Механизированная дуговая сварка в среде со2

Механизированная сварка в среде углекислого газа

Сущность способа сварки в среде углекислого газа. Сварка в среде углекислого газа (СО₂) является разновидностью дуговой сварки. Схема сварочного процесса приведена на рис. 10.9.

Рис. 10.9. Способ сварки в среде СО₂

1 – сварочная проволока; 2 – токоведущий мундштук; 3 – сопло; 4 – струя защитного газ; 5 – сварочная дуга; 6 – сварочная ванна; 7 – шов

Сварка производится голой сварочной проволокой диаметром 1,4…2 мм, которая подается через токоведущий мундштук. В зону сварки через сопло поступает углекислый газ, струя которого, обтекая сварочную дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха.

Электродная проволока подается непрерывно в зону сварки со скоростью плавления. Сварочная горелка перемещается вдоль свариваемых кромок, в результате чего совершается процесс сварки с образованием шва. Сварку производят на постоянном токе обратной полярности (плюс на электроде).

Различают механизированную и автоматическую сварки. В первом случае механизирована подача проволоки, а горелка перемещается сварщиком вручную. В случае автоматической сварки механизированы подача проволоки и перемещение сварочной горелки.

Углекислый газ является химически активным газом, поэтому для сварки применяют проволоку марок Св-08Г2С или Св-08ГС, содержащих в своем составе раскислители кремний и марганец.

Основные достоинства сварки в среде СО₂:

– обеспечивает получение высококачественных сварных соединений из различных металлов при высокой производительности по сравнению с ручной дуговой сваркой благодаря применению высокой плотности тока (100…200 А/мм 2 );

– высокое качество сварного шва;

– лучшие условия труда;

– в отличие от сварки под слоем флюса возможно визуальное наблюдение за процессом горения дуги и образования шва, что особенно важно при механизированной сварке;

– в отличие от сварки под слоем флюса не требует приспособлений для удержания флюса, поэтому возможна сварка как нижних, так и вертикальных и горизонтальных швов.

К недостаткам следует отнести возможность сдувания струи газа ветром или сквозняком, что ухудшает защитное действие газа и качество шва; необходимость защищать рабочих от излучения дуги и от опасности отравления при сварке в замкнутом пространстве. Кроме того, сварка в углекислом газе возможна только при постоянном токе и дает менее гладкую поверхность шва, чем сварка под флюсом.

Оборудование поста для сварки в среде углекислого газа. Для механизированной сварки в среде углекислого газа применяются полуавтоматы отечественного производства марок ПДГ-516, ПДГ-508, ПДГ-415, ПДГ-252 и др., а также полуавтоматы зарубежных фирм. Сварочные полуавтоматы имеют в своем составе примерно одинаковые функциональные блоки и отличаются друг от друга лишь мощностью и конструктивным исполнением. В качестве примера представлен пост механизированной сварки в углекислом газе полуавтоматом ПДГ-516, блок-схема которого представлена на рис. 10.10.

Сварочная проволока подается в зону сварки подающим механизмом, состоящим из двигателя постоянного тока, редуктора и двух пар роликов-шестерен с гладкими коническими канавками. Рычажным механизмом верхние ролики прижимаются к нижним. Сварочная проволока из кассеты подается роликами-шестернями через шланг в сварочную горелку. Сюда же подаются сварочный ток через кабель от выпрямителя и углекислый газ из баллона с углекислотой. Для сварки в углекислом газе используются выпрямители с жесткой внешней характеристикой марок ВС-300, ВДГ-301 и др. (в процессе сварки напряжение на дуге постоянно и не зависит от величины сварочного тока) или универсальные выпрямители ВДУ-504, ВДУ-506.

Рис. 10.10. Блок-схема полуавтомата для сварки в среде СО₂:

1 – сварочная горелка; 2 – механизм подачи электродной проволоки;

3 – кассета с электродной проволокой; 4 – сварочные кабели; 5 – баллон

с углекислотой; 6 – подогреватель газа; 7 – редуктор-расходомер; 8 – кабель

управления; 9 – сварочный выпрямитель; 10 – осушитель газа

В баллоне сварочная углекислота находится в жидком состоянии. После испарения углекислый газ проходит через подогреватель, редуктор-расходомер, электрогазовый клапан и поступает в сварочную горелку. В случае применения несварочной (пищевой) углекислоты, с повышенным содержанием влаги, в газовую магистраль дополнительно включают осушитель. Испарение углекислоты проходит с поглощением тепла. Подогреватель повышает температуру углекислого газа, предотвращая замерзание редуктора. Редуктор-расходомер обеспечивает снижение давления газа до рабочего значения и контроль его расхода в процессе сварки.

Электрогазовый клапан представляет собой исполнительный механизм, открывающий и закрывающий подачу газа в сварочную горелку.

Блок управления сварочным полуавтоматом (БУСП) с электрогазовым клапаном расположен сзади подающего механизма и обеспечивает выполнение следующих операций:

– включение и выключение электрогазового клапана (выключение выполняется с регулируемой задержкой 1…5 с, что обеспечивает защиту жидкого металла вплоть до его затвердевания);

– включение и выключение электродвигателя подачи проволоки (скорость подачи проволоки регулируется резистором на панели блока управления);

– включение и выключение сварочного выпрямителя (выключение выполняется с регулируемой задержкой 0,5…3 с, что обеспечивает заварку кратера).

При нажатии выключателя на сварочной горелке происходит включение газового клапана и подача газа в зону сварки. Через 1 с включаются источник питания сварочной дуги и привод подачи электродной проволоки. При замыкании сварочной проволоки на изделие зажигается дуга.

При размыкании выключателя останавливается двигатель подачи электродной проволоки, происходит растяжка дуги и ее обрыв. Через 0,5…3 с выключается источник питания и через 1…5 с – газовый клапан (снимается напряжение со сварочной горелки и прекращается подача газа). Следующее включение происходит при нажатии кнопки на сварочной горелке.

Технические характеристики полуавтомата для сварки в углекислом газе ПДГ-516 с ВДУ-506 представлены в табл. 10.4.

Читать еще: Бани с печами термофор

37.120.192.53 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов – универсальный процесс получения качественных сварных соединений

Полуавтоматическая (механизированная) сварка плавящимся электродом в среде защитных газов – электродуговой процесс, при котором подача присадочной проволоки осуществляется роликовым механизмом с электрическим приводом.

Суть процесса

Скорость подачи проволоки синхронизирована со скоростью её плавления, за счет чего поддерживается постоянная длина электрической дуги и равномерный перенос присадочного металла в сварочную ванну. Изоляция зоны нагрева и плавления от газов атмосферы обеспечивается за счет подачи защитного газа через сопло-наконечник ручной сварочной горелки. Управление подачей проволоки, включением и выключением сварочного тока, инициацией дуги и поступлением газа осуществляется одной кнопкой «Пуск/Стоп» на горелке.

По сравнению с постом ручной сварки покрытыми электродами в состав оборудования добавляется электрический механизм подачи сварочной проволоки и газобаллонная аппаратура. При скромных усложнениях резко повышается производительность процесса и улучшается качество сварных соединений.

Производительность увеличивается за счет возможности вести процесс почти непрерывно, и отпадает операция по удалению шлака и зачистке шва.

Область применения

Способ получил самое широкое распространение в сферах деятельности, где изготавливаются металлоконструкции. Это и сборочные цеха машиностроительных предприятий, и строительные площадки, и домашние мастерские. Он вполне пригоден для соединения как малоуглеродистых конструкционных, так и высоколегированных сталей, применим для ответственных конструкций из разных прокатных профилей в любых пространственных положениях. Одним словом, способ сварки полуавтоматом в среде защитных газов – универсален.

Единственным ограничением способа является необходимость при работе на открытых площадках укрывать рабочее место сварщика от ветра и сквозняков, чтобы обеспечить стабильную защиту зоны плавления.

Преимущества и недостатки полуавтоматической сварки

Преимущества и недостатки полуавтоматической сварки в среде защитных газов отражены в таблице.

высокая производительность;
качественное соединение за счет рационального ввода легирующих элементов и раскислителей через проволоку;
отсутствие флюсов и покрытий, следовательно, не нужно удалять шлак;
меньшие отходы = выше эффективность

усложнение аппаратуры (по сравнению с ручной дуговой сваркой);
дополнительные мероприятия по защите при работе на открытых площадках;
дополнительные затраты на снабжение защитными газами

Какие газы используются

Теоретически возможно добавление любого газа в сварочную смесь. На практике для сварки стали применяют углекислый газ по ГОСТ 8050-85. Главным критерием выбора данного продукта выступает его доступность и, соответственно, цена.

Углекислый газ поставляется в стандартных баллонах. Полный 40-литровый баллон содержит 24 кг жидкой углекислоты, что соответствует 12 000 литрам газовой фазы при нормальном давлении. При среднем расходе 10 литров в минуту этого хватает на 20 часов непрерывной работы одного сварочного поста.

Примерная стоимость баллонов с углекислым газом разных объемов на Яндекс.маркет

Для ориентировочной оценки расхода материалов можно применять следующую зависимость: на 1 кг наплавленного металла расходуется 1,1 кг СО2 и 1,35 кг сварочной проволоки. Значит, на 1,2 кг проволоки приходится 1 кг углекислоты в жидкой фазе.

При проведении работ с использованием углекислого газа в закрытых помещениях надо помнить (!), что двуокись углерода относится к 4-му классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76, имеет удельный вес больше, чем у воздуха, и СО₂ имеет свойство накапливаться внизу. По нормам допускается его содержание до 9 г/куб. м.

В последнее время на рынке широко представлены готовые сварочные смеси, состоящие из заданных соотношений углекислого газа и аргона. Для гарантированного получения правильных пропорций защитных газов в смеси лучше процесс смешивания производить самостоятельно.

Режимы полуавтоматической сварки в среде защитных газов

Режимы полуавтоматической сварки в среде защитных газов представлены в таблице.

Используемое оборудование

Сварочный пост для полуавтоматической сварки в среде защитных газов содержит:

Источник тока.
Механизм подачи проволоки.
Газобаллонную аппаратуру:

баллоны с углекислотой, подсоединённые через газовый коллектор;
редуктор для регулировки расхода газа;
ротаметр для измерения расхода;
дополнительно: смеситель, подогреватель, осушитель;
соединительные газовые шланги.

Приточно-вытяжную вентиляцию.

Сварочные полуавтоматы

Сварочный полуавтомат представляет собой установку для механизированной сварки, объединяющую в себе источник питания, подающий механизм, горелку, блок управления процессом с пультом дистанционного управления. Может работать как в постоянном, так и в импульсно-дуговом режиме.

В настоящее время широкое распространение получили инверторные аппараты постоянного тока. Модельный ряд включает в себя всю линейку от малогабаритных бытовых приборов, работающих от домашней электросети напряжением 220 В. На рынке в полной мере представлены установки с полным набором функций, которые позволяют сваривать не только нержавеющие стали, но и цветные металлы (алюминий, медь), а также их сплавы.

Механизмы подачи проволоки служат для поступления проволоки в сварочную горелку с заданной скоростью и состоят из электродвигателя, редуктора, прижимных и подающих роликов, а также кассеты с проволокой. Существуют различные варианты исполнения подающих механизмов — закрытого и открытого типа. Бывают простые механизмы, состоящие из одной пары роликов, но в профессиональных полуавтоматах чаще встречаются четырех- и более роликовые агрегаты.

Примерная стоимость механизмов подачи проволоки на Яндекс.маркет

Для обеспечения стабильной подачи сварочной проволоки на несколько десятков метров от пульта управления могут применяться промежуточные механизмы подачи. Это позволяет увеличить зону проведения сварочных работ. Промежуточные механизмы синхронизируются с основным, что обеспечивает бесперебойную работу полуавтомата и газового оборудования.

Читать еще: Блочный фундамент своими руками для сарая

Технология

Технология включает в себя все этапы, такие, как:

подготовку свариваемых кромок;
оптимальный выбор и подготовку сварочных материалов;
настройку режимов сварки;
правильную технику ведения процесса сварки;
осмотр и контроль качества сварных швов.

Процесс сварки ведется с учетом типа соединений: стыковое, внахлестку, угловое «в лодочку», тавровое, принимая во внимание пространственное положение сварных швов. Горизонтальные швы проходят «углом назад» и «слева направо» без поперечных колебаний. Вертикальные швы «снизу вверх» – для малых толщин и «снизу вверх» для толщины более 4 мм.

Для заполнения разделки совершают поперечные колебательные движения. В процессе сварки перед каждым последующим проходом необходимо удалять наплавленный шарик на кончике проволоки.

3.3. Сварка в среде углекислого газа

Сварка в углекислом газе (сварка в С0₂) является одним из наиболее распространенных способов сварки. Она экономична, обеспечивает достаточно высокое качество швов, особенно при сварке низкоуглеродистых сталей, требует более низкой квалификации сварщика, чем ручная, позволяет выполнять швы в различных пространственных положениях. В качестве оборудования используются обычно полуавтоматы, но сварка может быть и автоматической. В международной практике способ сокращенно называется MAG (Metal Active Gas).

Схема процесса приведена на рис. 3.30. Защитный газ 1, выходя из сопла 4, вытесняет воздух из зоны горения. Сварочная проволока 2 подается вниз роликами 3, которые вращаются двигаРис. 3.30. Схема процесса сварки в защитных газах плавящимся электродом

телом подающего механизма. Подвод сварочного тока к проволоке осуществляется через скользящий контакт 5.

Учитывая, что С0₂ — активный газ и может вступать во взаимодействие с расплавленным металлом, сварка имеет ряд особенностей.

В зоне дуги углекислый газ диссоциирует:

Образовавшийся кислород взаимодействует с расплавленным металлом сварочной ванны с образованием оксида железа:

Окисление сварочной ванны ухудшает механические свойства шва и в первую очередь его пластичность. Для предотвращения этого процесса в сварочную ванну вводят элементы-раскислители, хорошо взаимодействующие с кислородом. Обычно это марганец и кремний. Раскислители выводят в шлак избыток кислорода и на участках сварочной ванны, имеющих пониженную температуру, восстанавливают железо из оксидов:

Введение раскислителей в сварочную ванну обычно осуществляется через проволоку. Поэтому при сварке в С0₂ используется сварочная проволока, легированная марганцем и кремнием. При сварке низкоуглеродистых сталей эго обычно проволока марки Св08Г2С, содержащая 0,08 % С, 2 % Мп и 1 % 81 (ГОСТ 2246-70), или проволоки С38П, 04811, состав которых приведен в 180 14341-2010.

Однако, несмотря на введение раскислителей, характеристики пластичности шва получаются ниже, чем при сварке под флюсом или ручной сварке электродами с основным покрытием. Поэтому сварку в С0₂ не рекомендуют использовать для ответственных конструкций, работающих при низких температурах в условиях переменных и ударных нагрузок.

Имеет свои особенности и перенос электродного металла при сварке в С0₂, что связано со специфическими свойствами углекислого газа – высокой теплопроводностью в области температур сварочной дуги и большими затратами теплоты на диссоциацию многоатомного газа С0₂. Это приводит к интенсивному отбору тепла с поверхности дуги и ее сжатию. Вследствие сжатия равнодействующая сила, приложенная к капле электродного металла, направлена вверх и препятствует ее переносу в сварочную ванну. При этом создаются условия для роста капли и ее асимметричного расположения по отношению к оси электрода, что часто приводит к выносу капли из зоны дуги.

Перенос электродного металла может осуществляться короткими замыканиями. При увеличении силы тока он переходит в крупнокапельный. Рассмотрим процесс подробнее. Перенос одной капли расплавленного металла можно разделить на шесть стадий (рис. 3.31).

Первая стадия — начало плавления проволоки и образование капли. По мере роста капли передача тепла от дуги к проволоке ухудшается. Скорость плавления проволоки (ц_пл) при этом уменьшается. Скорость же подачи проволоки (ц_пп) остается прежней. На короткий промежуток времени о_п__п становится больше ц_|1Л и капля приближается к изделию. Сила тока при этом достаточно стабильна (рис. 3.31, а).

Вторая стадия — касание капли сварочной ванны. Начинается режим короткого замыкания, ток растет. Капля в месте ее касания

Рис. 3.31. Стадии переноса одной капли электродного металла (в) и изменение силы тока при неуправляемом переносе (а) и при управляемом переносе по системе 5ТТ (6)

сварочной ванны вследствие большой плотности тока перегревается, в результате чего происходит выброс брызг.

Третья стадия — режим короткого замыкания, дуга гаснет, сварочный ток максимальный, капля максимально нагрета, уменьшаются силы поверхностного натяжения, удерживающие ее на конце проволоки, возрастают электродинамические силы.

Вследствие этого процесса на четвертой стадии между проволокой и каплей образуется перемычка, плотность тока в которой возрастает и которая разрывается с выбросом брызг (пятая стадия). Длина дуги восстанавливается, восстанавливается сила тока, капля переходит в сварочную ванну (шестая стадия). Затем цикл переноса капли повторяется.

Время переноса одной капли составляет 0,01. 0,002 с, т.е. за 1 с переносится 100. 500 капель (в зависимости от режима сварки). Поэтому сварщик не замечает моментов короткого замыкания и воспринимает дугу как горящую постоянно.

Рис. 3.32. Процесс зажигания дуги и переноса капли электродного

При увеличении силы сварочного тока капля может отрываться раньше, чем коснется ванны. В этом случае перенос короткими замыканиями переходит в крупнокапельный, при котором брызги дополнительно образуются при падении капли в сварочную ванну, а также при возможном выдувании капли из зоны сварки.

Различные стадии процесса переноса капли приведены на рис. 3.32. Внизу показана осциллограмма изменения силы тока за время переноса одной капли. Пики тока соответствуют коротким замыканиям.

Читать еще: Методы сварки труб при монтаже отопления

Описанный процесс позволяет понять механизм разбрызгивания электродного металла.

Основными причинами брызг являются: перегрев нижней части капли при ее касании сварочной ванны; разрыв перемычки между каплей и проволокой, выдувание капли из зоны сварки; расплескивание сварочной ванны. Некоторые из описанных явлений представлены на рис. 3.33.

Возможно образование брызг и при нарушениях технологического процесса сварки. Например, при наличии на проволоке ржавчины, что приводит к частым взрывам крупных капель; при неправильном соотношении между параметрами режима сварки, когда проволока выбрасывается из зоны сварки нерасплавившимися частями. Аналогичные выбросы возможны и вначале сварки при плохих динамических характеристиках источника питания дуги.

На рис. 3.34 приведена зависимость потерь на разбрызгивание от силы сварочного тока для различных диаметров сварочной про-

Рис. 3.33. Последовательность переноса капли электродного металла: а — с расплескиванием сварочной ванны; б — с выдуванием капли из зоны

волоки. Для каждого диаметра проволоки существует область токов, при которых разбрызгивание максимально — эта область соответствует крупнокапельному переносу. Увеличивается разбрызгивание и при увеличении диаметра проволоки.

Повышенное разбрызгивание, которое достигает 10. 15 % от массы проволоки, является существенным недостатком сварки

Рис. 3.34. Зависимость потерь на разбрызгивание от силы сварочного тока при различных диаметрах проволоки (проволока Св08Г2С)

в СО2, так как ведет к перерасходу проволоки, требует дополнительных затрат на зачистку свариваемого металла и сопла горелки полуавтомата. Причем брызги при сварке в СО2 сильнее привариваются к металлу, чем при сварке покрытыми электродами, так как практически не покрыты шлаковой пленкой.

Улучшить процесс переноса электродного металла и уменьшить разбрызгивание позволяет введение в сварочную проволоку щелочных и щелочноземельных металлов (цезия, рубидия и др.), однако это существенно увеличивает стоимость сварочной проволоки и не всегда приемлемо для предприятий. Возможно также применение порошковых сварочных проволок (подробнее см. в 4.2).

В последнее время в связи с распространением инверторных источников питания, которые обладают значительно меньшей по сравнению с тиристорными инерцией реагирования силового блока на управляющий сигнал, появился ряд систем управления переносом в процессе сварки в СО2.

Одной из первых была создана система STT (Surface Tension Transfer — перенос за счет сил поверхностного натяжения) (см. рис. 3.31, 6), разработанная фирмой Lincoln Electric. Цель системы — максимально уменьшить электродинамическое воздействие на каплю, заставив ее плавно перетекать в сварочную ванну. Это делается за счет управления силой тока на стадии переноса одной капли. Это иногда называют управлением эпюрой сварочного тока, в отличие от систем управления сварочным током как режимом сварки.

В период начинает образовываться капля, /_св = const. Когда капля коснулась металла, сварочный ток аппаратными средствами на несколько миллисекунд выключается (период ^-?2)- Это позволяет снизить последствия короткого замыкания, капля не перегревается и выброса брызг не происходит. Далее, чтобы капля не остыла, сила тока кратковременно увеличивается (период ?2

?з)> а когда происходит разрыв перемычки (период ?з-is), ток снова выключается. Перемычка разрывается без воздействия электродинамических сил, поэтому брызг расплавленного металла практически нет. После этого надо снова начать интенсивное плавление проволоки, поэтому ток увеличивается (?5), а затем возвращается в исходное для начала переноса значение (?₆). Таким образом, наиболее проблемные моменты переноса — касание капли металла

и разрыв перемычки — происходят при отключенном токе, что резко уменьшает количество брызг — до 1. 2 %.

В последнее время появилась новая модификация системы – ЭТТ II, которая использует более совершенную элементную базу и программное обеспечение для формирования обратных связей с дугой и ее управления. Система хорошо зарекомендовала себя при сварке корневого шва трубопроводов, который, как правило, является наиболее проблемным при сварке.

По другому пути пошла фирма Ргошш. Посчитав, что импульс тока большой величины (период на рис. 3.31, 6) чрезмерно перегревает металл, они решили осуществлять сброс капли с проволоки нс за счет электродинамических сил, а за счет механического воздействия на проволоку. После короткого замыкания (рис. 3.35, а) следует реверс подачи проволоки. Она кратковременно поднимается вверх, зажигается дуга, которая расплавляет каплю металла на проволоке (рис. 3.35, б, в). В этот момент проволока начинает опускаться (рис. 3.35, г, д) и капля доставляется в сварочную ванну. Для ее обрыва проволока снова идет вверх и цикл повторяется (рис. 3.35, е).

Рис. 3.35. Стадии переноса капли по системе СМТ

Система получила название Cold Metal Transfer (СМТ) — «холодный перенос металла». Система СМТ широко распространена при сварке тонкого металла, например кузовов автомобилей.

Существуют и другие аппаратные способы снижения разбрызгивания, разработанные другими фирмами.

Основными параметрами режима сварки в СО2 являются диаметр электродной проволоки d„, сила сварочного тока /_св, напряжение на дуге U,_v скорость сварки г;_св, скорость подачи сварочной проволоки о_ПЛ1, вылет электродной проволоки i, расход защитного газа С_г

Сила сварочного тока, как и при сварке иод флюсом, выбирается в зависимости от требуемой глубины проплавления: