дугове зварювання

Мал. 8. Конструктивні схеми сопел:
а - конічні; 6 - циліндричні;
в - профільовані

Захисні властивості струменя можуть бути оцінені довжиною початкової ділянки Н. Чим більше ця ділянка, тим легше здійснювати захист металу при зварюванні. Максимальна довжина початкової ділянки спостерігається при ламінарному закінчення газу. До цього і слід прагнути при виборі конфігурації сопла, його розмірів і витрати захисного газу.
Найбільш повно оцінити захисні властивості струменя можна по діаметру захисного плями d3 на поверхні зварювальних елементів. Розміри плями залежать не тільки від характеру витікання струменя. Великий вплив робить діаметр сопла dc і відстань від зрізу сопла h до зварюваної поверхні.
На практиці застосовують три види сопел: конічні, циліндричні і профільовані (рис. 8). Найкращий захист забезпечується при застосуванні профільованих сопел.
Витрата захисного газу вибирають оптимальним для забезпечення витікання струменя, близького до ламінарного. Для поліпшення струменевого захисту на вході в сопло встановлюють дрібні металеві сітки, пористі матеріали і т. П. Перспективно застосування сопла, що забезпечує кільцеву захист (розробленого в МАТИ).

Мал. 9. Схема аргонодугового зварювання з місцевою камерою:
1 - струмінь основного захисного газу;
2 - сопло зварювального пальника;
3 - корпус місцевої камери;
4 - сітка;
5 - струмінь додаткового захисного газу

При зварюванні з струменевим захистом можливий підсос повітря в реакційну зону. Тому з точки зору захисту ванни її не можна визнати досконалою. Для поліпшення захисту в ряді випадків, особливо при зварюванні активних металів, застосовують місцеві камери (рис. 9).
Загальний захист в герметичних камерах забезпечує найбільш високий ступінь захисту металу в процесі зварювання. Це необхідно при зварюванні особливо активних металів і сплавів (наприклад, титану, цирконію, молібдену, танталу, ніобію і сплавів на їх основі).
Зварювання в камерах найчастіше виконують не плавиться, вручну або автоматично, рідше автоматично плавиться. Для заповнення камер в більшості випадків використовують аргон і гелій високої частоти. У камері підтримується невелике (0,005-0,01 МПа) надлишковий тиск газів.
В даний час ведуться роботи по зварюванню в камерах при підвищеному тиску. Застосування високого тиску дозволяє стискати дугу і збільшувати концентрацію енергії в плямі нагріву. Скорочується виділення газів з розплавленого металу. Це допоможе попередити виникнення пористості при зварюванні металів, що містять підвищену кількість розчинених газів.

Зварювання вольфрамовим електродом. Висока стійкість електрода спостерігається тільки при використанні захисних газів, які не взаємодіють з вольфрамом. Основний захисний газ при цьому способі - аргон. Горіння дуги в гелії відбувається при більш високій напрузі (в 1,4-1,7 рази вище, ніж в аргоні). Це вимагає застосування для харчування дуги спеціалізованих джерел з підвищеним напругою холостого ходу. Гелій використовують як добавку до аргону. Застосування аргоногеліевих сумішей доцільно в тих випадках, коли потрібно підвищити проплавляющей здатність дуги без збільшення зварювального струму. Поряд з інертними газами для зварювання вольфрамовим електродом використовують і деякі активні гази, наприклад, водень і азот або їх суміші з аргоном.

Способи зварювання свободногорящей дугою в безперервному режимі в даний час мають найбільше застосування. Процес ведуть з місцевої і загальної захистом вручну або автоматично, однією дугою або трифазної.

Ручне дугове зварювання вольфрамовим електродом при безперервному режимі горіння дуги застосовують головним чином для з'єднання металу щодо невеликої товщини (1-5 мм) при невеликій довжині швів, розташованих у важкодоступних місцях. Іноді цей процес використовують при багатошаровому зварюванні виробів з великим перетином.

Конструкції, які мають протяжні шви при товщині з'єднувальних елементів 1-5 мм, виготовляють автоматичним зварюванням неплавким вольфрамовим електродом з автоматичною подачею присадочного металу в зону дуги.

З варіння вольфрамовим електродом необхідно виконувати при певному орієнтуванні електрода і присадочного дроту щодо стику. Найбільш переважно розташування електрода кутом вперед (а = 754-85 °). Зварювальний дріт подається в головну частину ванни під невеликим кутом до поверхні крайок, що зварюються (5-12 °). Необхідно передбачати ковзання торця дроту по крайках стику, що зварюється. Кут між присадочной дротом і вольфрамовим електродом повинен бути близьким до прямого (рис. 10.).

Мал. 10. Схема зварювання вольфрамовим електродом:
1 - Сопло пальника; 2 - вольфрамовий електрод;
3 - дуга; 4 - присадний метал

Формування шва залежить від діаметра присадного дроту і швидкості її подачі. При виборі режиму зварювання слід враховувати, що збільшення діаметра присадного дроту знижує глибину проплавлення ванни. Орієнтовно діаметр присадочного дроту вибирають в залежності від потужності дуги або діаметра вольфраму електрода du = (0,5-f-0,7) d3.
Основний недолік способів зварювання свободногорящей дугою - їх невисока продуктивність. Застосування високоамперних дуг (ітрієві вольфрамовий електрод) в значній мірі усуває цей недолік. Найбільша продуктивність процесу спостерігається із застосуванням трифазного дуги. Параметри режиму та тип джерела живлення вибирають відповідно до способами зварювання.
Склад і витрата, плазмообразующего газу вибирають виходячи з властивостей електрода, марки зварюваного металу і вимог до стійкості дуги.
Для зварювання тонколистового металу широке застосування знаходить автоматичне зварювання вольфрамовим електродом вільно-палаючої і стислою дугою в імпульсному режимі. При цьому способі зварювання між електродом і зварюваних виробом збуджується малопотужна чергова дуга, що підтримує дугового проміжок в іонізованому стані. Імпульсне введення теплоти дозволяє точно регулювати тепловкладення і зварювати метал товщиною від десятих часток міліметра. При відповідному виборі тривалості імпульсу і паузи, а також перекриття точок можна впливати на кристалічну структуру металу швів і їх властивості.
При імпульсної зварюванні проявляється нестационарность теплового режиму, обумовленого наявністю паузи. Внаслідок цього проплавляющей здатність дуги залежить від товщини зварювальних кромок. При зварюванні невеликих товщин (s = 0,2ч-1,5 мм для сталей) проплавляющей здатність імпульсної дуги вище, ніж безперервної дуги. Зі збільшенням товщини зварювальних елементів це властивість дуги проявляється в меншій мірі (s = 2 мм). При подальшому збільшенні товщини зварювальних кромок проплавляющей здатність імпульсної дуги стає менше, ніж у безперервної.
При досягнутому рівні розвитку обладнання та технології імпульсна зварювання доцільна тільки для з'єднання тонкостінних елементів конструкцій. Гранична товщина залежить від властивостей металу, що зварюється. Основна перевага імпульсної зварювання - ширші можливості регулювання проплавляющей здатності дуги. Це досягається за рахунок не тільки нових додаткових параметрів процесу, але також зміни форми імпульсу струму.
Зварювання плавиться. Механізовану і автоматичне зварювання виконують в основному при безперервному горінні дуги. При імпульсному горінні з'являється додаткова можливість управління процесом плавлення і перенесення електродного металу. У цьому випадку використовують той же принцип харчування дуги, що і при зварюванні вольфрамовим електродом. Від джерела невеликої потужності харчується чергова дуга, що формує краплю на електроді, яка скидається в момент подачі імпульсу струму великої величини.
При зварюванні плавяшімся електродом використовують інертні і активні гази: в основному аргон, вуглекислий газ і їх суміші.
Спосіб зварювання із захистом інертними газами набув широкого застосування для зварювання сталей, алюмінію, титану, їх сплавів і інших металів. При зварюванні сталей в основному використовують аргон з добавками вуглекислого газу або кисню (1-5%). Введення активних газів стабілізує горіння дуги, знижує розбризкування. Поряд з цим окислювальним середовищем підвищує стійкість швів до водневої пористості.
При зварюванні в атмосфері угекіслого газу відбувається окислення металу і втрата легуючих елементів. Для компенсації цих втрат зварювання ведуть спеціальної дротом. Захисна дія вуглекислого газу зводиться до ізоляції реакційної зони дуги від взаємодії з повітрям і в кінцевому рахунку розраховане на захист металу ванни від проникнення азоту. Ступінь захисту і розкислення металу при зварюванні у вуглекислому газі може бути підвищена застосуванням порошкового дроту і магнітного флюсу.
Широке поширення отримали способи механізованого та автоматичного дугового зварювання в вуглекислому газі електродом, що плавиться (діаметром 0,8-2 мм) вуглецевих і низьколегованих сталей товщиною понад 3 мм. Деякий застосування зварювання в вуглекислому газі має при виготовленні конструкцій з високолегованих сталей.
Основні переваги зварювання в вуглекислому газі - його економічність, недефіцитним захисного газу і досить високу якість металу швів. Механізоване зварювання в вуглекислому газі як більш продуктивний спосіб успішно конкурує з ручного дугового зварювання покритими електродами.
При зварюванні у вуглекислому газі навіть на високій щільності струму важко домогтися струменевого перенесення металу. Аномальний характер перенесення, мабуть, пов'язаний з сильним стисненням дуги і зниженням розміру плями нагріву. Це слід враховувати при виборі режиму зварювання і джерел живлення дуги.
Поряд з С02 можливе використання сумішей газів С02 + + Аг; С02 + 02 і ін.

Захисні гази, що застосовуються при зварюванні різних металів і сплавів.

Основними захисними газами, що застосовуються для дугового зварювання, є:

аргон;
двоокис вуглецю;
гелій;
аргон-гелій (Ar-He);
двоокис вуглецю-гелій-аргон (CO2 + He + Ar);
аргон-кисень (Ar + O2);
аргон-двоокис вуглецю (Ar + CO2);
двоокис вуглецю-кисень-аргон (CO2 + O2 + Ar);
двоокис вуглецю-азот-аргон (CO2 + N2 + Ar).

Аргон застосовується для зварювання нержавіючих сталей, кольорових металів (алюміній, мідь), хімічно активних металів (цирконій, титан). Він забезпечує прекрасну свариваемость і глибину проплавлення цих металів.
Для зварювання чорних металів аргон зазвичай використовуються в суміші з іншими газами - киснем, гелієм, двоокисом вуглецю. Низький потенціал іонізації аргону допомагає отримати чудовий профіль зварювального шва і стабільні показники зварювання.