Технология ручной сварки неплавящимся электродом в инертных газах



 

Аргонная сварка может быть ручной, когда горелка и присадочный пруток находятся в руках сварщика, и автоматической, когда горелка и присадочная проволока перемещаются без непосредственного участия сварщика.

В отличие от сварки плавящимся электродом, зажигание дуги не может быть выполнено путем касания электродом изделия. Касание изделия вольфрамовым электродом приводит к его загрязнению и интенсивному оплавлению. Поэтому при аргонной сварке неплавящимся электродом для зажигания дуги параллельно источнику питания подключается устройство, которое называется «осциллятор».

Осциллятор для зажигания дуги подает на электрод высокочастотные высоковольтные импульсы, которые ионизируют дуговой промежуток и обеспечивают зажигание дуги после включения сварочного тока. Если аргонная сварка производится на переменном токе, осциллятор после зажигания дуги переходит в режим стабилизатора и подает импульсы на дугу в момент смены полярности, чтобы предотвратить деионизацию дугового промежутка и обеспечить устойчивое горение дуги.

Технологические свойства дуги в значительной мере определяются родом и полярностью сварочного тока. При прямой полярности на изделии выделяется до 70% теплоты дуги, что обеспечивает глубокое проплавление основного металла. При обратной полярности напряжение дуги выше, чем при прямой полярности. На аноде – электроде выделяется большое количество энергии, что приводит к значительному его разогреву и, как следствие, повышенному его расходу.

Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом на постоянном токе обратной полярности практически не применяется. Легированные стали, медные и титановые сплавы свариваются на постоянном токе прямой полярности. При сварка алюминиевых и магниевых сплавов применяется переменный ток. Применение переменного тока производит очищающее действие на сварочную ванну. В полупериоды обратной полярности тяжёлые положительные ионы ударяясь о поверхность металла разрушают и распыляют оксидную пленку (так называемый эффект катодного распыления).

При ручной аргонодуговой сварке на постоянном токе прямой полярности конец вольфрамового электрода затачивают на конус. Длина заточки, как правило должна быть равна двум-трем диаметрам электрода. При сварке на переменном токе рабочий конец вольфрамового электрода затачивают в виде полусферы.

Аргонодуговой сваркой можно выполнять всё виды соединений: стыковые, тавровые, нахлесточные и угловые.

При сварке активных металлов необходимо не только получить хороший провар в корне шва, по и обеспечить защиту от воздуха с обратной стороны расплавленного и нагретого металлов. Это достигается использованием медных или других подкладок с канавками, в которые подается защитный инертный газ. Эта же цель в некоторых случаях достигается при использовании флюсовых подушек. При высокой химической активности титана и его сплавов непременным условием получения качественного соединения при сварке является не только хорошая защита сварочной ванны, но и полная двухсторонняя защита участков сварного соединения, нагретых выше 500 градусов, от взаимодействия с воздухом. Для это применяются специальные насадки и поддувки.

Для сварки тугоплавких и активных металлов, для улучшения защиты нагретого и расплавленного металла используют специальные камеры (сварка в контролируемой атмосфере). Детали помещают в специальные камеры, откачивают воздух до создания вакуума и заполняют инертным газом высокой чистоты. Сварку выполняют вручную или автоматически с дистанционным управлением.

Для сварки в контролируемой атмосфере крупногабаритных изделий находят применение обитаемые камеры объёмом до 450 м3. Сварщик находится внутри камеры в специальном скафандре с индивидуальной системой дыхания. Инертный газ, заполняющий камеру, регулярно очищается и частично заменяется. Для доступа сварщика в камеру и подачи необходимых материалов имеется система шлюзов.

Ручную аргонодуговую сварку выполняют без колебательных движений горелки, которые не рекомендуется применять из-за возможности нарушения защиты зоны сварки. Угол между осью мундштука аргонодуговой горелки и плоскостью свариваемого изделия должен быть 75 – 80°. Присадочную проволоку располагают под углом 90° относительно оси мундштука горелки, а угол между проволокой и изделием должен быть 15 – 20°. Совершенно недопустимо вводить присадку в столб дуги, т. к. это приводит к мгновенному оплавлению прутка и разбрызгиванию. Во время сварки необходимо следить, чтобы расплавленный металл находился в защитной зоне газа. По окончании сварки перекрывать защитный газ можно только при остывании вольфрамового электрода (5 – 10 секунд). Вылет вольфрамового электрода: 5 – 12 мм.

Гелиедуговая сварка имеет одинаковый принцип работы с аргонодуговой сваркой, поэтому отдельно не рассматривается.

При сварке меди и некоторых типов нержавеющих сталей для защиты зоны дуги можно использовать азот, полученный путем ректификации воздуха на кислородных установках. Азот инертен по отношению к меди. Хранят и транспортируют азот в стальных баллонах черного цвета с Желтой кольцевой полосой при давлении 15 МПа.

При азотно-дуговой сварке электродами служат угольные или графитные стержни, применять вольфрамовые стержни нецелесообразно, так как образующиеся на их поверхности нитриды вольфрама легкоплавки, вследствие чего расход вольфрама резко возрастает. При азотно-дуговой сварке угольным электродом напряжение дуги должно быть 22 – 30 В. Сварку выполняют постоянным током прямой полярности, диаметр угольного электрода 6–8 мм при токе 150 – 500 А. Расход азота составляет 3 – 10 л/мин. Установка для сварки в азоте аналогична установке для сварки в аргоне. Горелка должна иметь специальные сменные наконечники для закрепления угольных стержней.

Аргонодуговая сварка в инертных газах или их смесях отличается минимальным угаром легирующих элементов, что важно для высоколегированных сталей. Сварку неплавящимся электродом выполняют на постоянном токе прямой полярности (за исключением сталей с большим содержанием алюминия, которые сваривают на переменном токе). Толщина свариваемого металла не более 5…7 мм. Хорошее формирование обратного валика позволяют рекомендовать сварку вольфрамовым электродом для выполнения корневых швов на сталях повышенных толщин (остальные валики могут выполняться под флюсом, покрытыми электродами или плавящимся электродом в защитных газах). Сварку можно вести непрерывно или импульсной дугой, вручную, механизировано или автоматически.

Лучшие результаты при сварке большинства металлов дает применение электродов не из чистого вольфрама, а торированных, иттрированных или ланттанированных. Добавка в вольфрам при изготовлении электродов 1,5–2% окислов иттрия и лантана повышает их стойкость и допускает применение повышенных на 15% сварочных токов. Перед сваркой рабочий конец электрода обычно затачивают на конус с углом 60° на длине двух-трех диаметров. Форма заточки электрода влияет на форму и размеры шва. С уменьшением угла заточки и диаметра притупления в некоторых пределах глубина проплавления возрастает.

Основным недостатком сварки свободногорящей дугой является невысокая производительность. Разработано несколько разновидностей сварки вольфрамовым электродом, основанных на увеличении проплавляющей способности дуги за счет увеличения интенсивности теплового и силового воздействия дуги на свариваемый металл. К этим разновидностям относятся сварка погруженной дугой, с применением флюса, при повышенном давлении защитной среды, импульсно-дуговая, плазменная сварка.

Интересной разновидностью применения вольфрамового электрода является сварка погруженной дугой, при которой используют электрод повышенного диаметра и повышенный сварочный ток. Соединение собирают встык без разделки кромок, без зазора. При увеличении подачи защитного газа через сопло до 40 – 50 л/мин дуга обжимается газом, что повышает ее температуру. Как и в плазмотронах проходящий через дугу газ, нагреваясь, увеличивает свой объем и приобретает свойства плазмы. Давление защитного газа и дуги, вытесняя расплавленный металл из-под дуги, способствуют ее углублению в основной металл. Таким образом, дуга горит в образовавшейся в металле полости. Это позволяет опустить электрод так, чтобы дуга горела ниже поверхности металла. Глубина проплавления достигает 10–12 мм. и выше, расход аргона составляет 15–20 л/мин.

Этим способом можно сваривать титан, алюминий, высоколегированные стали толщиной до 36 мм с двух сторон.

Нанесение на поверхность свариваемых кромок слоя флюса небольшой толщины (0,2–0,5 мм), состоящего из соединений фтора, хлора и некоторых оксидов, способствует повышению сосредоточенности теплового потока в пятне нагрева и увеличению проплавляющей способности дуги. При этом благодаря высокой концентрации тепловой энергии повышается эффективность проплавления и снижается погонная энергия при сварке.

Мощность дуги возрастает с увеличением давления окружающей зону сварки защитной атмосферы при неизменной силе тока и длине дуги. Дуга при этом сжимается, благодаря чему увеличивается её проплавляющая способность примерно на 25–60%. Этот способ может использоваться при сварке в камерах с контролируемой среде, с применением общей защиты.

Импульсная дуга находит применение для сварки тонколистового металла. Основной металл расплавляется дугой, горящей периодически отдельными импульсами постоянного тока с определенными интервалами во времени. При большом перерыве в горении дуги дуговой промежуток деионизируется, что приводит к затруднению в повторном возбуждении дуги. Для устранения этого недостатка постоянно поддерживается вторая, обычно маломощная дежурная дуга от самостоятельного источника питания. На эту дугу и накладывается основная импульсная дуга. Дежурная дуга, постоянно поддерживая термоэлектронную эмиссию с электрода, обеспечивает стабильное возникновение основной сварочной дуги.

Шов в этом случае состоит из отдельных перекрывающих друг друга точек. Величина перекрытия зависит от металла и его толщины, силы сварочного тока и тока дежурной дуги, скорости сварки и т.д. С увеличением силы тока и длительности его импульса ширина шва и глубина проплавления увеличиваются. Размеры шва в большей степени зависят от силы тока, чем от длительности его импульса. Благоприятная форма отдельных точек, близкая к кругу, уменьшает возможность вытекания расплавленного металла из сварочной ванны (прожога). Поэтому сварку легко выполнять па весу без подкладок при хорошем качестве, но всех пространственных положениях.

Представляет определенный интерес использование внешнего магнитного поля для отклонения или перемещения непрерывно горящей дуги. Внешнее переменное или постоянное магнитное поле, параллельное или перпендикулярное к направлению сварки, создается П-образными электромагнитами. При использовании постоянного магнитного поля дугу можно отклонить в любую сторону относительно направления сварки. При отклонении дуги в сторону направления сварки (магнитное поле также параллельно направлению сварки) наблюдается такой же эффект, как и при сварке наклонным электродом – углом вперед. В этом случае уменьшается глубина проплавления. При отклонении дуги в обратном направлении наблюдается увеличение глубины проплавления, как при сварке с наклоном электрода углом назад.

При переменном внешнем магнитном поле дуга колеблется с частотой внешнего магнитного поля. К результате изменяются условия ввода теплоты в изделие, и, а частности, се распределение по поверхности. При колебании дуги поперек направления сварки увеличивается ширина шва и уменьшается глубина проплавления. Это позволяет сваривать тонколистовой металл. Удобно использовать этот способ для сварки разнородных металлов (например, меди и стали и др.) небольшой толщины при отбортовке кромок.

Колебания, сообщаемые расплавленному металлу сварочной ванны, изменяют характер его кристаллизации и способствуют измельчению зерна. В результате улучшаются свойства наплавленного металла. Поэтому этот способ используют при сварке металлов, характеризующихся крупнозернистым строением металла шва, таких как алюминий, медь, титан и их сплавы. Имеется положительный опыт использования способа и при сварке высокопрочных сталей и сплавов.

Сварка вольфрамовым электродом обычно целесообразна для соединения металла толщиной 0,1–6 мм. Однако ее можно применять и для больших толщин. Сварку выполняют без присадки, когда шов формируется за счет расплавления кромок, и с дополнительным присадочным металлом, предварительно уложенным в разделку или подаваемым в зону дуги в виде присадочной проволоки. Угловые и стыковые швы во всех пространственных положениях выполняют вручную, полуавтоматически и автоматически.

Для получения качественной сварки, особенно тонколистовых конструкций, следует обеспечивать точную подготовку и сборку кромок прихватками вручную вольфрамовым электродом или в специальных сборочно-сварочных приспособлениях.

Загрязнение рабочего конца электрода понижает его стойкость (образуется сплав вольфрама с более низкой температурой плавления) и ухудшает качество шва. Поэтому дугу возбуждают без прикосновения к основному металлу или присадочной проволоке, используя осциллятор. При правильном выборе силы сварочного тока рабочий конец электрода расходуется незначительно и долго сохраняет форму заточки.

Качество шва в большой степени определяется надежностью оттеснении от зоны сварки воздуха. Необходимый расход защитного газа устанавливают в зависимости от состава и толщины свариваемого металла, типа сварного соединения и скорости сварки. При сварке соединений где требуется повышенный расход защитного газа рекомендуется применять экраны, устанавливаемые сбоку и параллельно шву. Поток защитного газа при сварке должен надежно охватывать всю область сварочной ванны, разогретую часть присадочного прутка и электрод. При повышенных скоростях сварки поток защитного газа может оттесняться воздухом. В этих случаях следует увеличивать расход защитного газа.

При сварке многопроходных швов с V – или Х-образной разделкой кромок первый проход часто выполняют вручную или механизированно без присадочного металла на весу. Разделку заполняют при последующих проходах с присадочным металлом. Для формирования корня шва можно использовать медные или стальные съемные подкладки, флюсовую подушку. В некоторых случаях возможно применение и остающихся подкладок.

При сварке труб или закрытых сосудов газ пропускают внутрь сосуда. Инертные газы, увеличивая поверхностное натяжение расплавленного металла, улучшают формирование корня шва. Поэтому их поддув используют при сварке сталей на весу. При сварке на весу, особенно без присадочного металла, следует тщательно поддерживать требуемую величину зазора между кромками.

 

 

Преимущества и недостатки способа

Широкий диапазон применяемых защитных газов обусловливает большое распространение этого способа как в отношении свариваемых металлов, так и их толщин (от 0,1 мм до десятков миллиметров). Основными преимуществами рассматриваемого способа сварки являются следующие:

o высокое качество сварных соединений па разнообразных металлах и их сплавах разной толщины, особенно при сварке в инертных газах из-за малого угара легирующих элементов;

o возможность сварки в различных пространственных положениях;

o отсутствие операций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака;

o возможность наблюдения за образованием шва, что особенно важно при механизированной сварке;

o высокая производительность и легкость механизации и автоматизации процесса;

o низкая стоимость при использовании активных защитных газов.

К недостаткам способа относятся: необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги; возможность нарушения газовой защиты при сдувании струи газа движением воздуха или при забрызгиванни сопла; потерн металла на разбрызгивание, при котором брызги прочно соединяются с поверхностями шва и изделия; наличие газовой аппаратуры и в некоторых случаях необходимость водяного охлаждения горелок.

 

 

Подготовка кромок и их сборка под сварку

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 металла до 8 мм. При зазоре или разделке кромок полный провар достигается при толщине металла до 11 мм. При автоматической сварке стыковых соединений производительность процесса значительно возрастает при использовании разделки без скоса кромок (щелевой разделке см. рис. Х.11). При толщине металла до 40 мм зазор между кромками в нижней части стыка до 10 мм. Для обеспечения постоянства зазора в зоне сварки из-за поперечной усадки при сварке каждого прохода выполняют шарнирное закрепление деталей с углом раскрытия кромок, зависящим от толщины свариваемого металла.

При сварке в углекислом газе многослойных швов на сталях перед наложением последующего слоя поверхность предыдущего слоя следует тщательно очищать от брызг и образующего шлака. Для уменьшения забрызгивання поверхности детали из углеродистой стали ее покрывают специальными аэрозольными препаратами типа «Дуга». Сварку можно вести при непросохшем препарате. Детали собирают с помощью струбцин, клиньев, скоб или на прихватках. Прихватки лучше выполнять в защитных газах тем же способом, которым будет проводиться и сварка. Прихватки перед сваркой осматривают, а при сварке переваривают.

 

 

Схема расположения присадочной проволоки относительно сварочной ванны
1 — присадочная проволока; 2 — сварочная ванна; 3 — электрод; 4 — границы струи защитного газа. Стрелкой указано направление сварки

 


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 472; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ