книги из ГПНТБ / Котвицкий, А. Д. Сварка в среде защитных газов учебное пособие

А . Д . К о т в щ к а й

Сварка в среде защитных газов

Одобрено Ученым советом Государственного ко­ митета Совета Министров, СССР по профессио­ нально-техническому образованию в качестве учебного пособия для курсов инструкторов по внедрению в народное хозяйство передовых

методов сварки

МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1974

---- Рой ПУЬЛИМНаЛ “

6П4.3

К73 w-тчШ-

/

Котвицкий А. Д.

К73 Сварка в среде защитных газов. Учеб, пособие для курсов инструкторов по внедрению в народное хозяйство передовые методов сварки. М., «Высш.

школа», 1974.

222 с. с ил.

В книге изложены основные способы дуговой сварки и резки ме­ таллов в среде защитных газов, описаны технология и аппаратура, дана классификация этой аппаратуры, приведены краткие сведения о материалах н газах, применяемых при этом методе сварки. В книге описаны также другие газоэлектрические способы обработки металлов. Параграф «Неплавящнеся электроды» написан инж. А. А. Никитиным.

© Издательство «Высшая школа», 1974

Н. Н. Бенардос возбуждал дугу между угольным электродом и изделием, разогревал и проплавлял изде­ лие, а со стороны вводил присадочный металл (рис. 1). После охлаждения металла образовывалось прочное не­ разъемное соединение — шов. Бенардос показал, что в сварочных процессах участвует воздух, который оказыва­ ет вредные воздействия на металл. Он предложил защи­ тить зону сварки газом, который бы не оказывал вредного воздействия на металл шва, какое оказывают кислород и азот воздуха.

Идеи Н. Н. Бенардоса получили дальнейшее развитие в работах Н. Г. Славянова, который в 1888 г. усовершен­ ствовал способ сварки, предложенный Н. Н. Бенардосом, заменив угольный электрод плавящимся металлическим электродом. Славянов ввел обмазку электрода, что резко повысило устойчивость горения дуги. Ему же принадле­ жит первая попытка автоматизировать процесс дуговой сварки, что в дальнейшем привело к разработке процес­ са автоматической сварки под слоем флюса.

Однако идея Н. Н. Бенардоса выполнять сварку в по­ токе защитных газов, не допускающих воздействия воз­ духа на расплавленную сварочную ванну, не была осу­ ществлена при его жизни. Открытию первого способа дуговой сварки в среде защитного газа способствовало изучение процессов, происходящих в сварочной дуге, тре­ бований к ней, разработка источников питания сварочной дуги, которым посвятили свои исследования В. Н. Ники­ тин, К. К. Хренов, Г. М. Тиходеев, А. А. Алов и др.

4

В 1934—1935 гг. началось изучение дуги, горящей в защитных газах — водороде, аргоне и др., которыми ме­ талл шва защищался от вредного влияния азота и кисло­ рода воздуха. На первых порах исследовались восстано­ вительные газы (например, водород) или нейтральные (инертные по отношению к металлу), не участвующие в химических или металлургических процессах. В этом на­ правлении были проведены работы С. Г. Сарафановым, Г. Б. Евсеевым, Л. Н. Кушнаревым и др., посвященные исследованию процесса атомно-водородной сварки. Но­ вый способ позволил производить высококачественную сварку легированных сталей и сплавов, некоторых цветных металлов гг стал широко применяться в различ­ ных отраслях промышленности.

Вначале второй мировой войны стала применяться сварка неплавящимся электродом (угольным или вольф­ рамовым) в среде инертных газов: аргоне, гелии и их смесях. Развитию этого способа способствовало то, что научились получать инертные газы (аргон, гелий) высокой чистоты. Это дало возможность сваривать алю­ миниевые, магниевые сплавы, титан и другие активные металлы.

В1948 г. в СССР и других странах был применен высокопроизводительный способ сварки плаЛпцимся электродом в инертных газах. Использование тонкой электродной проволоки (диаметром 1—2,5 мм) и боль­ ших плотностей тока (75—200 А/мм 2 и более) дало воз­ можность повысить производительность и эффективность этого процесса.

Полуавтоматическая сварка в защитных газах плавя­ щимся электродом позволяет сочетать маневренность ручной сварки с производительностью автоматической сварки под флюсом. Однако применение инертных газов для сварки самых распространенных в промышленности низкоуглеродистых сталей затруднялось пористостью швов, неустойчивым характером переноса металла в

дуге, сравнительно высокой стоимостью газов, а также невысоким качеством швов (значительная по­

А. В. Петровым в результате добавки к аргону около 5% кислорода.

5

ВСоветском Союзе сварка плавящимся электродом

винертных газах широко используется при изготовлении конструкций из цветных металлов, высоколегированных

инизколегированных сталей.

В1950—1952 гг. в ЦНИИТмаше К. В. Любавским

иН. М. Новожиловым впервые был разработан способ сварки сталей плавящимся электродом в атмосфере углекислого газа. При сварке этим способом низкоугле­ родистых, низколегированных и высоколегированных ста­ лей можно получать плотные беспористые швы. Особен­ ностью этого способа является то, что окислительные свойства углекислого газа компенсируются наличием в электродной проволоке элементов раскислителей— кремния и марганца. Применение тонких электрод­

ных проволок позволило улучшить перенос металла

вдуге, значительно повысить производительность про­ цесса.

Бодьшую роль в быстром и широком развитии сварки

вуглекислом газе и внедрении ее в производство сыграл Институт электросварки имени Е. О. Патона АН УССР. Здесь были успешно проведены исследования характери­ стики источников тока для сварки в углекислом газе, разработаны новые типы аппаратов и выпрямителей для сварки «гонкой электродной проволокой. В этой области работали И. И. Заруба, Б. С. Касаткин, Н. И. Каховский, А. Г. Потапьевский и др. В 1954—1956 гг. советский ме­ тод сварки в углекислом газе начинает применяться в США, Канаде, Англии, ГДР, ФРГ и других странах.

В1958—1959 гг. Л. С. Сапиро предложил вести свар­ ку плавящимся электродом в среде водяного пара. Этот способ имеет ограниченное применение вследствие силь­ ных окислительных свойств водяного пара, повышенной насыщенности металла шва водородом и кислородом. Однако он дал большой экономический эффект при за­ варке дефектов стального литья, при этом прочность металла шва достигает 40—42 кГ/мм2.

Нашими учеными внесен большой вклад в изучение процессов газоэлектрической сварки, удешевление про­ цесса сварки, повышение его производительности. В 1962—1963 гг. В. И. Дятловым доказана целесообраз­ ность сварки плавящимся электродом в среде азота нержавеющих аустенитных сталей. Ведутся поиски все, более дешевых и доступных защитных газов для сварки. Для высококачественной сварки цветных металлов ши­

6

Г л а в а !

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДУГОВОЙ СВАРКИ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ

§ 1. ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ

Х а р а к т е р и с т и к а п р о ц е с с а с в а р к и в з а ­ щ и т н ы х г а з а х . При сварке голой электродной про­ волокой в атмосфере воздуха получаемый металл шва обладает неудовлетворительными качествами из-за отри­ цательного влияния азота и кислорода на пластичность и вязкость металла.

Однако легирование металла шва можно выполнять только электродной проволокой. При этом в качестве защиты шва от воздействия кислорода и азота воздуха служит защитный газ. В некоторых случаях, чтобы от­ теснить в процессе сварки воздух от сварочной ванны, в обмазку или флюс вводят газообразующие компоненты (крахмал, целлюлоза, мел, мрамор и др.). Однако этот способ газовой защиты не относится к газоэлектрической дуговой сварке.

К способам дуговой сварки в с р е д е з а щ и т н ы х г а з о в (для краткости называют «в защитных газах») относятся такие, при которых электрическая дуга горит в среде защитного газа, предохраняющего расплавлен­ ный металл от воздействия кислорода и азота окружаю­

влиять на дуговой разряд, изменять температуру столба дуги, перенос металла в дуге, устойчивость дуги и т. п.

Академиком К. К. Хреновым определена зависимость температуры дуги от п о т е н ц и а л а и о н и з а ц и и .

TCT— S\0Uh

где Гст — температура столба дуги в градусах Кельвина;

8

Действительные зависимости более сложны, а опреде­ ление температуры по ним также не отличается высокой точностью.

Атом или молекула газа находится в нейтральном со­ стоянии. Чтобы их ионизировать (т. е. разложить на по­ ложительно и отрицательно заряженные частицы ионы), необходимо затратить определенную энергию. Только в ионизированном газовом промежутке может переносить­ ся заряд с электрода на металл или обратно. Это и является основным условием существования дугового разряда. Наименьшие потенциалы однократной иониза­

Данные табл. 1 показывают, что более высокую тем­ пературу дуги можно получить при наличии в дуге элементов с большим потенциалом ионизации. Напри­ мер, в среде гелия можно получить температуру дуги 19 600° К, так как его потенциал ионизиции самый боль­ шой. Пары металлов и твердых элементов, имеющих низкий потенциал ионизации, понижают температуру дути. Так как дуговой промежуток не может быть полно­ стью заполнен парами металлов или твердых элементов, то в таблице условно приведена расчетная температура только для железа.

9