Технология механизированной сварки в защитных газах

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 в среде защитных газов

Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов (она же MIG/MAG сварка) — один из самых распространенных методов соединения металлов. С применением полуавтомата и защитного газа можно сварить детали из любых металлов, при этом работать можно и на улице, и в цеху.

В этой статье мы подробно расскажем, какова технология полуавтоматической сварки, какое оборудование и комплектующие используются. Эта статья — своеобразная инструкция для начинающих. После прочтения вы будете знать все основы и сможете приступить к сварке.

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Технология полуавтоматической сварки крайне проста. В работе зачастую используется плавящаяся проволока и защитный газ . В качестве газа используют аргон , углекислоту или гелий, а иногда и смеси этих газов. Сварка выполняется с применением полуавтомата, на нем устанавливается постоянный или импульсный ток. Во время сварки плавится и проволока, и сам металл. Они смешиваются и образовывают единый шов. Газ выполняет защитную функцию. Он подается в сварочную зону с помощью горелки и защищает шов от окисления и образования дефектов.

Также существует сварка неплавящимся электродом в среде инертного газа, но она применяется редко, поэтому не будем заострять на ней внимание. А вот о чем стоит рассказать подробнее, так это о сфере применения такой сварочной технологии. MIG/MAG сварка может применяться не только на суше, но и под водой, что существенно увеличивает возможности сварщика.

ПРИМЕНЯЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов предполагает использование не только полуавтомата, но и источника тока. В качестве источника можно использовать обычную бытовую розетку, если напряжения достаточно, и оно бесперебойное. Также для полноценной работы вам нужно работать с механизмом, который будет подавать проволоку, а также выбрать сменные детали. Далее мы подробно все расскажем.

СВАРОЧНЫЙ ПОЛУАВТОМАТ

Сварка в защитных газах выполняется с помощью полуавтомата. Полуавтоматом называют как отдельный сварочный аппарат, так и комплекс всего оборудования, в том числе баллона с газом. Работа может выполняться на специальном сварочном посте, станке или без поста. Ниже изображен стандартный комплект сварочного оборудования для MIG/MAG сварки.

Стандартный сварочный полуавтомат для работы с плавящимся электродом в защитных газах состоит из источника тока, механизма подачи проволоки, горелки, кабелей, встроенного управления, системы подачи газа, системы охлаждения.

Сварочный аппарат полуавтомат может иметь различное назначение. Наверняка вы заметили, что в ходе статьи мы упоминали термины MIG и MAG. Данными терминами обозначается тип сварки. MAG — сварка в среде активных газов. MIG — сварка в среде инертных газов. Соответственно, аппаратом MIG вы не сможете выполнить MAG сварку, и наоборот.

Для большей универсальности можно приобрести полуавтомат, способный работать и в MIG, и в MAG режиме. Так ваши возможности будут намного шире. Есть еще FCAW сварка с применением порошковой проволоки . Порошковая проволока — это полая трубочка, внутри которой содержатся флюсы. Такую проволоку используют без защитного газа, так что не будем на этом останавливаться.

СИСТЕМЫ ПОДАЧИ ПРОВОЛОКИ

Выше мы упоминали, что при сварке полуавтоматом проволока подается с помощью специального механизма. Он может работать по трем принципам: толкающем, тянуще-толкающем и тянущем. Самая популярная система подачи проволоки — толкающая, она самая недорогая и встречается в большинстве бюджетных полуавтоматов.

Главный недостаток — ограниченное количество метров газового шланга, который можно использовать. А именно, 5 метров в длину. Если в полуавтомате используется другая система подачи проволоки, то можно использовать шланг длиной от 10 метров и больше. Также можно использовать более толстую проволоку, но нужно учитывать, что такой механизм будет весить намного больше.

Также обратите внимание на регулировку скорости подачи проволоки в выбранной вами модели. Новичкам рекомендуем выбирать механизмы с автоматической регулировкой скорости подачи, так вы избавитесь от лишней головной боли. Ну а профессионалы зачастую выбирают механизмы с ручной регулировкой, поскольку их опыт позволяет устанавливать индивидуальные настройки для каждого типа работ. Сами механизмы подачи могут быть встроенными в полуавтомат, а могут быть переносными. У переносных гораздо больше возможностей, но они громоздкие и не позволяют варить в труднодоступных местах.

СМЕННЫЕ ДЕТАЛИ

У полуавтомата есть дополнительные сменные детали, за которыми нужно периодически следить. К таким деталям относится токосъемный наконечник и сопло. Следите, чтобы эти детали были в исправном состоянии, поскольку от них во многом зависит стабильность горения дуги. Рекомендуем сразу приобрести качественные сменные детали, чтобы они не подвели вас в самый неподходящий момент.

ПРИМЕНЯЕМЫЕ КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

Сварка полуавтоматом с газом предполагает использование проволоки и, конечно, защитного газа. Ниже вы можете видеть таблицу с используемыми типами газов.

Если вы внимательно изучите таблицу, то обнаружите, что применяются самые разнообразные газы: и активные, и инертные, и смеси газов, в том числе активных с инертными. Газ, который не рекомендуется применять при полуавтоматической сварке — водород. При его использовании металл сильно разбрызгивается и шов получается некачественным.

Теперь о проволоках. Есть отдельный ГОСТ №2246-70, согласно которому допускается использование 75 марок сварочной проволоки. Вы сами понимаете, что при таком разнообразии трудно давать какие-то общие рекомендации по правильному выбору проволоки. Скажем лишь одно: ориентируйтесь на марку детали, которую собираетесь варить. И исходя из этого подбирайте марку проволоки.

ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ В СРЕДЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

Поскольку в рамках одной статьи мы не сможем рассказать об особенностях полуавтоматической сварки в среде всех защитных газов, мы решили рассказать только про сварку в углекислоте. Это популярная и эффективная технология сварки, так что запомните (а лучше запишите) все, что прочтете ниже.

ВЫБОР СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ

Выбор сварочной проволоки при сварке в углекислоте — дело непростое. Дело в том, что при сварке в углекислоте стальные детали с низким содержанием углерода сильно окисляются. Чтобы этого избежать нужно использовать проволоку, в составе которой присутствует марганец и кремний. А если нужно сварить легированные стали, то используйте специальные проволоки. Ниже вы можете видеть рекомендуемые марки проволоки для сварки низкоуглеродистых и легированных сталей.

ПОДГОТОВКА МЕТАЛЛА

Чтобы шов получился качественным нужно тщательно подготовить металл перед сваркой. Для этого очистите кромки от коррозии, грязи, краски или следов масла. Если загрязнения несущественные, то для их устранения можно использовать ветошь. Если загрязнения въевшиеся, то используйте металлическую щетку. Не забывайте обезжиривать металл. В некоторых случаях можно прибегнуть к травлению.

ВЫБОР РЕЖИМА СВАРКИ

От правильного выбора режима сварки во многом зависит качество готового сварного соединения. Поэтому к выбору режима нужно подойти со всей ответственностью. Режимом сварки называют комплекс различных настроек, которые вы можете установить на своем полуавтомате.

При сварке полуавтоматом в среде углекислого газа этот комплекс настроек состоит из рода тока, его полярности, диаметра проволоки, силы сварочного тока, напряжения дуги, скорости подачи проволоки, вылета проволоки. Давайте подробнее остановимся на каждом параметре.

Начнем с рода тока и его полярности. Обычно используют постоянный ток обратной полярности. Если установить прямую полярность дуга будет гореть нестабильно. Если вы хотите использовать не постоянный, а переменный ток, то нужно дополнительно добавить в цепь осциллятор.

Диаметр проволоки выбирается исходя из толщины свариваемого металла. Тут все просто. Чем тоньше металл, тем тоньше проволока. А вот силу сварочного тока нужно устанавливать исходя из диаметра проволоки. Главное понять основной принцип: чем больше сила сварочного тока, тем больше глубина провара и выше скорость сварки. Ниже вы можете видеть таблицу с основными режимами сварки. Используйте эту шпаргалку первое время, а затем учитесь сами подбирать оптимальный режим.

Что касается напряжения дуги, то этот параметр зависит от длины этой самой дуги. Напряжение устанавливают исходя из силы сварочного тока. Здесь тоже достаточно понять основной принцип, чтобы научиться настраивать напряжение. Самое главное правило: чем больше напряжение, тем меньше глубина провара и больше ширина шва. Этой информации уже достаточно для того, чтобы опытным путем выяснить оптимальное напряжение дуги.

Скорость подачи проволоки подбирается опытным путем. Важно, чтоб дуга горела стабильно и при этом проволока равномерно плавилась. Новичкам рекомендуем использовать механизмы с автоматической регулировкой скорости подачи проволоки.

И последний параметр режима сварки — вылет проволоки. Он тоже определяется опытным путем и приходит с опытом. Здесь важно, чтобы вылет не был слишком большим или слишком маленьким. Если вылет будет слишком большой, дуга будет гореть нестабильно и качество шва ухудшится. А если вылет будет слишком маленьким, то вы просто не сможете наблюдать за процессом сварки.

РАСХОД ГАЗА

Во время сварки важно следить за расходом углекислого газа. Если вы варите у себя в гараже, то это делать не обязательно. А вот если вы сварщик на производстве, то просто обязаны следить за расходом. Чтобы определить расход нужно учесть силу тока, тип сварного шва и вылет сварочной проволоки. Теме расхода углекислоты мы посвятили отдельную статью , обязательно прочтите ее.

ВМЕСТО ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов — это несложная, но в то же время эффективная технология. Да, вам придется использовать в работе баллон с газом, а это не всегда удобно. Но если нужно постоянно перемещаться, можно использовать специальную тележку. Она существенно упрощает работу. К тому же, газ стоит дешево (особенно аргон), а качество шва получается отличным.

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.

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.