книги / Сущность и техника различных способов сварки плавлением

поступательными движениями; при сварке металла большей толщины - поступательно-поперечными перемещениями. При сварке многослойных швов отдельные валики рекомендуется вы­ полнять не на всю ширину разделки (многопроходными).

При автоматической и полуавтоматической сварке электрод располагают перпендикулярно к поверхности изделия. Угол меж­ ду ним и присадочной проволокой (обычно диаметром 2-4 мм) должен приближаться к 90°. В большинстве случаев направление сварки выбирают таким, чтобы присадочный пруток находился впереди дуги (подавался в головную часть сварочной ванны).

Однако при сварке по криволинейному контуру такая схема подачи присадочной проволоки неудобна из-за сложности обра­ зования шва на разворотах. В этом случае применяется верти­ кальная подача присадочной проволоки в сварочную ванну. При этом криволинейные участки шва сваривают без разворота сва­ рочной горелки. Однако при этом уменьшается глубина проплав­ ления и шов несимметричен, так как присадочная проволока на различных участках криволинейного контура вводится в различ­ ные части сварочной ванны (головную, боковую, хвостовую).

При автоматической и полуавтоматической сварке верти­ кальных швов на спуск, если сварочная ванна имеет значитель­ ные размеры, возможно затекание расплавленного металла под вольфрамовый электрод, что резко уменьшает глубину проплав­ ления и может привести к короткому замыканию. Вылет конца электрода из сопла не должен превышать 3-5 мм, а при сварке уг­ ловых швов и стыковых с глубокой разделкой - 5-7 мм. Длина дуги должна поддерживаться в пределах 1,5-3 мм. Для предупре­ ждения непровара в начале и конце шва рекомендуется приме­ нять выводные планки. В настоящее время при сварке толсто­ листового металла находит применение щелевая разделка кро­ мок. За счет сокращения количества наплавляемого металла зна­ чительно повышается производительность процесса сварки. Од­ нако при этом сложно проваривать кромки шва, где могут обра­ зовываться несплавления. В этом случае может использоваться вольфрамовый электрод с отогнутым концом и поворотом его в зазоре. Другая схема (рис. 47) предусматривает использование 2- х электродов. Обрывать дугу следует постепенным ее удлинени­ ем, а при автоматической сварке - уменьшением силы сварочного

При сварке плавящимся электродом шов образуется за счет проплавления основного металла и расплавления дополнительно­ го металла - электродной проволоки. Поэтому форма и размеры шва, помимо прочего (скорости сварки, пространственного по­ ложения электрода и изделия и др.), зависят также от характера расплавления и переноса электродного металла в сварочную ван­ ну. Характер переноса электродного металла определяется ос­ новным материалом электрода, составом защитного газа, плотно­ стью сварочного тока и рядом других факторов.

При традиционном способе сварки можно выделить три ос­ новные формы расплавления электрода и переноса электродного металла в сварочную ванну. Процесс сварки с периодическими короткими замыканиями характерен для сварки электродными проволоками диаметром 0,5-1,6 мм при короткой дуге с напряже­ нием 15-22 В. После очередного короткого замыкания (/ и 2 на рис. 48, а) силой поверхностного натяжения расплавленный ме­ талл на торце электрода стягивается в каплю. В результате длина и напряжение дуги становятся максимальными.

Во все стадии процесса скорость подачи электродной про­ волоки постоянна, а скорость ее плавления изменяется и в перио­ ды 3 и 4 меньше скорости подачи. Поэтому торец электрода с ка­ плей приближается к сварочной ванне (длина дуги и ее напряже­ ние уменьшаются) до короткого замыкания (5). При коротком за­ мыкании резко возрастает величина сварочного тока и, как ре­ зультат этого, сжимающее действие электромагнитных сил, со­ вместное действие которых разрывает перемычку жидкого ме­ талла между электродом и изделием. Во время короткого замы­ кания капля расплавленного электродного металла переходит в сварочную ванну. Далее процесс повторяется.

Частота периодических замыканий дугового промежутка может изменяться в пределах 90-450 в секунду. Для каждого диаметра электродной проволоки в зависимости от его материа­ ла, защитного газа и т.д., существует диапазон сварочных токов, в котором возможен процесс сварки с короткими замыканиями. При оптимальных параметрах процесса сварка возможна в раз­ личных пространственных положениях, а потери электродного металла на разбрызгивание не превышают 7%.

Увеличение плотности сварочного тока и длины (напряже­ ния) дуги ведет к изменению характера расплавления и переноса электродного металла, перехода от сварки короткой дугой с ко­ роткими замыканиями к процессу с редкими короткими замыка­ ниями или без них. В сварочную ванну электродный металл пе­ реносится нерегулярно, отдельными крупными каплями различ­ ного размера (рис. 48, б), хорошо заметными невооруженным глазом. При этом ухудшаются технологические свойства дуги, затрудняется сварка в потолочном положении, а потери элек­ тродного металла на угар и разбрызгивание возрастают до 15%.

Для улучшения технологических свойств дуги применяют периодическое изменение ее мгновенной мощности - импульсно­ дуговая сварка (рис. 49). Теплота, выделяемая основной дугой, недостаточна для плавления электродной проволоки со скоро­ стью, равной скорости ее подачи. Вследствие этого длина дугово­ го промежутка уменьшается. Под действием импульса тока про­ исходит ускоренное расплавление электрода, обеспечивающее формирование капли на его конце. Резкое увеличение электроди­ намических сил сужает шейку капли и сбрасывает ее в направле­ нии сварочной ванны в любом пространственном положении.

t

Рис. 49. Изменение тока и напряжения дуги при импульсно-дуговой сварке; In, Un - ток и напряжение основной дуги; lu, Uu - ток и напряжение дуги во время импульса; Тп, Ти —длительность паузы и импульса

Можно использовать одиночные импульсы (рис. 49) или группу импульсов с одинаковыми и различными параметрами. В Последнем случае первый или первые импульсы ускоряют рас­ плавление электрода, а Последующие сбрасывают каплю элек­ тродного металла в сварочную ванну. Устойчивость процесса за­

висит от соотношения основных параметров (величины и дли­ тельности импульсов и пауз). Соответствующим подбором тока основной дуги и импульса можно повысить скорость расплавле­ ния электродной проволоки, изменить форму и размеры шва, а также уменьшить нижний предел сварочного тока, обеспечиваю­ щий устойчивое горение дуги.

При достаточно высоких плотностях постоянного по вели­ чине (без импульсов или с импульсами) сварочного тока обрат­ ной полярности и при горении дуги в инертных газах может на­ блюдаться очень мелкокапельный перенос электродного металла. Название «струйный» он получил потому, что при его наблюде­ нии невооруженным глазом создается впечатление, что расплав­ ленный металл стекает в сварочную ванну с торца электрода не­ прерывной струей (рис. 48, в). Изменение характера переноса электродного металла с капельного на струйный происходит при увеличении силы сварочного тока до «критического» для данного диаметра электрода.

Величина критического тока уменьшается при активирова­ нии электрода (нанесении на его поверхность тем или иным спо­ собом некоторых легкоионизирующих веществ), увеличении вы­ лета электрода. Изменение состава защитного газа также влияет на величину критического тока. Например, добавка в аргон до 5% кислорода снижает значение критического тока. При сварке в уг­ лекислом газе без применения специальных мер получить струй­ ный перенос электродного металла невозможно, также как и при использовании тока прямой полярности.

При переходе к струйному переносу поток газов и металла от электрода в сторону сварочной ванны резко интенсифицирует­ ся благодаря сжимающему действию электромагнитных сил. В результате под дугой уменьшается прослойка жидкого металла, в сварочной ванне появляется местное углубление. Повышается теплопередача к основному металлу, и шов приобретает специ­ фическую форму с повышенной глубиной проплавления по его оси. При струйном переносе дуга очень стабильна - колебаний сварочного тока и напряжений не наблюдается. Сварка возможна во всех пространственных положениях.

С целью управления характером переноса электродного ме­ талла предпринимаются попытки воздействовать на него им­

пульсной подачей электродной проволоки. Это нестационарный процесс. Он сопровождается соответствующим изменением сва­ рочного тока и напряжения дуги. Импульсная подача позволяет расширить диапазон значений рабочих токов, в том числе при сварке с короткими замыканиями. Частота коротких замыканий может быть увеличена в 3-5 раз по сравнению с непрерывной по­ дачей проволоки. Однако промышленное применение этого спо­ соба затрудняется из-за отсутствия надежных механизмов им­ пульсной подачи проволоки.

Более перспективным является способ управляемого пере­ носа расплавленного металла с использованием быстродейст­ вующего инверторного сварочного источника. При традицион­ ном способе сварки перенос электродного металла осуществляет­ ся сериями коротких замыканий, имеющих хаотичный характер. Процесс отделения образующейся капли происходит при высо­ ком уровне сварочного тока. Это обуславливает нестабильность процесса и повышенное разбрызгивание. При управляемом про­ цессе переноса по изменению напряжение дуги электронный микропроцессорный модуль воздействует на быстродействую­ щий инверторный источник сварочного тока. В течение всего цикла переноса капли величина сварочного тока жестко зависит от фазы ее формирования и перехода в сварочную ванну. В мо­ мент контакта капли расплавленного металла находящейся на торце электрода с поверхностью сварочной ванны (напряжение дуги близко к нулю) величина сварочного тока уменьшается до минимума (до 10 А). Поэтому в перемычке капли не возникает больших электромагнитных сжимающих сил (меньше разбрызги­ вание) и она просто переливается в сварочную ванну. Процесс сварки проходит спокойно. Однако его использование сдержива­ ется высокой стоимостью оборудования.

При сварке плавящимся электродом, так же как и при сварке неплавящимся электродом, внешние магнитные поля отклоняют дугу. Однако эффект от использования внешнего магнитного по­ ля наблюдается при сварке длинной дугой и наиболее заметен при струйном переносе электродного металла. В этом случае рас­ плавленный торец электрода колеблется синхронно с частотой внешнего магнитного поля. При поперечных колебаниях увели­ чивается ширина шва й уменьшается глубина проплавления. В

результате образующийся шов не имеет повышенной глубины проплавления по его оси.

Изменять технологические характеристики дуги можно, ис­ пользуя центральную подачу защитного газа с высокой скоро­ стью. Высокие скорости истечения газа при обычных расходах достигаются применением сопл с уменьшенным выходным от­ верстием. Обдувание дуги газом способствует уменьшению ее поверхности, т.е. сжатию. В результате ввод теплоты дуги в изде­ лие становится более концентрированным. Кинетическим давле­ нием потока газа расплавленный металл оттесняется из-под дуги,

идуга углубляется в изделие. В результате глубина проплавления увеличивается в 1,5-2 раза. Однако при этом повышается и воз­ можность образования в швах дефектов.

Вотечественной и зарубежной практике находит примене­ ние способ сварки по узкому или щелевому зазору. При этом способе изделия толщиной до 200 мм без скоса кромок собирают

сзазором между ними 6-12 мм. Сварку осуществляют на автома­ тах (рис 50). Однако, как и при сварке вольфрамовым электро­ дом, в этом случае дело осложняется возможными несплавлениями швов кромки разделки. Для улучшения провара предпри­ нимаются попытки использования отогнутого электрода. При сварке сталей плавящимся электродом для защиты лучше исполь­ зовать смесь из 75-80% аргона и 25-20% углекислого газа. Для сварки алюминия и его сплавов применяют смесь аргона и гелия. Разделку заполняют путем наложения одинаковых по сечению валиков. Метод характеризуется уменьшенной протяженностью зоны термического влияния и равномерной мелкокристалличе­ ской структурой швов. Возможна сварка не только в нижнем, но

ив других пространственных положениях.

Экономичность способа определяется уменьшением числа проходов в шве за счет отсутствия разделки кромок. Повышение производительности достигается также повышением скорости расплавления электродной проволоки с увеличенным вылетом. Нагрев электрода в вылете протекающим по нему сварочным то­ ком обеспечивает повышение коэффициента расплавления. Од­ нако при этом уменьшается глубина проплавления, поэтому спо­ соб целесообразно применять для сварки швов, требующих большого количества наплавленного металла.

Рис. 50. Схема импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом

взащитном газе при узкощелевой разделке кромок:

1- токопроводящий мундштук; 2 —электродная проволока; 3 - сопло; 4, 5 - свариваемые детали; 6 - остающаяся подкладка

из основного материала

При сварке плавящимся электродом в защитных газах зави­ симости формы и размеров шва от основных параметров режима такие же, как и при сварке под флюсом (рис. 29). Для сварки ис­ пользуют электродные проволоки малого диаметра (до 3 мм). По­ этому швы имеют узкую форму провара и в них может наблю­ даться повышенная зональная ликвация. Применяя поперечные колебания электрода, изменяют форму шва и условия кристалли­ зации металла сварочной ванны и уменьшают вероятность зо­ нальной ликвации. Имеется опыт применения для сварки в угле­ кислом газе электродных проволок диаметром 3-5 мм. Сила сва­ рочного тока в этом случае достигает 2000 А, что значительно повышает производительность сварки. Однако при подобных форсированных режимах наблюдается ухудшенное формирова­ ние стыковых швов и образование в них подрезов. Формирование и качество угловых швов вполне удовлетворительны.

Ввиду высокой проплавляющей способности дуги повыша­ ются требования к качеству сборки кромок под сварку. Качест­ венный провар и формирование корня шва обеспечивают теми же приемами, что и при ручной сварке или сварке под флюсом (под­ кладки, флюсовые и газовые подушки и т.д.). С уменьшением плотности тока стабильность дуги понижается (табл. 4). Величи­ на вылета электрода также влияет на стабильность процесса и

размеры шва. Ниже приведен оптимальный вылет плавящегося электрода при сварке в защитных газах:

Расстояние от сопла горелки до изделия обычно выдержи­ вают в пределах 8-15 мм. Токоподводящий наконечник должен находиться на уровне краев сопла или утапливаться до 3 мм. При сварке угловых и стыковых швов с глубокой разделкой допуска­ ется выступание токоподводящего наконечника из сопла на 5- 10 мм. Полуавтоматическую сварку в нижнем положении можно выполнять правым или левым методом, узким валиком или с по­ перечными колебаниями.

Таблица 4

Величина минимального тока (А), при котором обеспечивается стабильное горение дуги (электрод,

плавящийся из низколегированной стали)

При сварке тонколистового металла электрод отклоняют от вертикали на 20-30° в сторону направления сварки. При сварке угловых швов в соединениях с вертикальной стенкой держатель дополнительно отклоняют от вертикальной стенки на угол 3045°. Вертикальные швы на тонколистовом металле обычно вы­ полняют на спуск (электрод под углом назад для лучшего удер­ жания расплавленного металла от стекания). Сварку на подъем применяют при необходимости обеспечить глубокий провар кро­ мок. При сварке горизонтальных швов электрод располагают на нижней части кромок и перемещают с поперечными колебания­ ми. Потолочные швы выполняют вертикальным электродом или с наклоном углом назад с поперечными колебаниями.

Сущность и техника сварки электрозаклепками. Сварная точка образуется за счет теплоты неподвижной дуги, обеспечи­