Дуговая сварка в защитном газе плавящимся электродом - дуговая сварка плавящимся электродом, при которой используют электродную проволоку, а дугу и сварочную ванну защищают от атмосферы газом, подаваемым снаружи.

Дуговая сварка в защитном газе плавящимся электродом может быть автоматической и механизированной

Автоматическая дуговая сварка в защитном газе плавящимся электродом

Схема автоматической дуговой сварки в защитном газе плавящимся электродом

При дуговой сварке в защитном газе плавящимся электродом источником теплоты является сварочная дуга 1, горящая между плавящимся электродом (сварочной проволокой) 2 и изделием 3. В зону сварки через сопло* 4 подаётся защитный газ 5(ЗГ), защищающий металл сварочной ванны 6, капли электродного металла и нагретый участок сварного шва 7 от воздействия активных газов атмосферы. Теплотой дуги расплавляются кромки свариваемого изделия и электродная (сварочная) проволока. Расплавленный металл сварочной ванны 6, кристаллизуясь, образует сварной шов 7, на поверхности которого находится тонкий слой шлака 8.

Дуговую сварку в защитных газах плавящимся электродом ведут на постоянном токе обратной полярности, т.к. при переменном токе из-за сильного охлаждения столба дуги защитным газом, дуга может прерываться. Напряжение на сварочную проволоку подается через скользящий токоподвод 9. По мере плавления сварочная проволока поступает в зону сварки с постоянной скоростью Vпп, что обеспечивается механизмом подачи сварочной проволоки. В качестве электродного металла применяют сварочную проволоку близкую по химическому составу к основному металлу. Выбор защитного газа определяется его инертностью к свариваемому металлу, либо активностью, способствующей рафинации металла сварочной ванны. Для сварки цветных металлов и сплавов на их основе применяют инертные одноатомные газы (аргон, гелий и их смеси). Для сварки меди и кобальта можно применить азот. Для сварки углеродистых и низколегированных сталей применяют углекислый газ. Но углекислый газ диссоциирует в дуге при высоких температурах, образуя оксид углерода СО и кислород О₂. Кислород вступает в химическую реакцию с металлом, что способствует выгоранию легирующих компонентов и компонентов – раскислителей (кремния, марганца). В связи с этим сварочную проволоку следует выбрать с повышенным содержанием этих элементов. В ряде случаев целесообразно применять смесь инертных и активных газов, чтобы повысить устойчивость дуги, улучшить формирование шва, воздействовать на его геометрические параметры, уменьшить разбрызгивание.

* Сопло горелки для дуговой сварки- сопло для подвода и направления газа с целью защиты сварочной ванны и электрода от воздействия воздуха.

Механизированная дуговая сварка в защитном газе плавящимся электродом

Схема механизированной дуговой сварки плавящимся электродом в защитном газе

Механизированная сварка в защитном газе — процесс сварки, при котором электродная проволока 4 подается с постоянной скоростью Vпп (скорость подачи проволоки) в зону сварки и одновременно в эту же зону через сменное сопло 2 поступает защитный газ (ЗГ). ЗГ обеспечивает защиту 10 расплавленного или нагретого электродного и основного металлов от вредного воздействия окружающего воздуха. Подача сварочной проволоки и защитного газа в зону сварки обеспечивается при нажатии кнопки 12, находящейся на газовой горелке 1. При касании сварочной проволоки 4 с поверхностьтю свариваемых элементов 8 происходит зажигание сварочной дуги 5. Перемещение горелки относительно свариваемого изделия выполняется вручную.

При сварке плавящимся электродом источником теплоты является электрическая (сварочная) дуга 5. Для образования и поддержания электрической дуги к свариваемому изделию и сварочной проволоке через токоподвод 3 от источника питания подводится переменный или постоянный сварочный ток (процесс сварки на постоянном токе стабильнее, чем на переменном). В процессе сварки дуга 5 горит между торцом сварочной проволоки 4 и основным металлом 8. Под действием теплоты дуги сварочная проволока плавится и расплавленный металл каплями 9 стекает в сварочную ванну 7. По мере расходования сварочная проволока подается в зону сварки с помощью подающего механизма 11 со скоростью, равной средней скорости ее плавления, что обеспечивает постоянство средней длины дугового промежутка (длины дуги) Lд^*. При перемещении вручную дуги со скоростью сварки Vсв сварочная ванна затвердевает и формируется сварной шов 6. В состав сварного шва входят как электродный (металл сварочной проволоки), так и основной металл. Защитный газ 10 изолирует зону сварки от окружающего воздуха.

Для обеспечения стабильности процесса сварка осуществляется на постоянном токе обратной полярности («+» - на электроде; «- » - на изделии) с фиксированным вылетом электрода l эл.

Для предотвращения образования дефектов сварка выполняется при определенной длине дуги.

* Длина дуги Lд – расстояние от торца электродной проволоки до поверхности сварочной ваны

Преимущества.

Недостатки.

1. Повышенная производительность (по сравнению с дуговой сваркой покрытыми электродами).

2. Надежная защита зоны сварки от влияния атмосферы..

3. Минимальная чувствительность к образованию оксидов.

4. Отсутствие шлаковой корки и, следовательно, исключение операции очистки от шлака ранее сваренного шва перед укладкой последующего при сварке многопроходных швов.

5. Практическое исключение в сварном шве неметаллических включений (т.к. защита только газовая).

6.Возможность сварки во всех пространственных положениях.

7. Возможность визуального контроля формирования шва.

1. Чувствительность к сквозняку, ветру, которые могут выдувать защитные газы из зоны сварки

2. Большие потери электродного металла на угар и разбрызгивание (на угар элементов 5-7%, при разбрызгивании от 10 до 30%).

3. Мощное излучение дуги.

4. Ограничение по сварочному току (сварка возможна только на постоянном токе).

5. Дороговизна инертных газов, т.е. высокая стоимость сварки.
6. Высокая скорость охлаждения сварного соединения (охлаждение изделия защитным газом).

7. Требуется хорошая вентиляция.

8. Сварка в CO₂ возможна в основном для углеродистых и низколегированных сталей.

Область применения.

Практически все отрасли машиностроения; в строительстве на монтаже крупногабаритных конструкций; автоматическая сварка неповоротных стыков трубопроводов большого диаметра.

Дуговая сварка в защитном газе неплавящимся вольфрамовым (W) электродом

Неплавящийся электрод для дуговой сварки - деталь из электропроводного материала, включаемая в цепь сварочного тока для подвода его к сварочной дуге и не расплавляющаяся при сварке.

Дуговая сварка в защитном газе неплавящимся электродом может быть автоматической, механизированной и ручной.

а

б

Схема дуговой сварки в защитном газе неплавящимся вольфрамовым (W) электродом

а – без присадки (может быть ручной и автоматической); б – с присадочной проволокой (с присадкой) (может быть ручной, механизированной и автоматической).

Vсв – скорость сварки; Vпп – скорость подачи присадочной проволоки

При дуговой сварке в защитном газе неплавящимся электродом (рис.а) источником теплоты является сварочная дуга 1, горящая между неплавящимся электродом 2 и изделием 3. В зону сварки через сопло 4 подаётся защитный газ 5 (ЗГ), защищающий металл сварочной ванны 6 и нагретый участок сварного шва 7 от воздействия активных газов атмосферы. Теплотой дуги расплавляются кромки свариваемого изделия. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует сварной шов 7 на поверхности которого находится тонкий слой шлака 8. В состав шва входит только основной металл. Ток от источника питания к электроду подается с помощью токоподвода 9. Сварка может выполняться как на переменном, так и на постоянном токе. Неплавящийся электрод изготавливается из тугоплавкого материала - вольфрама. В качестве защитного газа при сварке вольфрамовым электродом применяются только инертные газы или их смеси - аргон, гелий, смесь аргона и гелия. Активный газ СО₂ применять нельзя, т.к. образующийся при диссоциации СО₂ в области высоких температур кислород окисляет вольфрамовый электрод, что приводит к его выгоранию.

При сварке металла большой толщины для обеспечения проплавления основного металла и получения требуемых геометрических параметров сварного шва, сварку ведут по зазору или с разделкой кромок с добавлением присадочного (чаще всего в виде проволоки) металла (рис б). При сварке с присадкой в состав сварного шва входит основной металл и металл присадочной проволоки.

Преимущества.

Недостатки.

1. Высокая устойчивость дуги независимо от рода и полярности тока;

2. Возможно получение металла шва с долей участия основного металла от 0 ( с присадкой) до 100% (без присадки).

3. Изменяя скорость подачи, угол наклона и марку присадочной проволоки можно регулировать геометрические параметры сварного шва и химический состав металла шва.

4.Возможность сварки во всех пространственных положениях.

5. Возможность визуального контроля за формированием сварного шва.

6. Отсутствие шлаковой корки и, следовательно, исключение операции очистки от шлака ранее сваренного шва перед укладкой последующего при сварке многопроходных швов.

7. Практическое исключение в сварном шве неметаллических включений (т.к. защита только газовая).

1. Низкая эффективность использования электрической энергии (коэффициент полезного действия от 0,40 до 0,55).

2. Необходимость в устройствах, обеспечивающих начальное возбуждение дуги.

3. Высокая скорость охлаждения сварного соединения (охлаждение изделия защитным газом).

4. Дороговизна инертных газов, т.е. высокая стоимость сварки.
5. Низкий ресурс работы неплавящегося электрода без его восстановления (W дорог и дефицитен).
6. Требуется хорошая вентиляция, т.к. Ar тяжелее воздуха и скапливается в помещении.

Область применения.

Практически все отрасли машиностроения; строительство (монтаж); сварка корневых швов трубопроводов малого диаметра. Тип производства – серийное, массовое.

Стыковые сварные соединения

Поперечное сечение стыкового соединения с разделкой кромок с зазором, выполненного односторонним швом на весу.

S – толщина свариваемых элементов, мм;

b – зазор между свариваемыми элементами, мм;

b изменяется в пределах от 1,0 до 3 мм

С - притупление кромок.

С обычно составляет 2 мм.

g– выпуклость шва, мм

e – ширина шва, мм;

h – глубина проплавления, мм;

β – угол скоса кромок, ⁰

β изменяется в пределах от 30⁰ до 10⁰.

α - угол разделки кромок, ⁰. α= 2 β.

Fн = F1 + F2 + F3, мм²;

F1 = (S – C)² × tg β, мм²;

F2 = µн × e × g, мм²;

F3 = b × h, мм²;

Fн = (S – C)² × tg β + µн × e × g + b × h, мм²;

Fн – площадь наплавленного металла, мм² ;

µн – коэффициент полноты валика.

µн ≈ 0,73.

Поперечное сечение стыкового соединения без разделки кромок без зазора, выполненного односторонним швом на неостающейся медной подкладке (кольце).

Fн = F2, мм²;

Fн = µн × e × g, мм²;

µн ≈ 0,73;

е = 1,3×S;

g = 0,15×S;

Рп – усилие прижима неостающейся медной подкладки (кольца).

Поперечное сечение стыкового соединения с разделкой кромок без зазора, выполненного односторонним швом на неостающейся медной подкладке (кольце).

Fн = F1 + F2, мм²;

F1 = (S-С)² ×tg β, мм²;

F2 = µн × e × g, мм²;

Fн = (S-С)² ×tg β + µн × e × g, мм²;

С = 3 мм;

β = 30⁰;

µн ≈ 0,73;

е = 1,3×S, мм;

g = 0,15×S, мм;

Рп – усилие прижима неостающейся медной подкладки (кольца).

Поперечное сечение таврового соединения без разделки кромок без зазора, выполненного односторонним швом наклонным электродом или в симметричную «лодочку».

Fн = F1, мм²;

Fн = 1/2×К² , мм²

Поперечное сечение таврового соединения без разделки кромок без зазора, выполненного двусторонним швом наклонным электродом или в симметричную «лодочку».

Fн = F1, мм²;

Fн = К² , мм²

Поперечное сечение таврового соединения с разделкой кромок без зазора, выполненного односторонним швом наклонным электродом или в симметричную «лодочку».

Fн = F1 + F2, мм²;

F1 = 1/2×{С×[2×dп + (S - С)] + (S - С)²}, мм²;

F2 = 2× dп× (S - С), мм²;

Fн = 1/2×{С×[2×dп + (S - С)] + (S - С)²} + 2× dп× (S - С), мм²;

С = 3 мм;

β = 45⁰;

dп – диаметр сварочной проволоки, мм;

е = {С² + [2×dп + (S - С)]²}^1/2, мм;

Рп – усилие прижима неостающейся медной подкладки (кольца).

Поперечное сечение таврового соединения с разделкой кромок без зазора, выполненного двусторонним швом наклонным электродом или в симметричную «лодочку».

Fн = F1 + F2, мм²;

F1 = {С×[2×dп + (S/2 - С)] + (S - С)²}, мм²;

F2 = 4× dп× (S/2 - С), мм²;

Fн = {С×[2×dп + (S/2 - С)] + (S/2 - С)²} + 4×dп× (S/2 - С), мм²;

С = 3 мм;

β = 45⁰;

dп – диаметр сварочной проволоки, мм;

е = {С² + [2×dп + (S/2 - С)]²}^1/2, мм;

Поперечное сечение углового соединения без разделки кромок без зазора, выполненного односторонним швом на неостающейся медной подкладке (кольце).

Fн = F2, мм²;

Fн = µн × e × g, мм²;

µн ≈ 0,73;

е = 1,3×S;

g = 0,15×S;

Рп – усилие прижима неостающейся медной подкладки (кольца).

Поперечное сечение углового соединения с разделкой кромок без зазора, выполненного односторонним швом на неостающейся медной подкладке (кольце).

Fн = F1 + F2, мм²;

F1 = (S-С)² ×tg β, мм²;

F2 = µн × e × g, мм²;

Fн = (S-С)² ×tg β + µн × e × g, мм²;

С = 3 мм;

β = 30⁰;

µн ≈ 0,73;

е = 1,3×S, мм;

g = 0,15×S, мм;

Рп – усилие прижима неостающейся медной подкладки (кольца).