Сущность способов полуавтоматической сварки в среде защитных газов

Первоначально шланговые  полуавтоматы предназначались для  сварки открытой дугой голой электродной проволокой диаметром 4-5 мм. Работа велась на малых сварочных токах. Вследствие значительного диаметра проволоки шланг был тяжелым, недостаточно гибким, неудобным в работе. Малые токи не позволяли значительно повысить производительность сварки по сравнению с ручной сваркой, поэтому шланговые полуавтоматы, хотя и были известны, не находили применения.

Созданию практически  пригодного шлангового полуавтомата способствовал  переход к способу сварки под  флюсом электродной проволокой малых  диаметров, не превышающих 2-2,5 мм. Применение флюса позволило увеличить сварочный ток, что улучшило устойчивость дуги и резко повысило производительность сварки. С уменьшением диаметра проволоки снизился вес шланга и увеличилась его гибкость. Схема установки для шланговой полуавтоматической сварки типа ПШ-5, разработанной в Институте электросварки им. Е. О. Патона, показана на рисунке выше.

 

Электродная проволока  диаметром 1,6-2 мм, смотанная в бухту, находящуюся в коробке или  кассете 1, проталкивается подающим механизмом 2 через гибкий шланг 3 в держатель 4, находящийся в руке сварщика. Сварочный ток подводится к держателю через гибкий шланг от сварочного трансформатора 5 с дроссельной катушкой. Включающая аппаратура и электроизмерительные приборы смонтированы в аппаратном ящике 6.

Подающий механизм работает по принципу постоянной скорости подачи электродной проволоки.

Подача производится асинхронным электродвигателем  переменного трехфазного тока мощностью 0,1 кет через червячную и две  цилиндрические пары зубчатых колес. Скорость подачи проволоки изменяется перестановкой зубчатых колес в пределах 80-600 м/ч. Через гибкий шланг сварочный ток подводится к держателю и электродная проволока подается в зону дуги.

Для пропуска электродной  проволоки внутри специального гибкого шланга находится гибкая стальная проволочная спираль, отделенная от токоведущей части шланга сдоем изоляции. Поверх спирали расположены гибкие медные провода, по которым поступает сварочный ток. В провода заложены два изолированных проводника для цепи управления. Токоведущая часть защищена хлопчатобумажной оплеткой и прочной резиновой изоляцией 6. Нормальная длина шланга 3,5 м. Шланг заканчивается держателем-наконечником. На держателе смонтирована воронка-бункер для флюса и кнопка для включения механизма полуавтомата и сварочного тока. Электродная проволока, пройдя гибкий шланг, поступает в наконечник и направляется в зону дуги.

Сварочный ток по проводникам  гибкого шланга поступает в держатель  и по трущемуся о металл мундштука  концу электродной проволоки направляется в зону дуги. Универсальный держатель ДШ-5 к шланговому полуавтомату (рис.) состоит из изолированного от других частей криволинейного трубчатого мундштука 1, воронки для флюса 2 с заслонкой 3 и ручки 4, внутри которой смонтированы пусковая кнопка и присоединение шланга к держателю. Опорный костыль 5 или специальная насадка фиксируют расстояние между мундштуком и изделием и позволяют копировать конфигурацию шва. Существует целый набор специальных держателей к полуавтомату для сварки в труднодоступных местах, сварки труб и фланцев и пр. Флюс для сварки засыпается вручную в воронку держателя.

 

 

 

Сварка полуавтоматом  производится на переменном токе, но иногда и на постоянном токе, например при  работе в полевых условиях, при  сварке тонкого металла и т. п. Полуавтомат рассчитан на проволоку диаметром 2 мм, ток 200-650 а и скорость сварки (перемещение дуги по шву) 15-40 м/ч. Может применяться проволока диаметром 1,6 мм при токах 150-450 а и проволока диаметром 1,2 мм при токах 100-170 А. Несмотря на сравнительно малые сварочные токи, при шланговой полуавтоматической сварке получается глубокое расплавление основного металла (до 10- 12 мм), что обеспечивает возможность сварки металла не только малых, но и больших толщин. Значительная глубина расплавления объясняется большой плотностью тока.

Шланговые полуавтоматы часто оказываются выгоднее автоматической и ручной сварки. Они используются для сварки металла толщиной от 2-3 мм до самых больших толщин, встречающихся  на практике, для сварки всех видов  стыковых швов - одно- и двусторонних, со скосом и без скоса кромок, угловых швов в тавровом и нахлёсточном соединениях, а также и прорезных швов. Шланговыми полуавтоматами можно выполнять не только сплошные, но и прерывистые швы; они успешно применяются как в заводских, так и в полевых условиях на открытом воздухе, например при сварке стыков трубопроводов, при сооружении строительных металлоконструкций, каркасов высотных зданий и т. д.

Различие между автоматами и  шланговыми полуавтоматами довольно условно. Установив неподвижно держатель полуавтомата, и перемещая под ним изделие прямолинейно или вращая его, получают дуговой автомат. Существуют шланговые автоматы; в них проволока из шланга поступает не в ручной держатель, а в компактную самоходную сварочную головку, перемещающуюся по линии сварки.

 

Сварочные материалы. Сварочная проволока.

 

Для сварки плавящимся электродом и  наплавки применяются:

проволока стальная сварочная (ГОСТ 2246-70);

проволока стальная наплавочная (10543-75);

проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов (ГОСТ 7871-63);

прутки чугунные для сварки и  наплавки (ГОСТ 2671-70);

порошковая проволока (по техническим  условиям);

голая сплошная легированная проволока (по техническим условиям).

Проволоку стальную сварочную применяют  при изготовлении покрытых электродов для ручной дуговой сварки, для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом и в среде защитных газов, а также в качестве присадочного металла при газовой сварке, аргонодуговой и других видов сварки.

По марке проволоки можно судить о её химическом составе согласно условному обозначению содержания основных элементов в стандартах на марки стали. Аналогично расшифровывается тип электрода, гарантирующий химический состав металла шва.

После букв СВ (сварочная) стоят цифры, которые показывают среднее или примерное содержание углерода в сотых долях процента, буквы и цифры показывают среднее  содержание того или иного элемента в процентах.

Наибольшее распространение  в промышленности получили низкоуглеродистые проволоки СВ-08, СВ-08А, СВ-08ГА, СВ-10ГА и низколегированная СВ-08Г2С. Следует заметить, что есть ещё сварочная проволока СВ-08АА, которая отличается от проволоки СВ-08А более низким содержанием серы и фосфора . Буква А в конце условных обозначений марок низкоуглеродистой и низколегированной проволоки указывает на повышенную чистоту металла по содержанию серы и фосфора. Проволока СВ-08А имеет пониженное содержание серы и фосфора.

 

 

Защитный газ.

 

Углекислый газ ―  бесцветный газ, со слабым запахом. При увеличении давления превращается в жидкость, которую называют углекислотой, а при сильном охлаждении затвердевает, которого называют „сухой лёд”. Для сварки применяют пищевой углекислый газ и сварочный 1-го и 2-го сортов с объёмным содержанием чистого газа соответственно не менее 98.5, 99.5 и 99.0 %.

Газ получают из известняков, кокса, антрацита методом выжигания  в специальных печах из природных  и котельных газов и другими  способами.

Аргон ― инертный газ, без цвета и запаха, тяжелее  воздуха, чем обеспечивает надёжную защиту сварочной ванны. Аргон делится на сорт:

• аргон газо-подобный и редкий, первого сорта для  плазменной резки и сварки плавящимся электродом.

• аргон высокой частоты  ― редкий первого сорта, редкий второго  сорта и газо-подобный.

Аргон высокого качества используется для сварки титановых  сплавов, циркония, молибдена и других активных металлов и сплавов. Аргон  первого сорта предназначен для  сварки алюминиевых и магниевых  сплавов; аргон второго сорта  для сварки деталей из чистого  алюминия, нержавеющих и жаростойких сплавов. Сохраняют и трансформируют аргон в железных цельнотянутых баллонах.

 

 

 

 

 

Режим полуавтоматической сварки.

полуавтоматический  сварка газ ток

При разработке технологии автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом необходимо учесть особенности соединения и подготовки кромок под сварку, а также возможность выполнения сварки по различным вариантам.

Выбранные режимы должны обеспечить сплошной провар при сварке стыковых соединений и получение  шва заданного катета при сварке тавровых и угловых соединений. Во всех случаях режимы сварки должны обеспечить хорошее формирование швов. При выборе режимов автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом необходимо учитывать большое число различных факторов, влияющих на формирование и механические свойства сварных швов.

Форма сварных швов и  форма проплавления (провара) характеризуются: глубиной проплавления основного металла; шириной проплавления или шириной  шва; высотой валика (утолщения); коэффициентом  формы провара; площадью зоны проплавления; площадью зоны наплавки; отношением, определяющим долю основного металла в формировании шва.

Изменение режима сварки и других технологических факторов по-разному влияет на размеры сварных  швов.

С увеличением силы тока при постоянном диаметре электродной проволоки увеличивается количество тепла, вводимого в изделие, и количество расплавляемого основного металла, а также возрастает сила дутья (давление газов) дуги, что способствует вытеснению металла из-под дуги и ее углублению в основной металл. Благодаря этому увеличивается глубина проплавления основного металла и доля участия его в формировании шва. Вследствие значительного «погружения» дуги в основной металл ширина шва возрастает мало. Объем расплавляемого электродного металла увеличивается, что обусловливает увеличение утолщения шва.

Изменение плотности  тока заметно влияет на глубину и  ширину проплавления (для электрода одного и того же диаметра при увеличении тока). Однако плотность тока изменяется и при постоянном сварочном токе, но при изменении диаметра электрода.

С увеличением плотности  тока глубина проплавления и утолщение  шва увеличиваются почти линейно; ширина проплавления увеличивается  в меньшей степени и после  определенного предела даже уменьшается.

Увеличение напряжения связано с удлинением дуги; при этом возрастает доля тепла, идущего на плавление флюса. Увеличение полости, в которой горит дуга, ведет к увеличению ширины проплавления и некоторому уменьшению глубины проплавления и утолщения шва. Увеличение скорости сварки уменьшает время теплового воздействия дуги на основной металл, в результате чего снижаются глубина и особенно ширина проплавления.

Электрод в продольной плоскости по оси шва может  быть перпендикулярен шву или  может иметь наклон - «углом назад» или «углом вперед». Процесс сварки углом назад мало отличается от сварки вертикальным электродом. Для сварки же с наклоном электрода углом вперед характерны следующие особенности: тепло рассеивается впереди дуги, металл из-под дуги вытесняется слабее, глубина проплавления уменьшается, но зато свариваемые кромки прогреваются сильнее, что устраняет опасность не сплавления шва с основным металлом на больших скоростях сварки (более 80-100 м/час).

Изменение вылета электрода  в практически возможных пределах (30-50 мм) не влияет на размеры шва.

Наклоняя изделия, сварку можно производить «на спуск» или «на подъем». При сварке на спуск жидкий металл подтекает под  дугу и уменьшает глубину проплавления основного металла.

При сварке на подъем сила тяжести способствует вытеснению жидкого металла из-под дуги: дуга погружается глубже в основной металл и глубина проплавления увеличивается, а ширина уменьшается.

Правильное формирование швов возможно при угле наклона шва  к горизонту в продольном направлении  не свыше 8-10°. Угол наклона изделия в поперечном направлении (поворот шва) не должен превышать 10-20°.

Так как на размеры  шва оказывают влияние многие факторы, для ускорения выбора режимов  сварки, как правило, используют заранее  разработанные таблицы, составленные на основании большого количества опытов. Однако такие таблицы имеют частное значение и не позволяют в общем виде представить связь между параметрами режима сварки и размерами шва.

По условиям правильного  формирования шва скорость автоматической сварки должна лежать в пределах 12-75 м/час, а полуавтоматической 10-40 м/час. Нужно, однако, учитывать, что скорость 30-40 м/час при полуавтоматической сварке допустима только на коротких швах (из-за быстрой утомляемости сварщика).

Необходимо иметь в  виду, что судовые конструкции, как правило, не кантуются и швы тавровых соединений выполняются наклонным электродом. При этом качественное формирование шва за один проход получается при сварке шва катетом не более 8-9 мм. Швы с большими катетами выполняют за несколько проходов, исходя из следующих практических данных: швы катетом 9-14 мм следует варить за 2 прохода, швы катетом 15-16 мм за 3 прохода и швы катетом 17-20 мм за 4 прохода.

 

 

Дефекты сварных  швов.

 

Дефекты в сварных  швах принято называть отклонение от норм, предусмотренных ГОСТами и техническими условиями на сварные соединения.

Классификация дефектов. Дефектами сварных соединений принято  называть отклонения от норм, предусмотренных  ГОСТами, техническими условиями и  чертежами проектов. В этих нормах предусматриваются: геометрические размеры сварных швов (высота и ширина), герметичность, прочность, пластичность, химический состав и структурные составляющие металла шва.

Дефекты сварных швов и соединений весьма разнообразны. Можно выделить следующие основные группы дефектов:

образующиеся в результате нарушения технологии сборки (смещение свариваемых кромок, осей труб, несоответствие зазора между свариваемыми деталями и др.);

имевшиеся в металле  свариваемых деталей (трещины, расслоения, закаты и плены), на свариваемых кромках  или вблизи шва; эти дефекты могут воздействовать на формирование шва;

вызванные плохой свариваемостью основного металла (склонность к  образованию холодных и горячих  трещин в основном соединении);

образующиеся в результате несоответствия химического состава  и технологических свойств присадочных материалов;