3.2.5. Сварка в среде инертных газов
Сварка в среде инертных газов производится неплавящимся воль-фрамовым электродом или плавящимся электродом, по химическому составу близким к составу свариваемого металла; она осуществляется вручную, полуавтоматически или автоматически. Этот вид сварки удобен для выполнения сварных соединений в любых пространственных положениях, легко поддаётся механизации, позволя-ет наблюдать за сварочной ванной в процессе работы, имеет доволь-но высокую производительность, достигающую при ручной сварке 40-50 м/ч, а при автоматической - 200 м/ч.
При ручной дуговой сварке в среде инертного газа (рис. 3.14, а) кромки свариваемого изделия и присадочного металла расплавляются дугой, горящей между неплавящимся электродом и изделием. Дуга, сварочная ванна, торец присадочной проволоки и кристаллизующийся шов защищены от воздуха инертным газом, подаваемым в зону сварки горелкой.
Принципиальная схема поста, рабочее место и горелка для руч-ной дуговой сварки в среде инертных газов показаны на рис. 3.14 — 3.16. В состав оборудования для ручной сварки постоянным током входят: источник сварочного тока, сварочная горелка, устройство возбуждения сварочной дуги, аппаратура управления сварочным циклом и газовой защитой. Сварочную горелку перемещают и подают присадочную проволоку в зону горения дуги вручную.
Полуавтоматическая сварка. Этот процесс перспективен для свар-ки изделий из легированных нержавеющих сталей с криволинейными и короткими швами, особенно в монтажных условиях.
Рис. 3.14. Схема процесса и постов для ручной дуговой сварки в среде инертных газов на постоянном и переменном токе: а - схема процесса сварки [7 - сопло горелки; 2 – W-электрод; 3 - электрическая дуга; 4 - присадок; 5 - сварной шов; 6 - основной металл; 7 - сварочная ванна]; б - сварка на постоянном токе [7 -горелка; 2 - ротаметр; 3 - редуктор; 4 -сварочный источник постоянного тока;
5 - шунт]; 6 - балластный реостат; в - сварка на переменном токе [7 - редуктор-расходомер (регулятор); 2 - шунт; 3 - трансформатор тока; 4 - сварочный трансформатор; 5 - осциллятор; 6 - балластный реостат; 7 - горелка]
Принципиальная схема держателя полуавтомата приведена на рис. 3.17.
В процессе сварки горелка опирается на механически подаваемую от редуктора присадочную проволоку и перемещается в результате ее отталкивающего действия. Это обеспечивает равномерную скорость сварки, равную скорости подачи проволоки. Сварка может выполняться в нижнем горизонтальном и вертикальном положениях стыковых соединений.
Автоматическая сварка осуществима без присадочного материала и с присадочным материалом
Односторонняя сварка неплавящимся электродом встык без разделки кромок, без гарантированного зазора, без присадки, а также без применения приемов увеличения глубины проплавления может быть выполнена с полным проваром при толщине не более 5 мм. Процесс сварки без присадочного материала чрезвычайно прост и получил достаточно широкое распространение. Образование сварочного шва без присадки происходит за счет расплавления стыкуемых кромок. Свариваемые заготовки собираются без зазора.
Процесс автоматической сварки с присадочной проволокой получил широкое распространение для соединения заготовок толщиной более 1,5 мм. Присадочная проволока подается с заданной скоростью, которая регулируется в достаточно широких пределах.
состав оборудования для автоматической
сварки входят: сварочная головка,
устройство для перемещения сварочной
головки или изделия, аппаратура управления
механизмами автомата (рис. 3.18).
Рис. 3.16. Ручная горелка для сварки неплавящимся вольфрамовым электродом и её составные части: а - ручная горелка [1 - корпус; 2 - тыльный колпачок; 3 - кнопка управления; 4 - укоятка; 5 -резиновый рукав; 6- провода управления; 7- газовый рукав; 8 - токоподводящий провод; 9 - сопло]; б - составные части [1- W электрод; 2 - сопло; 3 — цанга; 4 - корпус; 5 - тыльный колпачок]
Простейшая сварочная головка включает в себя сварочную горелку и устройства для установочных перемещений горелки (настройка на шов, установка длины дуги, рис.3.18, б).
Сварочная головка содержит и другие функциональные узлы, например механизм для подачи присадочной проволоки, механизмы для установочных перемещений мундштука для подвода присадки к
Рис. 3.17. Схема процесса полуавтоматической сварки:
1 - вольфрамовый электрод; 2 - присадочная проволока
Рис. 3.18. Схема сварочной головки Т451.01.01.000:
1 - горелка; 2 - механизм подачи; 3 -привод; 4 - подвеска; 5 - кассета; 6 -тормозное устройство; 7 – суппорт двухкоординатный; 8 - коррекгор; 9 -подвеска
сварочной ванне, устройство для колебания горелки поперек стыка (колебатель); автоматический регулятор напряжения на дуге.
Головка может быть самоходной, устанавливаться на самоходную тележку-трактор (автомат тракторного типа) или укрепляться неподвижно, если сварочное движение осуществляется изделием (подвесная головка). На самоходных головках устанавливается привод перемещения вдоль линии сварки. Автоматы могут быть снабжены системами слежения за линией стыка изделия.
Источниками сварочного тока при сварке в среде инертных газов служат выпрямители, преобразователи и трансформаторы.
Качество защиты нагретого и расплавленного металла при сварке зависит не только от вида защитного газа, но и от способа защиты. В производстве сварных конструкций находят применение три основных способа защиты свариваемого узла или зоны сварки от взаимодействия с воздухом: общая защита, местная защита и струйная защита.
При общей защите свариваемый узел полностью помещают в камеру, которую затем вакуумируют до разрежения 10~2Па (для удаления воздуха) и заполняют защитным газом (рис. 3.19). При работе сварщик
Рис. 3.19. Схема выполнения ручной аргонодуговой сварки в камере с контролируемой атмосферой
находится вне камеры и выполняет работу или вручную, пользуясь рукавами-перчатками (см. рис. 3.19), соединенными с корпусом камеры, или автоматически (дистанционное управление). Камеры с общей защитой всего узла наиболее надежно защищают нагретый и расплавленный металл от взаимодействия с воздухом. Основные недостатки этих камер — ограниченный объем и относительная сложность эксплуатации.
Для изготовления крупногабаритных конструкций находят применение обитаемые камеры с инертной атмосферой. В этом случае сварщик находится внутри камеры в специальном скафандре. В опыт-ном или единичном производстве применение камер с общей защитой, и тем более обитаемых, нецелесообразно из экономических соображений. В этих случаях для защиты металла шва и околошовной зоны применяют местные защитные камеры, которые устанавливают на свариваемые узлы, обеспечивая герметичность разъемов при перемещении заготовок.
Наиболее широко в сварочном производстве применяется струйная защита, при которой защитные газы подают в зону сварки через сопло горелки. Если сопло горелки не обеспечивает надёжной защиты, то его дополняют специальной насадкой (рис. 3.20).
Рис. 3.20. Схема подачи защитного газа в зону сварки через сопло и насадку - 1\ 2 - газовая линза, обеспечивающая ламинарность потока газа
При
сварке стыковых швов со струйной защитой
воздух может попасть к переплавленному
дугой металлу через зазор между
свариваемыми деталями. Это вызовет
окисление металла шва, может привести
к образованию пор в шве. Для предупреждения
этих дефектов применяют обдувку защитным
газом обратной стороны шва, сварку ведут
на плотно прилегающих со стороны шва
подкладках, в которые подается защитный
газ с регулируемым избыточным давлением
(рис. 3.21).
Технологические характеристики процесса сварки вольфрамовым электродом зависят главным образом от рода, полярности, величиины
Рис. 3.21. Схема газовой защиты нагретых
участков:
а - корня шва; б - тавровых и угловых соединений; в - корня шва трубопровода; г -
при приварке фланца; д - при сварке секционных отводов; стрелками показан поток защитного газа
сварочного тока, длины дуги, размеров и формы торца вольфрамового электрода.
Сварка постоянным током прямой полярности характеризуется максимальной проплавляющей способностью. В диапазоне токов до 600 А доля теплоты, вводимой в изделие, составляет 60-80 %; поте-ри на нагрев вольфрамового электрода - около 5 %, а лучевые поте-ри от столба дуги 5-35 %.
При сварке постоянным током обратной полярности потери на нагрев неплавящегося электрода — анода составляют около 50 % общей мощности дуги. Поэтому с энергетической точки зрения сварка током обратной полярности невыгодна. Концентрация нагрева в этом случае ниже, швы имеют меньшую глубину и большую ширину проплавления, чем при сварке током прямой полярности или переменным током. Преимуществом сварки дугой обратной полярности является эффективное разрушение оксидных пленок с обеспечением высокой чистоты поверхности сварочной ванны за счет развития катодного распыления. Процесс характеризуется хорошим сплавлением основного и присадочного металлов даже при нетщательной подготовке поверхности изделий под сварку.
Сварка переменным током является наиболее распространенным процессом при изготовлении конструкций из алюминиевых и магниевых сплавов. Очистка поверхностей от оксидов происходит в полупериоды обратной полярности.
В диапазоне сварочных токов 250-600 А существенную роль в проплавлении шва играет механическое воздействие дуги. Увеличение сварочного тока от 300 до 600 А при сварке, например, стали X18Н9Т толщиной 16 мм приводит к линейному возрастанию силового воздействия дуги с 6 • 10~2 до 15 • 10~2 Н. В связи с этим столб дуги углубляется в расплавленный металл, в результате чего уменьшается прослойка жидкого металла под дугой и улучшаются условия теплопередачи в основной металл. Однако глубина проплавления увеличивается на ~50 % (от 6 до 9 мм), а ширина возрастает на ~ 70 % (от 10 до 18 мм). Более медленный рост проплавляющего действия дуги связан с тем, что с увеличением сварочного тока одновременно растет диаметр столба дуги и расширяется пятно нагрева, а плотность теплового потока меняется незначительно.