sap
linkuni
Сварка неплавящимся электродом в защитных газах.
( Аргонная сварка )
Принципы процесса, характеристики дуги
При сварке плавлением в защитных газах в качестве основного инструмента применя ется мощная электрическая дуга. В дуге электрическая энергия преобразуется в тепловую, плотность которой достаточна для локального плавления основного металла. В условиях атмосферы (21 % О2+78 % N2) зона сварки должна надежно защищаться от насыщения металла шва кислородом и азотом воздуха, которые, как правило, ухудшают его свойства. За щитные газы, подаваемые через сопло, вытесняют воздух и таким образом защищают сва рочную ванну и электрод. Для заполнения зазора между соединяемыми кромками деталей или разделки кромок и регулирования состава металла шва в зону плавления подают при садочный металл или электродную проволоку. Принцип дуговой сварки неплавящимся вольфрамовым электродом в защитном газе показан на (рис. 3)
Рис.3
Принцип дуговой сварки неплавящимся вольфрамовым электродом в защитном газе
Аргонная сварка преимущественно производится вольфрамовым электродом в инертном газе Ar (TIG) и реже в Не, в активных газах N2 и Н2 или в СО2 угольным электродом. Сварка может выполняться без присадки (ИН) или с присадкой (ИНп) из сплошной и несплошной порошковой или активированной проволок. В зависимости от рода тока, вида дуг, их количества и внешних воздействий на неё можно выделить способы сварки: на постоянном, импульсном или переменном токе, дугой прямого, косвенного и комбинированного действия; поверхностной, по груженной и проникающей дугой; свободной и сжатой; без воздействия внешнего магнитного поля и в магнитном поле; с колебаниями дуги и без них; при пониженном давлении (в вакууме) и при повышенном; одно- и многодуговую и др.
Oсновные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений из сталей, а также сплавов на железоникелевой и никелевой основах, выполняемых дуговой сваркой в защитном газе указаны в ГОСТ 14771
В зависимости от уровня механизации и автоматизации процесса различают сварку:
- ручную, при которой все перемещения горелки выполняются вручную;
- механизированную, при которой перемещения горелки выполняются вручную, а подача
проволоки механизирована (ограниченно для TIG);
- автоматизированную, при которой все перемещения горелки и подача проволоки механи
зированы, а управление процессом сварки выполняется оператором-сварщиком;
- автоматическую (роботизированную), при которой управление процессом сварки выпол
няется без непосредственного участия оператора-сварщика.
Влияние защитных газов на технологические свойства дуги.
Технологические свойства дуги существенно зависят от физических и химических свойств защитных газов, состава электродного и свариваемого металлов, параметров и других условий сварки.
При дуговой сварке применяют:
- инертные газы Аг и Не и их смеси Аг+Не,
- активные СО2, N2, Н2,
- смеси инертных и активных Аг+О2, Аг+СО2, Аг+О2+СО2,
- смеси активных газов СО2+О2.
Физические свойства защитных газов (табл. 1) и металла электродов оказывают различное влияние на свойства дуги с неплавящимся "горячим" катодом (W-дуга) и дуги с плавящимся "холодным" катодом (Ме-дуга).
Таблица 1
Технологические свойства дуги в защитных газах определяют такие критерии:
- электрические свойства дуги (приэлектродные падения напряжения, напряженность в стол
бе дуги, эмиссия электронов, ионизация и др.);
- стабильность дуги;
- форма столба дуги, его пространственная устойчивость;
- плавление электродного металла и вид его переноса;
- разбрызгивание электродного металла и привариваемость брызг;
- плавление основного металла и формирование шва (глубина и форма провара, высота и
форма валика, чистота его поверхности);
- эффективность защиты зоны сварки (содержание кислорода и азота в шве, потери леги
рующих элементов);
- стойкость шва против образования пористости. Рассмотрим влияние физических свойств
газов и свариваемых металлов (табл. 1) на технологические свойства
дуги.
Сварочное оборудование
По назначению сварочное оборудование разделяют на универсальное, специальное и специализированное. Рассмотрим кратко принципы компоновки универсального сварочного оборудования общего назначения, которое выпускается серийно.
В состав сварочного оборудования входят источник сварочного тока и сварочный ап парат. Его составные части и их функции определяются в основном уровнем механизации и автоматизации процесса, параметрами режима сварки, необходимостью их установки и ре гулировки в режиме наладки и сварки.
Параметры можно разделить на электрические (lc, Uc) и механические (d3H, Lд.у., Vc, dnn, Vnn, qr).
Основными параметрами автоматизированной дуговой сварки вольфрамовым элек тродом в инертных газах Аг или Не (TIG) являются :
1. Сварочный ток Iс (~10...600 А);
2. Напряжение сварки 1)с (-10...30 В);
3. Скорость сварки Vc (-1.5...15 мм/с), (-5.4...54 м/ч);
4. Диаметр неплавящегося электрода d3H(~0.5...6.5 мм);
5. Длина дуги установочная Lду (~1...5 мм);
6. Диаметр присадочной проволоки dnn (-2...6 мм);
7. Скорость подачи присадочной проволоки Vnn (-1.5...30 мм/с), (-5.4...108 м/ч);
8. Расход защитного газа qr (~ 1... 12 л/мин).
Исходя из принципа аргонной сварки и параметров процесса можно определить основные функции оборудования:
-подвод к дуге электрической энергии и её регулирование (lc, Uc);
-перемещение горелки со скоростью сварки (Vc) и её регулирование;
-подача присадочной (Vnn) проволоки в зону сварки и регулирование её скорости;
-подача защитного газа (qr) в зону сварки и регулирование его расхода;
-установка длины дуги (Lд.у.) и корректирующие перемещения горелки;
-возбуждение дуги и заварка кратера;
-автоматическое слежение по линии сварки и др.
При пуске сварочного аппарата схема управления должна обеспечивать такую после довательность включения частей и механизмов оборудования:
1) подачу защитного газа (qr), предварительную продувку системы подачи газа;
2) включение источника питания дуги (Uxx.);
3) возбуждение дуги (lc, Uc);
4) перемещение аппарата со скоростью сварки (Vc)
При окончании сварки последовательность выключения систем и механизмов должна обеспечивать заварку кратера и защиту остывающего шва:
Аргонная сварка чаще всего выполняется в производственном помещении на специально оборудованном рабочем месте (сварочный пост, установка, станок, РТК) и реже за его пределами. Сварочный пост оборудован местной вентиляцией и огражден щитами или экранами для защиты окружающих от излучения дуги.
Сварочный пост для ручной дуговой сварки вольфрамовым электродом в аргоне (TIG) имеет:
- источник сварочного тока постоянного и/или переменного тока;
- горелка или комплект горелок на разные токи;
- устройство для первоначального возбуждения дуги или для стабилизации дуги переменно
го тока;
- аппаратура управления сварочным циклом и газовой защитой;
устройство для компенсации или регулирования постоянной составляющей сварочного тока;
Сварочные материалы
Применяют инертные газы аргон и гелий в сочетании с вольфрамовыми электродами. При воздействии кислорода на вольфрам последний интенсивно окисляется и разруша ется. Преимущественное применение находит аргон, так как он дешевле гелия (аргон полу чают из воздуха), лучше защищает зону сварки (тяжелее воздуха), поддерживает длинную (эластичную) дугу. W-дуга в гелии имеет более высокую температуру, чем дуга в аргоне, что позволяет сваривать алюминий малой толщины (фольгу) на постоянном токе прямой поляр ности. По ГОСТ 10157-79 аргон газообразный производится высшего и первого сортов. Гелий поставляется по ТУ 51-689-75 марок А, Б, и В.
Вольфрамовые электроды для дуговой сварки изготовляют по ГОСТ 23949-80 в виде прутков длиной 75-300 мм, диаметром 0.5-10 мм. Для повышения пространственной стабильности дуги и допустимого тока (рис. 4) в вольфрам вводят активирующие добавки оксидов иттрия (марки ЭВИ-1, ЭВИ-2, ЭВИ-3), оксидов лантана (марка ЭВЛ), реже тория (ЭВТ-15). Прутки из чистого вольфрама выпускаются марки ЭВЧ.
Рис.4
TIG-сварка выполняется на стыковых, угловых, тавровых и нахлёсточных соединениях в различных положениях сварки. Типы подготовки кромок и швов для дуговой сварки сталей и сплавов на никелевой основе неплавящимся и плавящимся электродом в защитных газах регламентируются ГОСТ 14771-76. TIG-сварка по стандарту рекомендуется для толщины до 20 мм, что связано с малой глубиной проплавления металла за один проход (до 4 мм) и низ кой производительностью расплавления присадки и, следовательно, заполнения зазора или разделки кромок. Стыковые соединения стали толщиной до 3-4 мм, а алюминия толщиной до 5-6 мм сваривают без скоса кромок. TIG-сварка часто применяется при выполнении кор невого прохода труб малого диаметра «на весу».
Легкоплавкие металлы Mg, A1, Си рекомендуется сваривать в нижнем положении. При сварке тугоплавких металлов Mo, Nb, Zr, W ограничивается толщина до 2-3 мм. Сплавы на основе Mg, Al, Be рекомендуется сваривать на переменном токе, чтобы в полупериоды об
ратной полярности происходила катодная очистка сварочной ванны от тугоплавких оксид ных пленок. Остальные металлы и сплавы рекомендуется сваривать на постоянном токе прямой полярности, так как в этом случае происходит минимальный нагрев вольфрамового электрода и максимальное проплавление основного металла.
Основные режимы сварки для различных толщин металла и диаметров проволоки приведены в таблице 1.
таб.1
Специальные способы сварки
Для расширения технологических возможностей TIG-сварки разработаны специальные способы сварки узкого назначения, позволяющие преодолеть недостатки типового: низкую производительность, слишком широкие швы, прожоги и повышенное коробление при сварке тонколистового металла и др.
Сварка AI, 77, легированных сталей по фторидному флюсу позволяет увеличить глу бину провара и уменьшить ширину шва, к тому же улучшает формирование корневого про хода, устраняет пористость и загрязнение оксидными пленками.
Сварка погруженной дугой на токах до 650 А позволяет выполнить сварку металла толщиной до 10-14 мм за один проход (высоколегированные стали, алюминий, титан).
Сварка трехфазной дугой на переменном токе (две фазы подводят к вольфрамовым электродам, одну - к изделию) обеспечивает высокую стабильность дуги без осциллятора, увеличивает мощность и проплавляющую способность трехфазной дуги (до 20 мм за один проход на AI).
Импулъсно-дуговая сварка обеспечивает концентрацию во времени теплового воздей ствия дуги, что уменьшает ЗТВ и деформации, оказывает благоприятное влияние на кри сталлизацию и формирование шва на тонком металле (толщина 0.4-2 мм).
Сварка с применением горячей присадки (подогрев присадки током) сочетает высокое качество TIG-сварки и производительность MIG-сварки. Применяется для сварки коррозионно стойких сталей толщиной до 50 мм.
Орбитальная сварка неповоротных стыков труб выполняется как с присадкой так и без неё, с колебаниями электродов и без них. Цикл сварки программируется. Применяются подкладные кольца для формирования обратного валика, а при толщине стенки трубы больше 3 мм - поддув аргона с формирующим давлением.
Сварка дугой, управляемой магнитным полем, позволяет увеличить скорость сварки, уменьшить ЗТВ и добиться высокого качества формирования шва. Эффективно применение дуги, вращаемой магнитным полем, при сварке труб между собой и с фланцами, при при варке труб к трубным доскам и других стыков замкнутого контура. Применяют вольфрамо вые или медные водоохлаждаемые электроды. Перемещение дуги вызывает поперечное по отношению к направлению сварки магнитное поле. Продольное относительно оси электрода магнитное поле вызывает пространственную стабилизацию столба дуги и её вращение.
 Обсудить статью на форуме
|
|
| |
