1. Визначення, класифікація та основні схеми
2. захисні гази
3. Активні захисні гази
4. суміші газів
5. Способи газового захисту
6. способи зварювання
7. Особливості зварювання різних металів і сплавів
8. Сварка міді та мідних сплавів
9. Сварка алюмінієвих і магнієвих сплавів
10. Сварка хімічно активних і тугоплавких сплавів

види зварювання - Дугове зварювання в захисних газах

Сварка в захисних газах - один з найпоширеніших способів зварювання плавленням. У порівнянні з іншими способами він має ряд переваг, у тому числі головні: можливість візуального, в тому числі і дистанційного, спостереження за процесом зварювання; широкий діапазон робочих параметрів режиму зварювання в будь-яких просторових положеннях; можливість механізації і автоматизації процесу, в тому числі із застосуванням робототехніки; високоефективний захист розплавленого металу; можливість зварювання металів різної товщини в межах від десятих часток до десятків міліметрів.

Визначення, класифікація та основні схеми

Сварка в захисних газах (СЗГ) - загальна назва різновидів дугового зварювання, що здійснюється з вдуванням через сопло пальника в зону дуги струменя захисного газу. В якості захисних застосовують: інертні (Аr, Не), активні (СO2, O2, N2, Н2) гази і їх суміші (Аr + СO2 + O2, Аr + O2, Аr + + СO2 і ін.).

Різновиди СЗГ можна класифікувати за такими ознаками, як: тип захисних газів, характер захисту в зоні зварювання, рід струму, тип електрода і т. Д. (Рис. 2.1). За сукупністю основних фізичних явищ процес дугового зварювання в захисних газах можна класифікувати за двома основними схемами - це зварювання неплавким (СНЕЗГ) (рис. 2.2, а) і плавиться (СПЕЗГ) (рис. 2.2, б) електродами.

Зварювальний дуга в середовищі захисних газів характеризується відносно великим розрядних струмом (від 5 до 500 А і вище) і низьким катодним падінням напруги.

Для зварювання неплавким електродом застосовують в основному інертні гази Аr і Не, а також їх суміші в будь-якому співвідношенні. Ці гази, особливо Нє, мають високі потенціалами іонізації, що ускладнює первісне порушення дуги. Однак напруженість електричного поля (E) в стовпі дуги в інертних газах має порівняно низьке значення і тому дугового розряд в інертних газах відрізняється високою стабільністю. При зварюванні плавиться напруга дуги і стабільність її існування істотно залежать від складу захисного газу (рис. 2.3).

Підвищення напруги дуги зі збільшенням концентрації молекулярних газів (Н2, N2, O2 і СO2) пояснюється інтенсивним охолоджуючим дією цих газів в зв'язку з витратами енергії на дисоціацію і відведенням теплоти за рахунок високої теплопровідності. Збільшення напруги дуги призводить до зниження її стійкості.

захисні гази

інертні гази

Практично повністю нейтральними по відношенню до всіх зварюються металів є інертні одноатомні гази. Інертні гази застосовують для зварювання хімічно активних металів і сплавів, а також у всіх випадках, коли необхідно отримувати зварні шви, однорідні за складом з основним і присадним металами.

У зварювальному виробництві використовується аргон поставляється в газоподібному (табл. 2.1) і в рідкому станах. Газоподібний аргон відпускають, зберігають і транспортують в сталевих балонах (по ГОСТ 949-73) або автоцистернах під тиском 15 ± 0,5 або 20 ± 1,0 МПа при температурі 293 К.

При поставці аргону в балонах (погостювати 949-73) місткістю 40 дм3 обсяг газу в балоні становить 6,2 м3 (при номінальному тиску 15 МПа і 293 К).

Гелій для зварювання поставляється по ТУ 51-689-75 трьох сортів: марки А, Б і В (табл. 2.2). Транспортують і зберігають гелій в сталевих балонах місткістю 40 дм3 в газоподібному стані при тиску 15 МПа або в зрідженому стані під тиском до 0,2 МПа. Вартість гелію значно вище, ніж аргону, тому його застосовують в основному при зварюванні хімічно чистих і активних металів і сплавів. Застосування гелію забезпечує отримання більшої глибини проплавлення (завдяки високому значенню потенціалу іонізації), тому його застосовують іноді в тих випадках, коли потрібне посилення проплавляющей здатності дуги або отримання спеціальної форми шва.

Активні захисні гази

В якості активних захисних газів при зварюванні широко використовують вуглекислий газ. До активних газів можуть бути віднесені також азот і водень, які використовуються в деяких зварювальних процесах як складова частина захисного газу.

У зварювальному виробництві азот іноді використовують для зварювання міді і її сплавів, по відношенню до яких азот є інертним газом. Стосовно більшості інших металів азот є активним газом, часто шкідливим, і його концентрацію в зоні плавлення прагнуть обмежити.

Водень в зварювальному виробництві використовують досить рідко для атомноводородной зварювання і дугового зварювання в суміші (Аr + Н2 до 12%). Водень використовують тільки в спеціальних областях зварювання, оскільки він грає важливу роль в металургійних процесах зварювання. З огляду на можливості утворення вибухонебезпечної суміші між воднем і повітрям при роботі з ним слід строго дотримуватися вимог техніки безпеки.

суміші газів

У ряді випадків для розширення технологічних можливостей дугового зварювання доцільно застосовувати суміші аргону і гелію. Добавка гелію сприяє підвищенню проплавляющей здатності дуги.

1. Суміш Аг + (10 ÷ 30% N2). Добавка N2 до аргону також сприяє підвищенню проплавляющей здатності дуги. Цю суміш застосовують при зварюванні міді і аустенітної нержавіючої сталі деяких марок.

2. Суміш Аг + (1 ÷ 5% O2). Домішка кисню до аргону знижує критичний струм, при якому крапельний перенесення металу переходить в струменевий, що дозволяє дещо збільшити продуктивність зварювання і зменшити розбризкування металу. Аргонокіслородную суміш застосовують для зварювання маловуглецевої і легованої сталі.

3. Суміш Аг + (10 ÷ 20% СO2). Вуглекислий газ при зварюванні маловуглецевої і низьколегованої сталі сприяє усуненню пористості в зварних швах. Добавка СO2 до аргону підвищує стабільність дуги і покращує формування шва при зварюванні тонколистової сталі.

4. Потрійна суміш 75% Аr - 20% СO2-5% O2 забезпечує високу стабільність дуги з плавиться при зварюванні стали, мінімальне розбризкування металу, хороше формування шва, відсутність пористості.

При відсутності готових газових сумішей змішування газів можна здійснювати на зварювальному посту. Склад суміші, що подається в пальник, регулюється зміною витрати газів, що входять в суміш. Витрата кожного газу регулюється окремим редуктором і вимірюється ротаметром типу РС-3.

Способи газового захисту

По відношенню до електрода захисний газ можна подавати центрально або збоку. Захист зварювальної ванни газом, спливав з пальника, прийнято називати струменевого. Струменевий захист відноситься до найбільш поширеній способу місцевої захисту при зварюванні. Якість струминного захисту залежить від конструкції і розмірів сопла, витрати захисного газу і відстані від зрізу сопла до поверхні зварюваного металу. Найкращий захист розплавленого металу забезпечується при ламінарному характері закінчення газового потоку з сопла пальника.

Основна інформація щодо підрахунку витрати аргону на 1 м шва при зварюванні в нормальних умовах без зносять потоків наведені в табл. 2.3 і 2.4.

При нормуванні витрати газу слід резервувати 15% його кількості на продувку газопроводу перед початком роботи, на невикористаний залишок в балоні (0,3-0,4 МПа), на зварювання контрольних зразків і на підвариво дефектів зварних швів.

Витрата гелію рекомендується визначати за нормативами на витрату аргону, вводячи поправочний коефіцієнт 1,3.

способи зварювання

Для розширення діапазону зварюються товщин, збільшення продуктивності процесу зварювання в захисному газі і підвищення якості зварних з'єднань розроблений ряд спеціальних способів.

Особливості зварювання різних металів і сплавів

Сварка сталей

Сварка маловуглецевих і низьколегованих сталей в інертному газі застосовується рідко, так як ці стали добре зварюються під флюсом і в вуглекислому газі.

Високі технологічні властивості при зварюванні сталей забезпечуються при добавці до аргону до 1-5% кисню. Кисень сприяє збільшенню щільності металу шва, поліпшенню сплаву, зменшення підрізів і збільшення продуктивності процесу зварювання.

Для зварювання низьковуглецевих і низьколегованих сталей може також застосовуватися аргон з добавкою 10-20% вуглекислого газу. Вуглекислий газ сприяє усуненню пористості в швах і поліпшенню формування шва.

Високолеговані успішно зварюються в інертних газах і їх сумішах. При цьому забезпечується висока стабільність дуги і мінімальний чад легуючих елементів. Хімічний склад металу шва регулюється за рахунок застосування дроту потрібного складу. Стали, до складу яких входять елементи з високою активністю до кисню (алюміній, титан, цирконій і т. П.), Зварюються в середовищі інертних газів. Орієнтовні режими автоматичного і напівавтоматичного зварювання стикових з'єднань товщиною 4 10 мм на постійному струмі наведені в табл. 2.11.

Сварка міді та мідних сплавів

мідь ( Технологія зварювання міді і її сплавів ) Добре зварюється в аргоні, гелії і азоті, а також в суміші аргону з гелієм і азотом. З метою економії аргону і підвищення продуктивності доцільно використовувати суміш аргону з азотом (70-80% аргону і 30-20% азоту). Азот сприяє збільшенню глибини проплавлення міді.

Через високу теплопровідність міді для отримання надійного проварена на початку зварювання і хорошого сплаву по крайках деталі підігріваються до 470-770 К. При зварюванні в аргоні підігрів необхідний при товщині міді більш 4 мм, а в азоті - більше 8 мм. Величину зварювального струму вибирають виходячи з діаметра вольфрамового електрода, складу захисної суміші і роду струму. При цьому зварювання може виконуватися як на змінному, так і на постійному струмі зворотної полярності.

при зварюванні латуні , бронз і міднонікілєвих сплавів краще використовувати вольфрамовий електрод. При цьому випаровування цинку і олова будуть значно менше, ніж при зварюванні плавиться. Присадний метал, а іноді і кромки, що підлягають зварюванню, очищаються травленням. Для цього застосовують розчин, що складається з 75 см3 / л HNO3, 100 см3 / л H2SO4 і 1 см3 / л НСl.

Деякі режими зварювання стикових з'єднань міді в нижньому положенні наведені в табл. 2.12.

Сварка алюмінієвих і магнієвих сплавів

Ці сплави мають високі значеннями електропровідності, теплопровідності, а також прихованої теплоти плавлення. Труднощі зварювання цих сплавів полягає в наявності на їх поверхні тугоплавкої оксидної плівки, яка перешкоджає сплаву металу зварювальної ванни з основним металом і, крім того, залишається в шві у вигляді неметалічних включень. При зварюванні на струмі зворотної полярності відбувається катодний очищення поверхонь, що зварюються в зоні впливу дуги. Однак дією розрядного струму може бути зруйнована лише порівняно тонка плівка оксиду. Товсту плівку оксиду алюмінію перед зварюванням необхідно видаляти механічним або хімічним шляхом. Особливо важливо видаляти оксидну плівку з поверхні електродного дроту малого діаметра (з алюмінієвих і магнієвих сплавів). Це пояснюється тим, що на поверхні оксидної плівки добре сорбується волога, яка, діссоцііруя в дузі, призводить до насичення металу шва воднем і збільшення його пористості. Характер утворення пористості залежить також і від хімічного складу сплаву. При зварюванні алюміній-магнієвих сплавів плівка оксидів має більшу, ніж у чистого алюмінію, товщину і утримує більше вологи.

Термічно зміцнюється сплави системи Аl-Mg-Si (марок АВ, АКБ, АКБ) володіють підвищеною схильністю до утворення гарячих тріщин, що визначається наявністю легкоплавких евтектики, що розширюють температурний інтервал твердожидком стану. Для зменшення схильності до гарячих тріщин цих сплавів доцільно застосовувати присадки, що містять 4-6% Si.

Вплив на якість зварних з'єднань надає вибір конструктивних елементів оброблення крайок, які визначені ГОСТ 23949-80.

Накопичений досвід застосування зварювання конструкцій з алюмінієвих сплавів дозволив відпрацювати режими, що забезпечують високу якість зварних з'єднань (табл. 2.13 і 2.14).

Сварка хімічно активних і тугоплавких сплавів

До числа основних труднощів, що зустрічаються при зварюванні титанових, цирконієвих, молібденових, нікелевих та інших тугоплавких сплавів, відноситься велика хімічна активність металу при високій температурі (особливо в розплавленому стані) по відношенню до газів (кисню, азоту, водню). Тому при зварюванні потрібен захист від повітря не тільки розплавленого металу, а й ділянок твердого металу, нагрітого до температури вище 660 К. Зазвичай це досягається застосуванням спеціальних приставок довжиною до 500 мм і подачею газу зі зворотного боку шва через спеціальні підкладки. При зварюванні використовується аргон тільки вищого сорту або гелій марки А.

Найбільш надійний і стабільний захист зони зварювання забезпечують камери з контрольованою атмосферою, де в якості захисного середовища використовують спектрально чистий або вищого сорту аргон, а також вакуумні камери, тиск в яких не перевищує (6-8) * 10-2 Па.

Щоб уникнути зайвого перегріву біляшовних ділянок при дугового зварювання, наприклад титану і цирконієвого сплаву, обмежують рівень зварювального струму. Максимальна його величина при зварюванні титану поверхневої дугою вольфрамовим електродом зазвичай ≤300 А. При цьому можна зварювати без оброблення крайок за один прохід сплави товщиною 3-4 мм.

Дугового зварювання в вакуумі завдяки високій концентрації теплової потужності дугового розряду з порожнистим катодом вдається поєднувати без оброблення крайок за один прохід титанові сплави товщиною 8-10 мм. Стикові з'єднання титанових сплавів великої товщини виконують багатошаровою зварюванням з обробленням кромок і подачею присадного дроту. Режими зварювання в аргоні стикових з'єднань титану наведені в табл. 2,15, 2.16.

Волченко В.Н. "Зварювання та зварювані матеріали. Том 2"

Див. також: