Лекция 7. Сварка в среде защитных газов

Дуговая сварка в среде защитных газов – дуговая сварка, при которой дуга и расплавляемый металл, а в некоторых случаях и остывающий шов, находятся в защитном газе, подаваемом в зону сварки с помощью специальных устройств. В качестве защитных газов используют инертные газы (аргон, гелий) и активные газы (углекислый газ, азот, водород …), иногда применяют смесь двух и более газов (Ar + O2; Ar + H2; Ar + N2; Ar + CO2). Чаще всего применяют: аргон, углекислый газ; смесь аргона или углекислого газа с кислородомДуговая сварка в защитном газе может выполняться в любом пространственном положении, как плавящимся, так и неплавящимся электродом. Принципиальная схема горелок для сварки неплавящимся электродом приведена на рис. 14.9, а. Прямая дуга 9 горит между неплавящимся (вольфрамовым) электродом 8 и заготовками 1. Питание дуги осуществляется источником сварочного тока 7 через токопроводящий мундштук 5. Мундштук электрически изолирован от корпуса 5 горелки. Подача защитного газа 9 осуществляется по каналу рукоятки 6, выполненной из диэлектрического материала. Для питания сварочной ванны жидким металлом используется присадочный материал 2 (присадочный пруток.). Присадочный пруток подают в дугу и перемещают вручную. Для повышения производительности сварки применяются головки с механической подачей присадочной проволоки в зону сварки (рис. 14.9, б). Использование механической подачи присадочной проволоки позволяет создавать сварочные полуавтоматы (перемещение головки производится вручную) или сварочные автоматы (снабжены механизмом перемещений сварочной головки).

Рис. 14.9 схемы горелок для сварки неплавящимся электродом:

а – ручная горелка: б – полуавтоматическая горелка; 1 – заготовки; 2 – присадочный пруток (проволока); 3 – дуга; 4 – корпус; 5 – мундштук; 6 – рукоятка; 7 – источник сварочного тока; 8 – электрод; 9 - защитный газ; 10 – кассета; 11 - роликовый

механизм.

Горелка для сварки плавящимся электродом отличается от горелок для сварки неплавящимся электродом наличием роликового механизма подачи омедненной сварочной проволокой, намотанной на кассету.

Аргонодуговую сварку применяют для соединения: цветных (алюминий, медь, магний), тугоплавких (титан, ниобий, цирконий) металлов и их сплавов; легированных и высоколегированных сплавов. Сварку можно производить плавящимся, или неплавящимся электродом.

Сварку неплавящимся электродом применяют при соединении заготовок толщиной от 0, 8 до 6 мм. Для сварки листовых заготовок толщиной 0, 2…1, 5 мм применяют автоматическую сварку в импульсном режиме. Между электродом и заготовками постоянно горит маломощная (дежурная) дуга, которая обеспечивает ионизацию сварочного промежутка. На дежурную дугу накладывают мощные импульсы дуги заданной частоты и длительности. Импульсный режим позволяет точно дозировать тепловложения и снизить минимальную толщину свариваемого металла.

Сварку неплавящимся электродом ведут на постоянном токе прямой полярности. Дуга горит устойчиво при напряжении 10…15 В и минимальном токе 10 А, что обеспечивает возможность сваривать заготовки от 0, 8 мм. При применении обратной полярности возрастает напряжение дуги и уменьшается устойчивость ее горения. Однако дуга обратной полярности позволяет очищать свариваемые поверхности заготовок от окисных и оксидных пленок (сварка алюминиевых и магниевых сплавов). Это явление получило название «катодное распыление» и может быть объяснено тем, что поверхности заготовок бомбардируются тяжелыми положительными ионами аргона, которые механически разрушают пленки. Совместить устойчивость дуги (прямая полярность) с катодным распылением (обратная полярность) позволяет применение переменного тока. Для питания дуги переменным током используют специальные источники, включающие в себя дополнительный стабилизатор горения дуги. Стабилизатор подает дополнительное напряжение в сварочную цепь в полупериод обратной полярности. Иногда применяют преобразователи, изменяющие полупериоды переменного тока по фазе и амплитуде.

Сварку плавящимся электродом применяют для соединения заготовок толщиной от 3 мм, с ручной или автоматической подачей горелки. Плотность тока должна быть не менее 100 А/мм. При меньших плотностях тока идет крупнокапельный перенос металла с электрода в сварочную ванну, приводящий к пористости сварного шва и сильному разбрызгиванию расплавленного металла. При больших плотностях тока, с учетом действия электромагнитных сил наблюдается струйный перенос металла, что обеспечивает глубокое проплавление и формирование плотного сварного шва с ровной поверхностью. При этом используют сварочную проволоку небольших диаметров (0, 6…3, 0 мм) и большую скорость ее подачи. Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности, так как электрические свойства дуги определятся наличием ионизированных атомов металла электрода в столбе дуги. Поэтому дуга обратной полярности горит устойчиво. Для снижения критической плотности сварочного тока применяют смесь аргон плюс 5% кислорода. Кислород уменьшает поверхностное натяжение капель расплавленного металла и позволяет перейти на струйный перенос при меньших токах.

Сварку в среде углекислого газа применяют при изготовлении различных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей. Сварку выполняют только плавящимся электродом на повышенных плотностях постоянного тока обратной полярности, горелками с механической подачей сварочной проволоки.

Под действием высокой температуры дуги углекислый газ диссоциирует на окись углерода им свободный кислород: 2СО2 = 2СО+О2. Выделяющийся кислород окисляет: железо (образуется растворимая в жидком металле закись железа) и легирующие элементы входящие состав свариваемой стали. При взаимодействии с углеродом, закись железа образует нерастворимую в металле окись углерода. В результате, металл сварного шва получается пористым с низкими механическими свойствами. Для предотвращения пористости сварного шва применяют электродную проволоку с повышенным содержанием раскисляющих примесей (марганец и кремний) марок Св08ГС; Св10Г2С и т.п.