсом.

Процесс сварки на прямой полярности отличается большим разбрызгива­нием. Скорость расплавления электрода увеличивается в 1,6…1,8 раза.

Техника сварки различных типов соединений и швов плавящимся электродом в активных газах и смесях.

Стыковые соедине­ния металла толщиной 0,8…1,2 мм можно сваривать на медных или стальных подкладках, а также на весу. Для соединения металла таких толщин приме­няют сварку на обратной полярности проволокой 0,7…0,8 мм на малых токах и напряжениях с частыми короткими замыканиями. В качестве защитных га­зов рекомендуют углекислый газ и смеси Ar + 25% СО₂, Ar + O₂+ 20% CO₂.

При сварке металла толщиной 1,2…2 мм рекомендуют однопроходную сварку с периодическим прекращением процесса или с поперечными колеба­ниями электрода.

Металл толщиной более 3 мм обычно сваривают в несколько проходов или с двух сторон. Разделку кромок при сварке в СО₂, учитывая большую глубину провара, выполняют с меньшим углом раскрытия кромок, чем при сварке под флюсом.

При использовании смесей Аr + СО₂, Аr + О₂ + СО₂ и Аr + О₂ разделку кро­мок обычно делают такую, как при сварке под флюсом.

Нахлесточные соединения металла толщиной 0,8…1,5 мм сваривают на весу или на подкладке вертикальным электродом, направленным на кромку верхнего листа.

Металл толщиной более 1,5 мм сваривают на весу наклонным электродом. При сварке металла равных толщин электрод направляют в угол, а неравных — на лист большей толщины.

Угловые соединения выполняют наклонным электродом при вертикальном расположении стенки соединения (табл. 3). Швы с катетом более 8 мм рекомендуется сваривать «в лодочку» вертикальным электродом. В некоторых случаях при сварке металла большой толщины делают скос кромки. В этом случае электрод направляют в угол разделки.

Замковые соединения позволяют выполнять сварку первых проходов на больших токах, поскольку в данном случае отсутствует опасность прожога ли­стов. При сварке замкнутых сосудов для исключения пор в корне шва требует­ся сборка без зазоров, поэтому детали собирают с натягом.

Вертикальные швы на металле толщиной до 6 мм и корневые швы при переменных зазорах сваривают сверху вниз углом назад. Металл толщиной до 3 мм сваривают без колебаний электрода, металл большей толщины — с поперечны­ми колебаниями электрода. Скорости сварки сверху вниз обычно в 2…2,5 раза выше, чем при сварке снизу вверх.

Листы толщиной более 7 мм сваривают снизу вверх проволоками диаме­тром до 1,6 мм углом вперед или назад.

Горизонтальные швы соединений листов толщиной до 6 мм выполняют проволоками диаметром 0,8…1,4 мм. Соединения металла толщиной до 3 мм собирают без скоса кромок, а при большей толщине делают скос на кромке верхнего листа.

Потолочные швы рекомендуют выполнять проволокой диаметром 0,5…1,4 мм углом назад на минимальных напряжениях и токах. Сварку стыковых швов с разделкой ведут с поперечными колебаниями электрода. Металл толщиной более 6 мм сваривают в два и более прохода.

Сварка порошковыми проволоками в защитных газах.

Для сварки применяют проволоки без дополнительной защиты (самозащитные) или с дополнительной защитой углекислым газом. Для сварки в углекислом газе рекомендуют применять порошковые проволоки рутиловые и рутил-флюоритовые.

В зависимости от типа проволоки (рутил-органический, карбонатно­флюоритовый и др.) используют постоянный ток прямой или обратной поляр­ности от источника с крутопадающей или жесткой внешней характеристикой.

Особенности процесса сварки порошковыми проволоками в защитных газах.

Конструкция порошковой проволоки опре­деляет некоторые особенности ее плавления. Сердечник проволоки на 50…70% состоит из неметаллических, неэлектропроводных материалов, поэтому дуга горит на металлической оболочке. Компоненты сердечника могут частично переходить в сварочную ванну в нерасплавленном состоянии, что вызывает об­разование пор и неметаллических включений в металле шва.

Металлургические особенности процесса сварки порошковыми проволока­ми определяют повышенную склонность металла шва к образованию пор при отклонении напряжения дуги и вылета электрода от значений, рекомендуе­мых производителем.

Техника сварки порошковыми проволоками в защитных газах.

Подготовка кромок, их очистка и сборка под сварку осу­ществляются теми же способами, что и при других способах сварки. Прихват­ки выполняют покрытыми электродами или порошковой проволокой.

Техника сварки порошковыми проволоками мало отличается от сварки плавящимся электродом в защитных газах. Однако появление на поверхности сварочной ванны шлака, затекающего при некоторых условиях в зазор между кромками впереди шва, изменяет условия проплавления корня шва и может привести к непровару кромок. Необходимо следить за равномерным покры­тием всей сварочной ванны шлаком. При многослойной сварке поверхность предыдущих швов рекомендуется тщательно очищать от шлака.

При сварке стыковых швов проволока должна быть перпендикулярна по­верхности изделия или расположена углом назад с отклонением от вертикали до 15°. При сварке угловых швов «в лодочку» или наклонным электродом угол между электродом и поверхностью изделия должен быть 45…60°.

Проволоки рутил-органического типа имеют удовлетворительные технологические свойства, мало чувствительны к изменению напряжения дуги. Одна­ко сварка на большом токе и при низком напряжении на повышенной скорости может привести к образованию в швах подрезов. Вылет электрода должен быть 15…20 мм.

Проволоки карбонатно-флюоритового типа требуют стабилизации на­пряжения дуги и более тщательной очистки кромок, чем проволоки рутил-органического типа. Для надежного возбуждения и горения дуги и предупрежде­ния в швах пор вылет электрода должен устанавливаться в пределах 25…30 мм.

Сварка точечных швов в защитных газах.

Точечные швы выполняют в любом пространственном поло­жении вольфрамовым или плавящимся электродом в основном для получения нахлесточных соединений. Для предупреждения прожога в соединениях необ­ходимо обеспечить плотное прилегание листов с зазором не более 0,5 мм, а с обратной стороны можно установить медные подкладки.

Размеры точки и ее свойства зависят главным образом от силы сварочного тока, напряжения и времени горения дуги.

При сварке вольфрамовым электродом используют сварочные пистолеты, конструкция которых позволяет поджать верхний лист к нижнему. Хорошее качество точек достигают при толщине верхнего листа до 2 мм. Во избежание загрязнения рабочего конца электрода дугу возбуждают с помощью осцилля­тора. При увеличении сварочного тока и времени горения дуги глубина про­плавления и диаметр точки увеличиваются. Для обеспечения хорошей защиты зоны сварки применяют различные типы газовых насадок. Время протекания сварочного тока регулируют с помощью реле. Образование подрезов, трещин и пор в точке предупреждают повторным кратковременным возбуждением дуги и плавным уменьшением тока.

При использовании плавящегося электрода точки сваривают в нижнем по­ложении при толщине верхнего листа до 6 мм без отверстия, а в вертикальном и потолочном положениях ведут сварку с короткими замыканиями импульсно­дуговым способом. Размеры точек регулируют, изменяя силу сварочного тока и напряжение дуги, диаметр электрода и время горения дуги. Для увеличения размеров точки сварку можно выполнять с круговым перемещением электрода. Целесообразно вести сварку полуавтоматами с реле времени, регулирующими время подачи электродной проволоки. Для защиты следует использовать соп­ла, как и при обычной сварке, но с отверстиями для выхода газа. При соедине­нии металла толщиной свыше 2 мм к концу сварки ток уменьшают и увеличи­вают напряжение дуги.