Дуговая сварка в защитных газах
Среди дуговых методов сварки, получивших достаточно широкое распространение, имеются такие, у которых защита расплавленного металла сварочной ванны от взаимодействия с воздухом осуществляется инертными, некоторыми активными газами или смесью их друг с другом. Классификация способов сварки в защитных газах показана на рис. 23.15.
Наибольшее распространение получила сварка в инертном газе аргоне и в углекислом газе, причем вследствие высокой стоимости инертных газов там, где это возможно, их заменяют углекислым газом.
Сварку в инертных газах можно выполнять неплавящимся и плавящимся электродами.
В качестве неплавящегося электрода (рис. 23.16, а) применяется пруток вольфрама, а в качестве плавящегося (рис. 23.16, б) проволока из основного металла или близкого к нему по химическому составу.
Сварка неплавящимся электродом по способу механизации подразделяется на ручную, полуавтоматическую и автоматическую. При ручной сварке сварщик подает присадочную проволоку в зону дуги, где она оплавляется, и перемещает горелку вдоль стыка свариваемого изделия. Если механизируется одно из этих перемещений, например подача проволоки в зону дуги, то сварку относят к полуавтоматической (механизированной), если оба перемещения — к автоматической (рис. 23.17).
Рис. 23.15. Классификация способов сварки в защитных газах
Рис. 23.16. Схема сварки в инертном газе:
а — неплавящимся электродом; б — плавящимся электродом; 1 — горелка; 2 — не- плавящийся (вольфрамовый) электрод; 3 — присадочная проволока; 4 — свариваемая деталь; 5 — электродная проволока (плавящийся электрод); в — механизм
подачи проволоки
При сварке вольфрамовым электродом дуга горит устойчиво даже при малой плотности тока благодаря высокой термоэмиссионной способности вольфрама. Поэтому удается сваривать небольшие (до 0,1 мм) толщины металла. При сварке вольфрамовым электродом деталей больших толщин (свыше 8—10 мм) применяют более мощные трехфазные дуги.
При сварке плавящимся электродом дуга горит между концом проволоки, непрерывно подаваемой по мере ее оплавления в зону сварки, и изделием. При сварке плавящимся электродом можно применять ток значительной плотности, что повышает проплавляющую способность дуги. Однако механические свойства сварных соединений, особенно из легких сплавов, при сварке вольфрамовым электродом несколько выше, чем при сварке плавящимся эле-
Рис. 23.17. Схема автомата АДСВ-2:
1 — присадочная проволока; 2 — вольфрамовый электрод; 3 — самоходная тележка; 4 — сварочная горелка; 5 — подающий ролик; 6 — прижимной ролик; 7 — барабан для сварочной проволоки; 8 — пульт управления ктродом, и качество их стабильнее. Поэтому если требуются высокая прочность и плотность наплавленного металла, то сварка вольфрамовым электродом, чаще всего трехфазной дугой, применяется и для металлов больших толщин.
Сварка в инертных газах, и прежде всего аргоно-дуговая, широко используется в промышленности. Это объясняется следующими основными причинами.
- 1. Аргоно-дуговая сварка вольфрамовым электродом позволяет сваривать толщины металла порядка 0,1—0,2 мм. Пониженное давление дуги обеспечивает сварку на весу с полным проплавлением стыковых соединений без применения поддерживающих подкладок.
- 2. Сварка возможна в любых пространственных положениях.
- 3. Аргон как инертный газ обеспечивает высококачественную защиту расплавленного металла.
- 4. При аргоно-дуговой сварке алюминиевых, магниевых и бе- риллиевых сплавов не требуется применять флюсы, так как оксидная пленка, препятствующая образованию шва, активно разрушается в результате катодного распыления, когда сварочная ванна подвергается бомбардировке положительными ионами аргона.
- 5. Возможна сварка практически всех металлов и сплавов.
При сварке особо активных к кислороду металлов и сплавов
струйной защиты сварочной ванны аргоном становится недостаточно. Решением проблемы является аргоно-дуговая сварка в контролируемой атмосфере, когда изделие или отдельные узлы помещают в специальные камеры, заполняемые аргоном. Камеры предварительно вакуумируют. Сварку в камерах производят или автоматически, или вручную с помощью герметичных резиновых перчаток, вмонтированных в камеру. Возможна сварка и в обитаемых камерах с атмосферой аргона. Для сварки изделий сложных конфигураций сварщик в специальном скафандре через шлюз входит в камеру.
Среди разновидностей аргоно-дуговой сварки особое место занимает импульсная аргоно-дуговая сварка.
Изменяя амплитуду тока, длительность импульсов и пауз между ними, можно существенно влиять на скорость кристаллизации сварочной ванны и ее размеры.
Импульсная дуга благоприятно действует и на структуру око- лошовной зоны, в том числе уменьшает размеры зоны разупрочнения и деформации. Благодаря особому характеру электродинамических сил при импульсной сварке происходят увеличение (но сравнению с обычной) глубины проплавления, снижение потребляемого количества электроэнергии.
При импульсно-дуговом способе сварки повышается стабильность горения дуги, что позволяет значительно снизить нижний предел сварочного тока, соответствующий устойчивому горению дуги.
Импульсная сварка вольфрамовым электродом прежде всего применяется для сварки тонкого материала, так как кратковременное расплавление небольшой сварочной ванны позволяет избежать прожога. Импульсная дуговая сварка может производиться и на переменном токе.
Повысить эффективность воздействия обычной дуги на металл можно с помощью концентрации ее энергии на меньшей площади, чего можно добиться соответствующим изменением размеров анодного пятна при сварке на постоянном токе. В настоящее время разработаны эффективные активирующие флюсы, которые уменьшают размер анодного пятна и позволяют получать швы с узким проплавом, что оказывает положительное влияние на уменьшение деформаций при сварке, сокращает зону термического влияния.
Одним из высокопроизводительных способов аргоно-дуговой сварки толстолистового материала является сварка погруженной дугой, проводимая как плавящимся, так и неплавящимся электродами. Наиболее широко применяется сварка погруженным вольфрамовым электродом. При этом методе вольфрамовый электрод загачивают на конус с притуплением. Диаметр плоского конца электрода (притупления) порядка 2 мм. В процессе горения дуги но мере увеличения силы тока катодное пятно дуги покрывает всю площадь притупления. Столб дуги имеет четко выраженную цилиндрическую форму, и давление, оказываемое им на сварочную ванну, в этом случае максимально. Жидкий металл выдавливается из-под электрода, который опускают ниже поверхности свариваемого металла. Глубина погружения электрода определяется высотой столба жидкого металла, уравновешенного давлением дуги. Этим методом можно встык, без разделки кромок, за один проход сваривать стальные, алюминиевые или титановые детали толщиной 10 мм.
Высокое качество сварного соединения при аргоно-дуговой сварке достигается в результате поперечных колебаний дуги благодаря ее перемещению в магнитном поле специальной катушки или колебаниям электрода вместе со сварочной головкой с помощью механического привода. Дуга, перемещаясь поперек шва с заданной частотой и амплитудой, которые можно регулировать, создает в переходной зоне и шве режим импульсного нагрева, оказывает на сварочную ванну давление, меняющееся но величине. Последнее наряду с особым тепловым режимом способствует образованию благоприятной структуры шва и околошовной зоны, снижению склонности к образованию трещин. Поэтому такая технология с успехом используется при сварке изделий из высокопрочных сталей.
Рекомендуемые типы сварных соединений для аргоно-дуговой сварки неплавящимся и плавящимся электродами приведены на рис. 23.18.
При назначении сварки в инертных газах конструктор должен учитывать повышенную стоимость сварки изделий этим методом по сравнению, например, с автоматической сваркой под флюсом,
Рис. 23.18. Виды соединения для аргоно-дуговой сварки:
а —г, к —о — для сварки плавящимся и неилавящимся электродами; д — и — для сварки неилавящимся электродом (е — вариант для алюминиевых и магниевых
сплавов)
возможность образования пористости при сварке недостаточно раскисленных металлов, нарушения нормального процесса сварки на открытых площадках, на сквозняке, где ухудшается газовая защита металла.
При сварке в углекислом газе могут происходить окисление металла и выгорание легирующих элементов, так как в дуге иод влиянием высокой температуры происходит диссоциация:
Однако при наличии достаточного количества раскислителей они будут не только связывать свободный кислород и уводить его в шлак, но и восстанавливать некоторые оксиды. Поэтому при сварке в углекислом газе применяют проволоки с повышенным содержанием кремния и марганца по сравнению с ручной дуговой сваркой.
Хорошее качество сварного соединения получается при сварке в С02 порошковой проволокой.
Наличие свободного кислорода в дуге ограничивает применение сварки в углекислом газе. Им пользуются только при сварке сталей, так как при сварке меди, алюминия, магния, титана и редких металлов невозможно связать свободный кислород введением каких-либо раскислителей. Преимуществами данного способа являются низкая стоимость углекислого газа и повышение производительности. Поэтому сварка в углекислом газе нашла применение в различных областях промышленности. Она производится на постоянном токе обратной полярности и бывает автоматической и полуавтоматической.
