Механизированная сварка в среде инертного газа

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.

Борьба за качество сварного шва: автоматическая и механизированная сварка в среде защитных газов

Расплавленный высокотемпературный металл в сварочной ванне активно взаимодействует с газами из окружающей среды. В результате нежелательных химических реакций образуются:

Газы защитные против атмосферных

Один из способов решения этих проблем — создание искусственной прослойки в виде защитных газов между жидким металлом в сварном шве и окружающим воздухом. Инертные или активные газы через сварочные горелки плотной струей под давлением подают в зону сварного соединения. Они создают благоприятную среду для устойчивого горения электрической дуги и протекания под ее воздействием качественных металлургических процессов.

Невидимые защитники

Для этих целей ГОСТом 19521-74 предусмотрено применение:

Двуокись углерода

Газ СО2 (ГОСТ 8050-85) получил наибольшее распространение из-за невысокой стоимости (выделяется как побочный продукт при коксовании углей, обжиге известняка). Является активным. Оттесняя от сварочной ванны вредные газы из окружающей среды, сам способен вступить в химическую реакцию с металлом шва.

При высоких температурах в зоне дуги распадается на окись углерода и свободный кислород. Его нейтрализуют, используя сварочную проволоку или присадочный материал с повышенным содержанием марганца и кремния (ГОСТы 2246-70, 10543-98). Окислы этих элементов выходят на поверхность сплава в виде шлаков.

Сварку в среде углекислого газа применяют для соединения деталей из низколегированных и углеродистых сталей.

Аргон и гелий

Аргон (ГОСТ 10157-79) и гелий (ГОСТ 20461-75) — инертные газы. Они не взаимодействуют с жидким металлом в сварочной ванне.

Аргон, являясь более тяжелым по отношению к воздуху, создает плотную защиту от азота и кислорода из окружающей среды. Используется для получения высококачественных сварных швов углеродистых и высоколегированных сталей, а также для сварки цветных металлов и их сплавов.

Гелий применяется в тех же целях, что и аргон, но значительно реже из-за его высокой стоимости. Чаще используют в виде смеси с аргоном.

Азот и водород

Активные газы азот (ГОСТ 9293-74) и водород (ГОСТ 3022-70) применяются в высокотемпературных процессах с металлами, не вступающими с ними во взаимодействие.

Способы газоэлектрической сварки

Способы сварки в среде защитных газов определены ГОСТом 14771-76:

• неплавящимися электродами без присадочного (ИН) и с присадочным металлом (ИНп) в инертных газах;
• плавящимися электродами в СО2 (УП) и инертных газах (ИП).

1. Металлические.
2. Неметаллические.

Металлические — вольфрамовые (ГОСТ 23949-80). Используют для сварки сталей и цветных металлов на постоянном, переменном или импульсном (пульсирующим по заданной программе) токе.

Примерная стоимость вольфрамовых электродов на Яндекс.маркет

Сварку с применением этих электродов называют TIG (английский) или WIG (немецкий вариант).

Неметаллические — угольные и графитовые. Применяют в основном для сварки меди, латуни, бронзы и чугуна.

Примерная стоимость угольных электродов на Яндекс.маркет

• проволочные (сплошные и порошковые);
• ленточные (сплошные и порошковые).

Если при сварке неплавящимися электродами для заполнения шва металлом в основном используют присадочный материал, то в случае плавящихся — присадкой служат сами электроды.

Содержание химических элементов в материале электрода и порошкового наполнения подбирают в соответствии с составом свариваемых деталей.

Плавящаяся стальная проволока для сварки в защитных газах (ГОСТ 2246-70) предназначена для работы с углеродистыми и низколегированными сталями. Проволочные электроды из цветных металлов (титана, меди, алюминия и сплавов на их основе), как более дорогие, используют, согласно технологическим картам для соединений аналогичных цветных металлов и их производных.

Технологические особенности и оборудование

Сварочные работы в среде защитных газов производятся:

• полуавтоматами (ГОСТ 18130-79);
• автоматами (ГОСТ 8213-75);
• сварочными тракторами.

Газоэлектрическую сварку в среде СО2 осуществляют плавящимся электродом. Преимущественно — на постоянном токе (до 500А) с подключением электрода к плюсу, а свариваемых деталей — к минусу. Требования к источникам питания регламентирует ГОСТ 25616-83.

Сварка в среде аргона производится неплавящимися и плавящимися электродами как на постоянном, так и на переменном токе.

Для плавящихся электродов на постоянном токе, как и в предыдущем случае, используют обратную полярность.

При постоянном токе с вольфрамовым электродом на него подают минус, на детали — плюс. Применение прямой полярности позволяет поддерживать устойчивое горение дуги. Использование переменного тока для этой цели требует наличия стабилизаторов напряжения.

Помимо источника питания, в состав оборудования входят:

• механизм подачи сварочной (присадочной) проволоки;
• горелка;
• баллон с газом;
• измерительные приборы;
• дополнительное вспомогательное оборудование.

Примерная стоимость баллона СО2 на Яндекс.маркет

Плюсы и минусы газоэлектрической сварки

К основным преимуществам относят:

• повышение качественных характеристик металла шва;
• возможность производить работы при любом положении сварных швов (в отличие от сыпучих флюсов);
• высокая производительность (при механизации скорость достигает 120 м/час, а при автоматизации – 200 м/час);
• отсутствие шлакового слоя, что позволяет зрительно контролировать процесс сварки;
• применение для сварки цветных и тугоплавких металлов;
• для производства высокоточных работ;
• благодаря огромной номенклатуре выпускаемых полуавтоматов и автоматов, возможно использование как в промышленных масштабах, так и штучном производстве.

Минусы этого вида сварочных работ:

• работа с газами требует повышенных мер техники безопасности;
• высокая стоимость инертных газов.

Полуавтоматическая сварка

Полуавтоматическая сварка — механизированная дуговая сварка металлическим плавящимся электродом (проволокой) в среде защитных газов. Способ также известен как MIG/MAG сварка. В зависимости от типа используемого защитного газа различают сварку в инертных газах (MIG) и активных (MAG). В качестве активных газов преимущественно используют сварку в среде углекислого газа. В отличии от ручной дуговой сварки покрытыми электродами при механизированной сварке подача электрода в зону сварки выполняется с помощью механизмов, а сварщик перемещает горелку вдоль оси шва и выполняет колебательные движения электродом по необходимости.

Рис. 1. 1 – горелка, 2 – сопло, 3 – токоподводящий наконечник, 4 – электродная проволока, 5 – дуга, 6 – шов, 7 – ванна, 8 – основной металл, 9 – капля металла, 10 – газовая защита.

Сущность метода и общие принципы полуавтоматической сварки

Механизированная сварка, как и другие виды дуговой сварки, осуществляет за счет большей тепловой энергии сварочной дуги сконцентрированной в месте ее горения. Температура дуги больше температуры плавления металлов, поэтому под ее воздействием кромки сварного изделия плавятся, образуя сварочную ванну из жидкого металла. Дуги при этом горит между основным металлом и сварочной проволокой, которая выполняет функции подвода дуги к зоне сварки и является присадочным металлом для заполнения зазора между кромками.

Сварочная проволока с кассеты непрерывно подается в зону сварки при помощи подающего механизма, который проталкивает ее по каналу в рукаве к соплу сварочной горелки.

Сварочная дуга, расплавленный металл, конец сварочной проволоки, околошовная зона находятся под защитой газа, выходящего с горелки. Для получения более качественного шва, иногда выполняют подачу защитного газа дополнительно с обратной стороны шва.

В отличии от ручной сварки, отсутствие покрытых электродов позволяет механизировать процесс или полностью автоматизировать.

Оборудование для полуавтоматической сварки

В комплект оборудования для механизированной сварки входят источник питания сварочной дуги, подающий механизм, газовое оборудование, горелка. Для повышения производительности и избежания перегрева горелки при серийном производстве могут использоваться системы охлаждения.

Источники питания сварочной дуги

Для сварки в среде защитных газов изготавливают источники питания с жесткими внешними вольт-амперными характеристиками. Сварка производится на источниках постоянного тока — сварочные выпрямители, преобразователи, инверторы или специальные установки, содержащие в себе источник питания и подающий механизм, а также блок управления. Источники питания переменного тока практически не используются.

Многопостовые источники питания

Для организации работы в цехах на производстве со стационарными сварочными постами целесообразно использовать многопостовые источники питания. Для этих целей можно использовать преобразователи и выпрямители. Существует две схемы организации многопостовой сварки.

Первая схема используется когда сварка производиться одинаковыми режимами на каждом посте с частыми замыканиями сварочной цепи (возбуждение дуги). При такой схеме в цепь каждого сварочного поста включают дроссель, который способствует снижению влияния постов друг на друга при одновременной работе.

Вторая схема может быть использована для регулирования режимов сварки индивидуально на каждом посте с минимальным влиянием постов друг на друга. В таком случае напряжение холостого хода многопостового источника питания устанавливают на максимум, а снижение силы тока (регулирование) выполняется с помощью балластного реостата на каждом посте.

Механизмы подачи проволоки

Механизмы подачи проволоки используются для стабильной подачи проволоки и регулирования скорости подачи в сварочную горелку. Обычно подающий механизм состоит из электродвигателя, редуктора, тормозящего устройства, подающих и прижимных роликов, а также кассеты с проволокой. Существуют различные варианты исполнения подающих механизмов — закрытого и открытого типа.

В зависимости от числа роликов различают двухроликовые и четырехроликовые подающие механизмы. Последние более надежные и рекомендуется использовать для проволоки большего сечения или при сварке порошковой проволокой.

Для увеличения радиуса проведения сварочных работ и обеспечения стабильной подачи сварочной проволоки могут применяться промежуточные механизмы подачи. Это позволяет увеличить зону проведения сварочных работ от 10 до 20 метров. Промежуточные механизмы синхронизируются с основным что позволяет значительно удалятся от источника питания или полуавтомата и газового оборудования.

Механизмы подачи проволоки

Механизмы подачи проволоки используются для стабильной подачи проволоки и регулирования скорости подачи в сварочную горелку. Обычно подающий механизм состоит из электродвигателя, редуктора, тормозящего устройства, подающих и прижимных роликов, а также кассеты с проволокой. Существуют различные варианты исполнения подающих механизмов — закрытого и открытого типа.

В зависимости от числа роликов различают двухроликовые и четырехроликовые подающие механизмы. Последние более надежные и рекомендуется использовать для проволоки большего сечения или при сварке порошковой проволокой.

Для увеличения радиуса проведения сварочных работ и обеспечения стабильной подачи сварочной проволоки могут применяться промежуточные механизмы подачи. Это позволяет увеличить зону проведения сварочных работ от 10 до 20 метров. Промежуточные механизмы синхронизируются с основным что позволяет значительно удалятся от источника питания или полуавтомата и газового оборудования.

Сварочные полуавтоматы

Сварочные полуавтоматы — специальные установки для механизированной сварки в среде защитных газов содержащие в себе источник питания, подающий механизм, горелку и блок управления процессом. Дополнительно полуавтомат может иметь дистанционный пульт управления, включать схемы позволяющие выполнять сварку в импульсно-дуговом режиме и т.д.

Сегодня чаще используется схема сварки от сварочного полуавтомата, чем источник питания + подающий механизм.

Сварочная горелка

Выполняет несколько функций, среди которых: направление проволоки в зону сварки, подвод тока к сварочной проволоке, подача защитного газа, управление процессом при помощи кнопки управления. Все это возможно благодаря использованию специального шланга внутри которого находится сразу несколько элементов — сварочные кабеля, управляющие провода, спиралеобразный канал для направления проволоки, трубка для подачи газа, а иногда и для подачи воды.

Газовое оборудование для полуавтоматической сварки

В состав газового оборудования для сварки полуавтоматом входят: баллон, редуктор, ротаметр, подогреватель, осушитель, смеситель газов, рукава (шланги).

Источники:

http://studwood.ru/1691762/tovarovedenie/mehanizirovannaya_svarka_srede_zaschitnyh_gazov
http://elsvarkin.ru/texnologiya/vidy/svarnoi-shov/
http://osvarke.net/mig-mag/