Режими зварювання вугільними електродами при використанні дуги дотичної дії
| Вид зварювання і матеріали | Товщина зварного елемента, мм | Сила струму, А |
| Зварювання свинцю, мідних листів і сплавів алюмінію | 0,3-0,6 | 15-30 |
| Зварювання нержавіючих сталей, мідних листів і сплавів алюмінію | 1-3 | 25-50 |
| Нагрів металу, паяння твердими припоями, наплавлення твердих сплавів | — | 60-150 |
ЗВАРЮВАННЯ КОНСТРУКЦІЙНИХ СТАЛЕЙ
В СУМІШІ ЗАХИСНИХ ГАЗІВ НА ОСНОВІ АРГОНУ
При механізованому зварюванні вуглецевих і низьколегованих сталей в якості захисного газу широко використовується вуглекислий газ. Але процес зварювання в цьому газі поряд із перевагами має й суттєві недоліки, що обмежують його використання при виготовленні відповідальних металоконструкцій, а також у випадках, коли робота буде атестована міжнародними сертифікаційними організаціями.
Недоліками зварювання у вуглекислому газі є:
- великі втрати електродного металу на розбризкування;
- наявність бризок на поверхні зварних виробів;
- низька якість поверхні шва (нерівності й груба лускатість);
- не завжди задовільні показники механічних властивостей металу шва, особливо ударної в'язкості при мінусових температурах.
Світовий досвід показує, що одним із ефективних шляхів удосконалення механізованого зварювання сталі плавкими електродами в окиснювальних захисних газах є використання сумішей захисних газів замість вуглекислого. З точки зору поєднання високих зварювально-технологічних характеристик та економічних показників найперспективнішими є суміші аргону з окиснювальними газами (кисень, вуглекислий газ): Аr+20-25% С02 і Аr+20-30% С02+3-7% O2. Такі суміші забезпечують оптимальне поєднання зварювально-технологічних характеристик, вартості виконання зварювальних робіт і якості зварних конструкцій.
Необхідно відзначити, що потрійна суміш Аr+СO2+O2 має високий окиснювальний потенціал порівняно з сумішшю Аr+СO2 і забезпечує підвищену стійкість швів проти утворення пop від азоту. Тому її застосовують при зварюванні стиків із збільшеним зазором, металу із слідами окалини, товстого металу на підвищених режимах дротами великого діаметра, а також у тих випадках, коли захист зони зварювання ускладнюється (наприклад, зварювання в монтажних умовах при швидкості вітру не менше 1,3 м/с).
Порівняно із зварюванням у вуглекислому газі, зварювання в аргонових сумішах оптимального складу забезпечує:
– зменшення втрат електродного металу на розбризкування в 3-4 рази;
– зниження трудоємкості при зачищанні основного металу від бризок у 8-10 разів;
– підвищення продуктивності праці зварників на 10-20%;
– можливість використання імпульсно-дугового процесу і технологічних прийомів, які підвищують продуктивність зварюваль них робіт (зварювання на прямій полярності, подовженому вильоті електроду, зварювання на підвищеній швидкості);
– підвищення показників механічних властивостей металу шва. в т. ч. значення ударної в'язкості при мінусових температурах;
– поліпшення санітарно-гігієнічних і екологічних характеристик процесу зварювання.
До недоліків зварювання в аргонових сумішах відносяться підвищене світлове й теплове випромінювання зварювальної дуги та висока вартість сумішей.
Для зварювання практично всіх поширених марок конструкційних низьковуглецевих і низьколегованих сталей в суміші Аr+СO2 і Аr+СO2+O2 можна використовувати стандартний зварювальний дріт Св-08Г2С і Св-08ГС за ГОСТ 2244 або їх закордонні аналоги, які застосовуються для зварювання в СO2. З'єднання конструкційних сталей, зварених у захисних газових сумішах на основі аргону стандартним зварювальним дротом, відрізняються високими показниками механічних властивостей (табл. 9.12). Необхідно відзначити високе значення ударної в'язкості металу шва при мінусових температурах.
Таблиця 9.12
Механічні властивості металу шва і наплавленого металу при
зварюванні дротом Св-08Г2С у суміші Аr+20% СO2
| Основний метал | Зварний струм, А | Напруга на дузі, В | Границя текучості, МПа | Тимчасовий опір розриву, СПа | Відносне видовження, % | Відносне звуження, % | Ударна в’язкість(Шарпі) Дж/см2 при температурі°С | |||
| +20 | -20 | -40 | -60 | |||||||
| Метал шва | ||||||||||
| Ст3сп (S=20 мм) | 280-290 | 26-28 | 423 | 552 | 25,5 | 67,0 | 96 | 70 | 41 | - |
| Ст10ХСНД (S=20 мм) | 290-300 | 28-29 | 559 | 699 | 21,7 | 55,1 | 145 | 76 | 56 | 37 |
| Ст09Г2 (S=25мм) | 300-320 | 29-30 | 490 | 595 | 29,3 | 70,3 | 196 | 135 | 93 | 65 |
| Ст09г2С (S=16мм) | 260-270 | 26-27 | 477 | 596 | 22,0 | 58,6 | 102 | 86 | 73 | 44 |
| Наплавлений метал | ||||||||||
| | 280-290 | 27-29 | 410 | 525 | 33,1 | 69,2 | 170 | 118 | 89 | 68 |
П р и м і т к а . Механізоване дугове зварювання виконували на постійному струмі зворотної полярності дротом діаметром 1,2 мм. Витрати захисного газу становили 16-18 л/хв, виліт електрода — 18-20 мм. Наведені середні значення за результатами випробувань 3-5 зразків.
Досить високі також показники стійкості металу швів, зваренихв аргонових сумішах, проти утворення кристалізаційних тріщин. Використання аргонових сумішей дозволяє досягти високих значень холодостійкості і стійкості проти утворення тріщин металу шва.
Зварювання в сумішах Аr+СO2 і Аr+СO2 +O2 можна виконувати у всіх просторових положеннях із зварювальним обладнанням, апаратурою й джерелами живлення для зварювання у вуглекислому газі. При цьому напруга дуги повинна бути на 2-3 В нижче порівняно із зварюванням у чистому СO2 при такому ж зварювальному струмі і не перевищувати значень, рекомендованих для зварювання у вуглекислому газі.
Технологічні переваги захисних сумішей на основі аргону особливо проявляються при значеннях зварювального струму, які забезпечують струминне перенесення електродного металу. В табл. 9.13 наведені значення критичного зварювального струму, при якому розпочинається струминне перенесення, для різних діаметрів зварного Дроту, полярності струму з використанням імпульсно-дугового процесу зварювання (ІДЗ) у суміші Аr+20% СO2. Суміші на основі аргону дозволяють виконувати зварювання на постійному струмі прямої полярності та одержувати при цьому нормальне формування шва з невеликою часткою участі в ньому основного металу.
Формування швів покращується при зварюванні в сумішах на основі аргону. Висота випуклості шва нижча, чим при зварюванні у вуглекислому газі, валик шва має плавний перехід до основного металу, формується дрібнолуската поверхня шва, за зовнішнім виглядом аналогічна поверхні швів, зварених під флюсом.
Сприятлива форма шва, невисока випуклість і зменшена кількість витрат електродного металу розбризкуванням забезпечують помітне зменшення втрат електродного дроту на одиницю довжини шва. Зварювання в аргонових сумішах, на відміну від зварювання у вуглекислому газі, дає можливість використовувати імпульсно-дуговий процес, при якому проходить дрібнокрапельне перенесення металу з частотою відриву крапель, яка відповідає частоті накладання імпульсів струму.
Дрібнокрапельне перенесення проходить при нижчому середньому значенні зварювального струму порівняно з умовами струминного перенесення електродного металу під час зварювання без нанесення імпульсів.
Застосування імпульсно-дугового процесу дозволяє використовувати дріт одного й того ж діаметра при багатьох варіантах технології зварювання, тоді як при зварюванні без імпульсів застосовують дріт різних діаметрів залежно від товщини металу, який зварюється, просторового положення шва, теплофізичних властивостей металу, який зварюється, та інших показників.
На сьогодні цей процес розвивається в промислово розвинутих країнах, які мають принципово нові імпульсні джерела живлення дуги, за допомогою яких можна створювати імпульси струму довільної форми та амплітуди з плавним регулюванням частоти й довжини імпульсів.
Таблиця 9.13
Значення критичного струму переходу до струминного перенесення
електродного металу при зварюванні в суміші Аr + 20% СО2дротом Св-08Г2С
| Діаметр дроту, мм | Критичний струм зварювання | ||
| зворотна полярність | пряма полярність | ІДЗ | |
| 1,0 | 240 | — | 160 |
| 1,2 | 260 | 350 | 180 |
| 1,4 | 300 | 380 | 210 |
| 1,6 | 340 | 420 | 240 |
| 2,0 | 400 | 460 | - |
Розроблене в ІЕЗ ім. Є. О. Патона джерело імпульсного струму 1-169 за технічними характеристиками не поступається західним зразкам, а за деякими навіть перевершує їх.
Поряд із технологічними й економічними перевагами, зварювання в сумішах газів на основі аргону має також поліпшені гігієнічні та екологічні показники порівняно із зварюванням у вуглекислому газі. Наприклад, у зону дихання зварників і повітря приміщень виділяється менше пилу й токсичних газів. Завдяки зниженню рівня шкідливих викидів при зварюванні крім соціального ефекту (зменшення захворювання робітників) з'являється можливість зниження інтенсивності загальнообмінної та місцевої вентиляції, тобто зменшення встановлених потужностей вентиляційних установок і затрат на електроенергію та їх обслуговування.
Найбільший техніко-економічний ефект досягається при зварюванні в сумішах:
– конструкцій, які за технічними умовами не повинні мати приварених бризок металу;
– конструкцій, призначених для експлуатації в умовах низьких температур і динамічних навантажень;
– багатопрохідних швів товстолистового металу;
– вузлів і з'єднань на автоматизованих установках і лініях.
Висока якість зварних швів і з'єднань, яка досягається за рахунок застосування зварювання в аргонових сумішах, дозволяє з мінімальними затратами атестувати продукцію за нормами міжнародних сертифікаційних установ.
Склад сумішей (подвійна чи потрійна) вибирають залежно від того, який газ (аргон чи суміш Аr+O2) виробляють на заводі. Це стало можливим завдяки тому, що на металургійних і хімічних підприємствах України були введені в дію потужні повітророзподільні установки. На цих установках одночасно з киснем і азотом виробляли велику кількість побічного продукту — газу аргону або аргоно-кисневу суміш у газоподібному й зрідженому вигляді. Значну кількість цих газів можна використати у зварювальному виробництві.
ЗВАРЮВАННЯ ПОРОШКОВИМ ДРОТОМ
Зварювання порошковим дротом виконують у вуглекислому газі, під флюсом, а також відкритою дугою без додаткового захисту зварної ванни. Зварювання відкритою дугою застосовують у випадках, коли не можна використати механізовані способи зварювання під флюсом або у вуглекислому газі.
Зварювання порошковим дротом проводять на постійному струмі зворотньої полярності. Джерела живлення повинні мати Жорсткі характеристики.
При зварюванні порошковим дротом у поєднанні з додатковим захистом вуглекислим газом можна добре розкиснити новий метал зварної ванни, за допомогою шлаку знизити вміст у шві газових пop. Шов буде мати високі пластичні властивості при плюсових і мінусових температурах.
Порошковим дротом можна зварювати шви стикових, кутових, таврових напусткових з'єднань з розробкою та без розробки кромок. Поверхні, які зварюються, повинні бути зачищені від бруду, масла, іржі.
Прихватки виконують якісними електродами або ж порошковим дротом
Режим зварювання
Параметри режиму зварювання порошковим дротом такі ж як і при зварюванні у вуглекислому газі. Діаметр дроту і силу зварювального струму встановлюють залежно від товщини металу, який зварюється, необхідної кількості шарів шва та положення шва у просторі. Швидкість подачі дроту залежить від величини зварювального струму, напруги дуги, діаметра і марки порошкового дроту.
Виліт електрода знаходиться в прямій залежності від діаметра дроту. При збільшенні діаметра дроту від 1,4 до 3 мм збільшується виліт електрода від 7-10 мм до 20-25 мм. Вплив режимів зварювання на геометричні розміри й форми шва такі ж, як і у вуглекислому газі.
Орієнтовні режими зварювання низьковуглецевої сталі порошковим дротом ПП-АНІ відкритою дугою шланговим напівавтоматом А-765 наведені в табл. 9.14.
Таблиця 9.14
Орієнтовні режими зварювання низьковуглецевих сталей відкритою дугою порошковим дротом ПП-АНІ
| Положення шва в просторі | Діаметр порошкового дроту, мм | Напруга дуги, В | Сила зварювального струму, А | Швидкість зварювання, м/год | Виліт електрода, мм |
| Нижнє | 2,5 | 22-25 | 250-270 | 12-14 | 10-20 |
| | 3,0 | 23-25 | 300-330 | 12-16 | 15-20 |
| Горизонтальне | 1,8 | 20-23 | 220-250 | 14-20 | 10-15 |
| | | | | | |
| | 2,0 | 22-25 | 240-270 | 16-20 | 12-18 |
| | 2,5 | 23-26 | 270-320 | 16-22 | 15-20 |
| Вертикальне: | | | | | |
| зверху вниз | 1,6 | 19-21 | 180-200 | - | 10-15 |
| знизу вверх | 1,6 | 20-21 | 160-180 | - | 10-15 |
| знизу вверх | 2,0 | 20-22 | 140-170 | - | 10-15 |
Техніка зварювання
Техніка напівавтоматичного зварювання порошковим дротом аналогічна техніці напівавтоматичного зварювання у вуглекислому газі. Вона мало відрізняється від техніки ручного дугового зварювання, але вимагає певних навиків при зварюванні порошковим дротом різних марок.
Зварювання ведеться короткою дугою, тому що при збільшені її довжини збільшується розбризкування рідкого металу, погіршується його захист від кисню та азоту повітря, в дроті зростає вигоряння елементів, що призводить до утворення пopу наплавленому металі. Якщо дуга дуже коротка, падає напруга, що призводить до незадовільного формування шва і появи шлакових включень.
Особливу увагу слід приділяти вильоту електрода. При його зменшенні мундштук сильно забризкується, до нього приварюється дріт, а у шві утворюються дефекти.
При збільшенні вильоту електродів осердя дроту перегрівається, що призводить до передчасного вигоряння газоподібних складових і до утворення пористості шва. Необхідно слідкувати, щоб шлак не затікав наперед дроту, тобто дріт повинен переміщуватися по краю зварної ванни.
Коливальні рухи електрода залежать від товщини металу й ведуться за витягнутою спіраллю або «змійкою». Допускається нахил уперед або назад до 15-20°. При зварюванні кутових швів електрод нахиляють на кут 30-40° до вертикалі.
ЗВАРЮВАННЯ САМОЗАХИСНИМ ДРОТОМ
Зварювання дротом суцільного перерізу без додаткового захистурозроблено для виконання монтажних робіт у заводських умовах, коли зварювання у вуглекислому газі застосовувати не можливо.
При зварюванні відкритою дугою звичайним дротом проходить вигорання легуючих елементів і насичення металів газами.
При використанні самозахисного дроту вигоряннякомпенсується за рахунок підвищеного вмісту легуючих елементів удроті.
Для зварювання у всіх просторових положеннях на будівельнихмайданчиках, при спорудженн ібурових платформ, барж і для зварювання неповоротних стиків труб підприємства змушені булизакупляти самозахисний порошковий дріт за кордоном за порівняновисокими цінами, оскільки вітчизняна промисловість не випускаласамозахисний дріт малого діаметру.
Тому в ІЕЗ ім. Є. О. Патона було створено самозахисний дріт марки ПП-АН60 діаметром 1,2-1,6 мм для зварювання у всіхпросторових положеннях конструкцій з вуглецевих і низьколегованих сталей. Механічні властивості дроту не поступаються зарубіжним аналогам. Він забезпечує високу міцність і ударну в'язкість зварних з'єднань при низьких температурах. Крім того, він забезпечує відмінне відокремлення шлакової кірки, правильну форму швів, дозволяє проводити зварюванняметалоконструкцій в умовах монтажного майданчика у всіхпросторових положеннях.
При зварюванні спостерігається незначне розбризкуванняметалу і незначне виділення аерозолі. Дріт пройшов комплексневипробування на підприємствах України.
До легуючих елементів відносяться алюміній, титан, церій, цирконій, селен, лантан. Вони зв'язують кисень і азот у стійкінеметалев івключення, які майже не вп ливають на зниженняпластичності й в'язкості металу.
Для підвищення стабільності процессу зварювання до дроту додають церій, залишки якого в шві (сліди) підвищуютьпластичність і в'язкість металу.
Легованим дротом суцільного перерізу за допомогою відкритої дуги можна зварювати метал, покритий окалиною, незначнимналітом іржі, слідами масла.
Підготовка кромок металу, складання, техніка зварювання, продуктивність аналогічна зварюванню у вуглекислому газі. Зварювання виконують на постійному струмі прямої та зворотноїполярності. Орієнтовні режими наведено в табл. 9.15.
Орієнтовні режими механізованого зварювання самозахисним дротом суцільного перерізу Св-15ГСТЮЦА
| Товщина металу, мм | Діаметр дроту, мм | Положення шва в просторі | Зварювальний струм,А | Напруга дуги, В |
| ≥2 | 1,0 | У всіх положеннях | 150-170 | 23-25 |
| ≥4 | 1,2 | Те ж | 170-190 | 23-25 |
| | 1,6 | Нижнє, вертикальне, горизонтальне | 180-220 | 23-25 |
| ≥6 | 2,0 | Нижнє | 260-300 | 27-29 |
Недоліком застосування цього способу зварювання є те, що зовнішній вигляд шва гірший, він покритий товстою плівкою оксидів, які щільно зчеплені з його поверхнею.
1 2 3 4 5