конспекти уроків: ЗВАРЮВАННЯ В ЗАХИСНИХ ГАЗАХ
КЛАСИФІКАЦІЯ СПОСОБІВ ЗВАРЮВАННЯ В ЗАХИСНИХ ГАЗАХ
Дугове зварювання в захисних газах — це зварювання, при якому дуга й розплавлений метал знаходяться в захисному газі, який подається в зону зварювання за допомогою спеціальних пристроїв. Цей вид зварювання широко застосовують при виготовленні машинобудівельних і будівельних конструкцій.
Основні переваги зварювання в захисних газах:
– висока продуктивність (у 2,5 рази вища порівняно з ручним дуговим зварюванням покритими електродами), низька вартість при використанні активних захисних газів;
– простота механізації та автоматизації;
– можливість зварювання в різних просторових положеннях;
– мала зона термічного впливу й відносно невеликі деформації виробу внаслідок високого ступеня концентрації дуги;
– висока якість захисту, немає потреби захищати шов при багатошаровому зварюванні;
– доступність процесу зварювання металу різної товщини (від десятих часток міліметра до десятків міліметрів), можливість спостереження за утворенням шва.
– висока якість зварних металів та їх сплавів різної товщини;
– відсутність операцій з засипання й прибирання флюсу та видалення шлаку.
Недоліки зварювання в захисних газах:
– відкрита дуга, що підвищує небезпеку ураження зору світловим випромінюванням;
– потреба захисту зони зварювання від протягу (при струминному захисті), що утруднює зварювання в монтажних умовах на відкритому повітрі;
– втрати металу на розбризкування, наявність газової апаратури, в деяких випадках необхідність водяного охолодження пальників.
Існує багато видів дугового зварювання в захисних газах які можна класифікувати за найсуттєвішими ознаками.
СХЕМИ ЗВАРЮВАННЯ В СЕРЕДОВИЩІ ЗАХИСНИХ ГАЗІВ
Зварювання в захисних газах можна виконувати неплавкимвольфрамовим або плавким електродом. У першому випадку зварний шов одержують за рахунок розплавлений кромок виробу, і якщо необхідно — за рахунок дроту, який подається в зону дуги.
Плавкий електрод у процесі зварювання розплавляється і формує шов. Для захисту застосовуються гази трьох груп: інертні (аргон, гелій); активні (вуглекислий газ, азот, водень та ін.); суміші інертних й активних газів. Вибір захисного газу визначається хімічним складом зварного металу, вимогами щодо властивостей зварного з'єднання, економічністю процесу та іншими факторами. Захисний газ у зону зварювання може подаватися центрально, а при підвищених швидкостях зварювання — плавким електродом збоку.Для економії витрат дефіцитних і дорогих інертних газів використовується захист двома роздільними потоками газів;зовнішній потік — вуглекислий газ.
При зварюванні активних матеріалів для запобігання контакту повітря не тільки з розплавленим, але й з нагрітим твердим металом, застосовують видовжені насадки на сопла. Надійний захист досягається при розташуванні виробу в стаціонарних камерах, заповнених захисним газом.
Основними різновидами зварювання є зварювання у вуглекислому газі та аргоно дугове зварювання.
Залежність методу зварювання, захисного газу і роду струму від металів, які зварюються, та їх товщини
| Метал, який зварюється | Орієнтовна товщина металу, мм | Найпоширеніша галузь застосування в будівництві й монтажі | Зварювання | Захисний газ | Струм |
| Вуглецеві та низько-леговані сталі | Більше 1 | Решітчасті й листові конструкції, трубопроводи та монтажні шви негабаритної апаратури | Автоматичне, напівавтоматичне плавким електродом | Вуглекислий газ, суміші вуглекислого газу з киснем до 30%, суміші аргону з вуглекислим газом (90+10%), аргон 2-го сорту | Постійний зворотної полярності |
| | 0,5-3 | Тонколистові конструкції й труби | Автоматичне, напівавтоматичне й ручне вугільним електродом | Вуглекислий газ | Постійний прямої полярності |
| | | Листові конструкції з матеріалу товщиною до 3 мм, трубопроводи | Ручне й механізоване неплавким електродом | Нержавіючі: аргон 2-го сорту, гелій, суміш аргону й гелію. Жароміцні: аргон 1-го сорту, гелій | Постійний прямої полярності та змінний |
| Нержавіючі й жароміцні сталі | 1 і більше | Листові конструкції, трубопроводи та монтажні шви негабаритної апаратури | Автоматичне й напівавтоматичне плавким електродом | Нержавіючі: аргон 2-го сорту, гелій, вуглекислий газ, суміш аргону й вуглекислого газу (90+10%). Жароміцні: аргон 2-го сорту, гелій | Постійний зворотної полярності |
| Мідь і її сплави | 0,5 і більше | Листові конструкції і трубопроводи | Ручне й механізоване неплавким електродом | Аргон 2-го сорту | Постійний прямої полярності та змінний |
| | 3 і більше | | Автоматичне й напівавтоматичне плавким електродом | Аргон 2-го сорту, гелій, азот, суміш аргону і азоту (20-30%) | Постійний зворотної полярності |
| Метал, який зварюється | Орієнтовна товщина металу, мм | Найпоширеніша галузь застосування в будівництві й монтажі | Зварювання | Захисний газ | Струм |
| Алюміній та його сплави | 0,5 і більше | Решітчасті й листові конструкції, трубопроводи та монтажні шви негабаритної апаратури | Ручне і механізоване неплавким електродом | Аргон 1 -го сорту | Змінний |
| | 2 і більше | | | | |
| Автоматичне і напівавтоматичне неплавким електродом | Аргон 1-го і 2-го сорту, суміш аргону і гелію (35+65%) | Постійний зворотної полярності | | | |
| Титан та його сплави | 0,5 і більше | Листові конструкції, трубопроводи й монтажні шви негабаритної апаратури | Ручне і механізоване неплавким електродом | Аргон вищого сорту | Постійний прямої полярності |
| | 3 і більше | Листові конструкції, монтажні шви не-габаритної апаратури | Автоматичне і напівавтоматичне плавким електродом | Аргон вищого й першого сорту | Постійний зворотної полярності |
Зварювання вольфрамовим електродом на постійному струмі прямої полярності застосовують практично для всіх металів крім легкоплавких - алюмінію, магнію, берилію та їх сплавів. На прямій полярності забезпечується краща стабільність дуги, незначні витрати вольфрамового електроду та можливість зварювання на великому струмі.
При зварюванні на зворотній полярності погіршується стійкість горіння дуги, підвищуються втрати вольфраму.
Але дуга зворотної полярності має й позитивні властивості:
– добре очищає поверхню металу, який зварюється, від оксидів і забруднень;
– позитивні важкі іони аргону, що утворюються під дією електричного поля, рухаючись від електрода (+) до виробу (-), руйнують оксидну плівку і забруднення.
Це явище називається катодним розпиленням.
Зварювання на змінному струмі використовується для зварювання легкоплавких металів — алюмінію, магнію, берилію та їх сплавів. При цьому досягається видалення оксидної плівки, що активно утворюється на поверхні цих металів і має температуру плавлення значно вищу від температури плавлення металу. Явище катодного розпилення спостерігається, коли виріб стає катодом.
Через зміну полярності вольфрамовий електрод не перегрівається, використовується струм значної величини. Тому цей метод ефективно використовується для легкоплавких металів.
Зварювання плавким електродом на постійному струмі зворотної полярності використовується внаслідок високої стабільності дуги. В якості захисних газів використовуються інертні, активні або їх суміші. Гази вибираються залежно від металу, який зварюється, його товщини й вимог, які ставляться до зварного з'єднання. На стабільність горіння дуги, форму та розмір шва впливають матеріал і діаметр електрода, склад захисного газу та інші фактори.
ПІДГОТОВКА КРОМОК ТА ЇХ СКЛАДАННЯ ПІД ЗВАРЮВАННЯ. ШВИ ЗВАРНИХ З'ЄДНАНЬ
Способи підготовки кромок під зварювання (механічні, газовим різанням тощо) такі ж, як і при інших методах зварювання.
Метал для виготовлення зварних конструкцій попередньо випрямляють, розмічають, розрізають на окремі деталі, при потребі виконують розробку кромок відповідно до ГОСТу Підготовка кромок під зварювання включає очищення від іржі, окалини, пилу, масла. Очищення здійснюють стальними щітками, гідропіскоструминним і дробометними способами, абразивними кругами, полум'ям зварювального пальника, протравленням у розчинах кислот або лугів.
Основні типи й конструктивні елементи швів зварних з'єднань із сталей, сплавів на залізонікелевій і нікелевій основах, виконаних дуговим зварюванням у захисному газі, регламентовані ГОСТом 14771-76 «Дугове зварювання в захисному газі. З'єднання зварні». Цим стандартом передбачено чотири типи з'єднань: стикові при зварюванні металу товщиною від 0,5 до 120 мм; кутові при зварюванні металу товщиною від 0,5 до 100 мм; таврові при зварюванні металу товщиною від 0,5 до 100 мм; напускові при зварюванні металу товщиною від 0,8 до 60 мм. Залежно від форми підготовки кромок і товщини зварних деталей шви бувають: із відбортуванням кромок, без скосу кромок, із прямим, ломаним, ступеневим або криволінійним скосом однієї або двох кромок з однієї або з двох сторін з'єднання. За характером виконання шва вони можуть бути одно- й двобічними. Однобічні можуть виконуватися «на вазі» та на різного роду підкладках — мідно-флюсовій, тимчасовій сталевій і такій, що залишається.
Стандартом встановлено такі позначення способів зварювання:
ІН — в інертних газах неплавким електродом без присаджувального металу;
ІНп — в інертних газах неплавким електродом із присаджувальним металом;
ІП — в інертних газах та їх сумішах із вуглекислим газом і киснем плавким електродом;
ВП— у вуглекислому газі та його суміші з киснем плавким електродом.
Конструктивні елементи підготовлених кромок і виконаних швів для деяких типів з'єднань наведено в табл. 9.2.
Вид розробки кромок та їхні геометричні розміри повинні відповідати ГОСТу 14771-69 або технічним умовам щодо виготовлення виробу. При напівавтоматичному зварюванні плавким електродом можна отримати повний провар без розробки кромок і без зазору між ними при товщині металу до 8 мм. При зазорі або розробці кромок повний провар досягається при товщині металу до 11 мм при зварюванні у вуглекислому газі багатошарових швів. Перед накладанням наступного шару поверхню попереднього старанно зачищають від бризк і шлаку. Для зменшення забризкування поверхні деталі покривають спеціальними препаратами: UFO-1 спрей, «Захист-1». Деталі складають за допомогою струбцин, клинів, скоб або прихваток.
СПОСОБИ РЕГУЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ДУГИ
Для стійкого горіння зварювальної електричної дуги необхідно забезпечити рівність швидкостей плавлення електроду Ueі подачі його в зону дуги Un, що досягається по одному з трьох варіантів:
– саморегулювання дуги. Обов'язковою умовою цього варіанту регулювання є постійність швидкості подачі електроду (Un). Зміна швидкості подачі можлива при налагоджувані апарата перед роботою шляхом зміни шестерень приводу механізму подачі або за допомогою механічного варіанту в процесі роботи;
– регулювання напруги дуги або зварювального струму, а відповідно й швидкості плавлення електрода, зміною швидкості його подачі або зміною електричних параметрів зварювальної мережі -напруга (ЕРС) джерела живлення дуги, або опору мережі;
– регулювання відразу двох електричних параметрів - напруги дуги та зварювального струму при одночасній дії на них.
Два останні варіанти передбачають в обов'язковому порядку змінну швидкість подачі електрода Unі використовують властивості статичних характеристик джерел живлення зварної мережі та характеристики електричної дуги.
КЛАСИФІКАЦІЯ ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ
МЕХАНІЗОВАНОГО ЗВАРЮВАННЯ
Для механізованого зварювання використовується обладнання, яке можна класифікувати за такими ознаками:
– вид зварювання (дугове, газове, електрошлакове, контактне, ультразвукове, холодне тощо);
– метод зварювання (електродугове під флюсом, електродугове в активних та інертних газах, електрошлакове пластинчатим електродом тощо);
– ступені механізації зварювального процесу (автоматичний
або напівавтоматичний);
– можливості переміщення апарата (самохідні або стаціонарні). Самохідні поділяють на такі, що переміщуються по спеціальних направляючих (самохідні головки), або безпосередньо по виробу, що зварюється (зварювальні трактори);
– виду зварювального електроду (плавкий і неплавкий);
– способу регулювання електричної дуги;
– кількості і виду електродів (дротяний, стрічковий, з плавким мундштуком, плавкий або неплавкий);
– способу формування металу шва (вільне, примусове).
В одному зварювальному апараті можливі поєднання різних кваліфікаційних ознак однієї й тієї ж групи. Наприклад, напівавтомат для зварювання під флюсом може використовуватися й при зварюванні в захисних газах; одноелектродний апарат без суттєвої зміни трансформується в двоелектродний і т. д.
Апарати з постійною швидкістю подачі електрода відрізняються простотою конструкції та надійні в експлуатації, що надає їм значних переваг. До їх недоліків відноситься нестабільність роботи при значних коливаннях напруги в мережі живлення зварювального кола.
Як правило, всі зварювальні напівавтомати оснащені механізмами з постійною швидкістю подачі електрода. На ВАТ «Завод Електрик» освоєно виробництво компактних і мобільних напівавтоматів ПДГ-165-1, ПДГ-2010 і ПДГ 2510 для зварювання в СО2 і сумішах захисних газів Ar+ СО2. Напівавтомати оснащені подаючим пристроєм із двома роликами.
Напівавтомат ПДГ-2510 укомплектований подаючим пристроєм, який має чотири ролики, що забезпечує безперервну подачу як суцільного так і порошкового дроту. Всі напівавтомати мають плавне регулювання і стабілізацію подачі дроту, надійні в роботі, прості в обслуговуванні, забезпечують легке запалювання дуги (табл. 9.3.).
Таблиця 9.3
1 2 3 4 5