Механизированая сварка в защитных газах

Технология механизированной сварки в защитных газах и её особенности

Содержание:

Сварочное производство, как и другие технологии, придуманные человеком, не стоят на месте. Прогресс не умолим, если еще вчера сварочными работами занимались обычные люди, то сегодня сваривать умеют и умные машины, которые делают этот процесс намного быстрее. Если раньше сваривать можно было лишь небольшие поверхности, так как сила тока и технология сваривания не позволяла большего, то теперь благодаря механизации возможностей сваривания деталей стало намного больше. В данной статье постараемся вам рассказать об особенностях механизированной сварки в защитных газах, а также, что представляет собой сама технология механизированной сварки, каковы её достоинства и недостатки.

Механизированная сварка.

Если сравнивать способы механизированной и ручной дуговой сварки, то наиболее эффективным средством для производства сварочных швов является использование механизированной сварки. Этот тип сварки имеет много схожих особенностей с ручной сваркой. Сварщик сжимает в руке шланговый держатель с горелкой и точно направляет сварочный электрод на стык или в угол соединения между сварными поверхностями. Если необходимо, то сварщик может осуществлять разнообразные движения сварочным электродом, как обратно-поступательные вдоль шва, так и поперек. Пуск защитного газа на сварочную поверхность, включение/выключение питания, приведения в действие механизма аппарата подачи сварочного электрода задействуются только после нажатия пусковой кнопки сварщиком или же открытием вентиля газовой горелки. Механизация затрагивает лишь операции подачи проволоки и процесс начала и окончания сварки вместе с заваркой кратера.

Конструкция полуавтоматического сварочного аппарата. Особенности механизированной сварки.

Широкое применение механизированная сварка в углекислом газе получила при изготовлении сложных конструкций. Для обеспечения сварочного процесса данным способом используют специальные установки, которые состоят из блока питания с пунктом управления, автоматического механизма подачи электрода, катушки или же кассеты для сварочной проволоки, и еще основных компонентов – газовой трубки с аппаратурой и шлангового держателя со встроенной горелкой. Естественно, что данное описание оборудования слишком узко, так как полная «начинка» оборудования намного сложнее и включает в себя множество деталей и механизмов для обеспечения полуавтоматической сварки. Кроме того, шланговый держатель имеет крепления для сварочного кабеля, спирали для подачи сварочной проволоки, газовой трубки и провода управления. Для экономии пространства и обеспечения техники безопасности эти коммуникации скреплены в общий пакет длиной до 3 метров. На рисунке 2 показана схема расположения оборудования для механизированной сварки при напольной установке в цехе.

Для того, чтобы перемещать тяжелую катушку или кассету со сварочной проволокой разработчики, как правило, её размещают на консоли полуавтоматической установки. Провода и газовая трубка идут в общем шланге – рукаве. Коммуникации сварочного аппарата проходят по трубчатой консоли по специальному технологическому отверстию и затем присоединены к постам обеспечения между ногами стойки к направляющему листу. Такая конструкция позволяет сварщику отдаляться от сварочного агрегата с держателем на расстояние до 10 метров. Кроме этого, в больших цехах используют сварочные полуавтоматы, которые имеют в своей конструкции встроенные шасси либо устанавливают аппарат на монтажную тележку, в которую помещают кассету и прочие коммуникации. Но, к сожалению, такой способ не очень распространен, так как возникает большая сложность в перемещении аппаратуры сварочного аппарата и ненадежности сварочного процесса, вследствие слабой среды защитных газов.

Технология механизированной сварки в защитных газах имеет свои плюсы по сравнению с ручной дуговой сваркой, но в отношении с автоматизированной сваркой имеет недочеты. Если ручной дуговой сваркой сварщик не сможет варить большие объёмы металлов и достаточно проваривать толстые металлы, то механизированная сварка в углекислом газе облегчает этот процесс. Кроме того, не нужно менять электроды, так как автоматическая катушка подаёт сварочную проволоку. Но, к сожалению, газовую горелку сварщик должен перемещать вручную, а в автоматизированной сварке и данный процесс управляется механизмом.

Оборудование для ручной и механизированной сварки в защитных газах

Односторонняя сварка автоматами на медном перемещающемся ползуне.

Этот способ был разработан в ИЭС им. Патона и был внедрён в производство в виде автомата ТС-32 (Рис.6.7.) и ТС-44. Это способ сварки листов по повышенному зазору с применением подвижного охлаждаемого медного ползуна, закреплённого на тележке, которая с помощью специального ножа соединялась со сварочным трактором через зазор между свариваемыми листами. Одно из требований при таком способе сварки – сохранение постоянным начального зазора между листами. Это достигалось наличием сборочных скоб, устанавливаемых поперёк будущего сварного шва через 800 – 1200 мм и которые в процессе сварки должны удаляться. Такие автоматы позволяли сваривать листы полотнищ толщиной до 12 мм. Позже в ЦНИИ ТС был разработан аналог этих автоматов – автомат типа «Бриг». Существенным недостатком этого высокопроизводительного способа сварки явилось наличие сверхнормативных остаточных местных сварочных деформаций типа «волнистости» (потеря устойчивости) на толщинах 4-6 мм и «домиков» на толщинах 8-12 мм по концам стыковых соединений на длине 800 – 1200 мм. Несмотря на этот недостаток, стоимость сборки листов полотнищ снизилась в 2 раза, а стоимость сварки – в 1,5 раза.

Полуавтоматы. Установки для сварки полуавтоматами типа ПШ-5 (ПШ-5У), ПШ-54 под слоем флюса в настоящее время в судостроении не применяются в силу их недостатков – значительный вес держателя (из-за бункера с флюсом), малый запас флюса, невозможность плавного регулирования скорости подачи проволоки.

Отечественная промышленность располагает большим числом различных автоматов и полуавтоматов для сварки в защитных газах. В судостроении находят применение автоматы для сварки плавящимся электродом: АДПГ-500, АДСП-1, ТС-35 и неплавящимся (вольфрамовым) электродом – АДСВ-2.

Автомат АДПГ-500 предназначен для сварки плавящимся стальным электродом в среде защитных газов (СО₂, Аr, Hе) стыковых и угловых швов в нижнем положении. В комплект установки входят источник питания сварочной дуги ( преобразователь типа ПСГ-500), шкаф управления, сварочный трактор и газовая аппаратура. Сварочный трактор имеет детали, унифицированные с автоматом АДФ-500. Трактор – малогабаритный предназначен для сварки тонкой электродной проволокой диаметром 0,8 – 2 мм при силах тока 150 – 500 а. Скорость сварки может изменяться в пределах 15 – 70 м/ч, а скорость подачи проволоки 90 – 960 м/ч. Трактор может перемещаться по изделию. Газовая аппаратура состоит (Рис.6.8.) из баллона с защитным газом, редуктора, ротаметра (расходомер газа) и соединительных шлангов. При сварке в среде СО₂ в состав газовой системы включают осушитель и подогреватель газа. Грелка с водяным охлаждением обеспечивает подачу защитного газа в пределах 600 – 1500 л/ч.

На судостроительных заводах сварку плавящимся электродом в защитных газах наиболее широко применяют как полуавтоматическую с применением полуавтоматов ПДПГ-300, ПДПГ-500, А-537Р, «Гранит» и «Нева» и др.

Полуавтоматы ПДПГ-300 и ПДПГ-500 – в состав установки входят источник сварочного тока (типа ПСГ-350 или ПСГ-500), шкаф управления, подающий механизм с гибкими шлангами и сварочными пистолетами и газовая аппаратура (Рис.6.8).

Подающий механизм обеспечивает подачу проволоки диаметром 0,8- 2,0 мм со скоростью до 960 м/ч. Полуавтоматы предназначены для сварки плавящимся электродом в среде защитных газов стыковых и угловых швов в любых пространственных положениях. Полуавтомат А-547Р (А-547, А-547У) предназначен для сварки в среде углекислого газа; создан в ИЭС им. Патона. Особенность полуавтомата – облегчённый пистолет с коротким шлангом длиной от 0,8 до 1 м (Рис.6.9). Полуавтомат рассчитан на электродную проволоку диаметром 0,Ю8 – 1,0 мм и предназначен для сварки тонколистовой стали толщиной до 3 мм и угловых швов катетом 4 мм в углекислом газе.

Для сварки титановых сплавов применяют автоматы типа АДС-1000-2М, АДС-1000-2В, АСУ-4МВ и полуавтоматы ПГТ-2, «Ритм», «Темп» и др.

Оборудование для ручной и механизированной сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов.При этом способе сварки в качестве неплавящегося электрода используют вольфрамовые прутки, содержащие 1,5 -2% окиси лантана или иттрия, которые улучшают эмиссию электронов с электрода, что повышает устойчивость горения дуги. Наиболее широк этот способ применяется для сварки цветных металлов и сплавов и для нержавеющих сталей. Во многих случаях сварочная дуга питается от источника переменного тока, что объясняется следующим.

При сварке алюминия и его сплавов на его основе, а также магниевых сплавов, для разрушения тугоплавкой окисной плёнки, образующейся на поверхности сварочной ванны, необходима обратная полярность (минус на изделии), так как только при таком включении эмиссия электронов с изделия (катода) будет разрушать поверхностную плёнку окислов; сварку можно выполнять качественно при условии указанной очистки сварочной ванны. В тоже время, при обратной полярности вольфрамовый электрод чрезмерно нагревается. Во избежание его расплавления, сварочный ток приходится уменьшать, а это снижает производительность сварки.

При переходе на переменный ток сварочная ванна достаточно очищается в полупериод, когда изделие является катодом; одновременно переменная полярность позволяет повысить сварочный ток и производительность сварки. Однако в этом случае неизбежно появление составляющей постоянного тока I_о(Рис.6.10.) в связи с тем, что электродами являются различные металлы (один электрод – вольфрам, другой – алюминий).

Более интенсивная эмиссия электронов с вольфрамового электрода обусловливает появление несимметричной синусоиды переменного тока, из которой можно выделить постоянную составляющую. Составляющая постоянного тока имеет прямую полярность, что ухудшает качество сварного соединения (затрудняет разрушение плёнок, уменьшает глубину проплавления, ухудшает стабильность дуги). Исследования показали [ 4,5 ], что включение в последовательную сварочную цепь балластных реостатов или ёмкости уменьшает или полностью устраняет составляющую постоянного тока. Поэтому при сварке (механизированной или ручной) алюминиевых сплавов вольфрамовым электродом питание сварочной цепи осуществляют, как правило, переменным током (Рис.6.8,б).

В состав установки входят: источник тока – сварочный трансформатор 1; дроссель для регулирования силы сварочного тока 2; осциллятор для стабилизации дуги 3; балластный реостат 4 для уменьшения составляющей постоянного тока; газо -электрическая горелка 5 с вольфрамовым электродом, газовая система, включающая баллон с аргоном 6 , редуктор 7, ротаметр 8 и шланги для подвода аргона. В ручном варианте газо-электрическую горелку перемещают вручную. Укрепив на тракторе и включив в состав установки шкаф управления, можно сварку вести автоматически. Установки типа УДАР-300 и УДАР-500, а также УДГ-301 и УДГ-501 применяют в судостроении. Для устранения составляющей постоянного тока в сварочную цепь этих установок включены конденсаторные батареи и имеется электронный стабилизатор напряжения. Диаметр вольфрамового электрода – 2-6 мм. В судостроение в настоящее время очень широко применяется автомат АДСВ-2, который предназначен для автоматической сварки нержавеющих сталей и цветных металлов и сплавов неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона. Сварочный ток до 400 а, скорость сварки 10-80 м/ч, диаметр присадочной проволоки – 1-2,5 мм, скорость её подачи до 800 м/ч.

Гибридная лазерно-дуговая сварка. Основные принципы.Применение дугового разряда как одного из самых распространённых и дешёвых видов источников тепла для сварки наталкивается на существенные трудности, связанные с недостаточной концентрацией энергии в электродуговой плазме и неустойчивостью горения дуги при высоких скоростях сварки [ 1, 3 ]. Поэтому на данный момент всё большее развитие получают гибридные ( помесь) способы сварки, к которым можно отнести и лазерно-дуговую сварку. Данная технология была получена объединением технологий лазерной сварки и сварки в среде защитных газов. На Рис.6.11 показаны основные методы реализации гибридно-дуговой сварки.

Процесс гибридной сварки может быть реализован по двум схемам – в первой схеме луч лазера и дуга действуют с разных сторон, во второй схеме воздействие дуги и луча осуществляется с одной стороны по отношению направлению сварки и нормали к поверхности металла. На данный момент, в силу сложности изготовления оборудования, соответствующего первой схеме, при сварке используется вторая схема. Процесс лазерно-дуговой сварки может осуществляться как неплавящимся так и плавящимся электродом. При использовании неплавящегося электрода дуга зажигается впереди по ходу сварки. Дуга прогревает металл и расплавляет его верхний слой, а лазерный осуществляет глубокое проплавление. При использовании плавящегося электрода электрическую дугу зажигают позади сфокусированного излучения, которое проплавляет только соприкасающиеся части металла. Основой системы гибридной сварки является специальная сварочная горелка, включающая в себя как лазерную оптику, так и горелку для сварки в среде защитных газов (Рис. 6.12).

Схематичное представление метода гибридной лазерно-дуговой сварки показано на Рис.6.13.

При гибридной сварке помимо лазерного излучения на сварочную ванну воздействует сварочная дуга, которая является дополнительным источником энергии, привносимой в сварочную ванну. Минимальная мощность лазера должна быть более 500Вт [2, 3].

Гибридная лазерно-дуговая сварка реализует технологический процесс, в котором взаимно усиливаются преимущества каждого из методов сварки и уменьшаются недостатки, что приводит к расширению технологических возможностей. Применение такого вида сварки – перспективно для судостроения.

Установки для механизированной сварки вертикальных швов. Применение ЭШС.При современных методах постройки корпусов судов из крупных секций или блоков наиболее ответственными являются швы монтажных соединений (межсекционные стыки), которые часто сваривают вручную за несколько проходов ( при толщинах более 15 мм). Это очень трудоёмкий и затратный процесс. В настоящее время на многих судостроительных заводах применяют автомат типа А-433М, (модернизированный для электрошлаковой сварки), разработанный специально для судостроения. Нашли применение также автоматы А-820М, А-612, А-681 и др.

Автомат А-433М (Рис.6.14.) – одноэлектродный перемещающийся по монорельсу, на котором укреплена зубчатая рейка.

На каретке автомата смонтированы сварочная головка, бункер с флюсом и пульт управления. Автомат имеет электромотора: один для вертикального перемещения каретки со скоростью 2,5-20 м/ч и второй для подачи электродной проволоки в шлаковую ванну с постоянной скоростью, которую можно регулировать в пределах 68-430 м/ч. Для формирования шва имеются два медных ползуна или формирующий ползун и подкладная планка, охлаждаемые водой. Сварочная головка автомата установлена на сдвоенном суппорте, что позволяет корректировать положение электрода по ширине и толщине стыка. Автомат рассчитан на применение проволоки диаметром 3 мм при силе тока до 12000 а и предназначен для сварки стали толщиной до 60 мм. В качестве источника питания сварочной цепи используют электромашинный преобразователь ПСМ-1000 с жёсткой внешней характеристикой. В настоящее время вместо этого автомата чаще начали применять автоматы типа А-820М, который предназначен для ЭШС вертикальных швов металла толщиной 18-50 мм. В связи с особой ответственностью монтажных швов корпуса, очень важное значение имеет стабильность качества ЭШС. Особенность подготовки таких соединений под сварку – их кромки не имеют скоса. Сборку с заданным зазором выполняют при помощи скоб (Рис. 6.15.) после обрезки припуска по монтажному стыку.

Для сварки крестообразных соединений набора (флоры и стрингеры) высоких днищевых секций в настоящее время применяют четырёхголовочные (работа одновременно четырёх дуг) автоматы типа «Балтия».

Механизированная сварка в среде защитных газов

Механизированной (полуавтоматической) дуговой сваркой называется дуговая сварка, при которой подача плавящегося электрода или присадочного металла или относительное перемещение дуги и изделия выполняется с помощью механизмов.

При механизированной сварке в качестве плавящегося электрода используется проволока сплошного сечения, порошковая и самозащитная порошковая проволока. В случае применения проволоки сплошного сечения или порошковой проволоки для защиты сварочной дуги и наплавленного металла применяются защитные газы. Защитный газ, обтекая зону дуги, защищает её от окружающей среды. При отсутствии специальных защитных мер химический состав и механические свойства наплавленного металла резко ухудшаются. Теплотой дуги расплавляется основной и присадочный металл. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует шов. Схема подачи защитного газа показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема подачи защитного газа в зону сварки: 1 – сопло; 2 – электрод; 3 – зона дуги; 4 – защитный газ; 5 – расплавленный металл сварочной ванны; 6 – свариваемое изделие

Сварка в среде защитных газов согласно AWS АЗ.О «Термины и определения» обозначается как GMAW – gas metal arc welding.

В качестве защитных газов применяют инертные (аргон и гелий) газы. Данный вид сварки обозначается как MIG (metal inert gas). А также активные (углекислый газ, водород, кислород и азот) газы или их смеси (Аг + Не, Аг + С02, Аг + 02, СОг + 02 и др.). Данный вид сварки обозначается как MAG (metal active gas). Выбор защитного газа зависит от свариваемого материала и применяемого электрода.

В инертных газах (аргоне, гелии) и их смесях сваривают нержавеющие, жаропрочные и другие стали, цветные металлы (титан, никель, медь, алюминий). Инертные газы не взаимодействуют с расплавленным металлом и его окислами, они только защищают зону дуги и жидкую сварочную ванну от кислорода и азота воздуха.

Сварка в инертных газах применяется в тех случаях, когда сварка другими методами дает худшие результаты или вообще не может быть использована.

Механизированная дуговая сварка в среде С02 плавящимся электродом относится к MAG сварке, получила широкое распространение в промышленности при сварке углеродистых, низколегированных и других сталей.

Наибольшее применение сварка в С02 нашла в судостроении, машиностроении, строительстве трубопроводов, при выполнении монтажных работ, изготовлении котлов и аппаратуры различного назначения и т.д.

• – высокая производительность сварки, которая достигается вследствие хорошего использования тепла сварочной дуги;
• – высокое качество сварных швов;
• – возможность сварки в различных пространственных положениях с применением полуавтоматической и автоматической сварки;
• – низкая стоимость защитного газа;
• – возможность сварки на весу без подкладки.
• – требуется менее квалифицированный персонал по сравнению с ручной сваркой.

Какие факторы влияют на степень окисления:

При сварке в среде СO2 под воздействием высокой температуры дуги молекулы СO2 диссоциируют полностью по реакции:

Поэтому при сварке в среде СO2 происходит окисление атомов элементов (С , Fe, Mn , Si и др.), содержащихся в электродной проволоке и в основном металле.

Выделение газообразной окиси углерода из жидкого металла вызывает «кипение» сварочной ванны и приводит к образованию пор.

Для повышения количества марганца и кремния в металле шва, уменьшающегося в результате угара, и подавления реакции окисления углерода при сварке в углекислом газе применяют электродную проволоку с повышенным содержанием марганца и кремния.

На степень окисления углерода, кремния и марганца при сварке в углекислом газе влияют: напряжение, величина и полярность сварочного тока, а также диаметр электродной проволоки. С повышением напряжения окисление увеличивается, а при возрастании сварочного тока и уменьшении диаметра проволоки (повышении плотности тока) – уменьшается. Сварка на постоянном токе обратной полярности дает меньшее окисление, чем на токе прямой полярности. При сварке проволокой диаметром 0,5 – 1,0 мм происходит значительно меньшее окисление элементов, чем при сварке проволокой больших диаметров. Поэтому более тонкая проволока обеспечивает получение плотных швов.

Источники:

http://stalevarim.ru/pub/tehnologiya-mehanizirovannoy-svarki-v-zaschitnyh-gazah-i-ee-osobe/
http://studopedia.ru/1_125746_oborudovanie-dlya-ruchnoy-i-mehanizirovannoy-svarki-v-zashchitnih-gazah.html
http://studwood.ru/1691762/tovarovedenie/mehanizirovannaya_svarka_srede_zaschitnyh_gazov