Напівавтоматичне зварювання в захисному газі

зварювання в захисному газіПринципи процесу, характеристики дуги
Технологічні властивості дуги істотно залежать від фізичних і хімічних властивостей захисних газів, електродного і зварюваного металів, параметрів та інших усло вий зварювання. Це обумовлює різноманіття способів зварювання в захисних газах. Розглянемо класифікацію процесу зварювання в захисних газах плавким електродів по найбільш істотним ознаками.
Напівавтоматичне зварювання плавиться проводиться в інертних газах Аг і Чи не (MIG) та їх сумішах Аг + Нє, в активному газі СO 2 (MAG), а також у сумішах інертних і активних Аг + О 2, Аг + СО 2, Аг + СО + О 2 і активних газів СО 2 + О 2. В якості електродних дротів застосовують суцільні з нелегованих і легованих сталей і кольорових металів (Ni, Сі, Mg, Al, Ti, Mo), а також несуцільні порошкові і активовані. Зварювання плавиться виконується в основному на постійному струмі, примі няется також і зварювання імпульсним струмом. Знаходять застосування й інші способи зварювання: на нормальному і збільшеному вильоті, з вільним і примусовим формуванням шва, без вагань і з коливаннями електродного дроту, в атмосфері і під водою, в стандартну і нестандартну вузьку щілисту оброблення крайок і ін Принцип дугового зварювання плавиться металевим електродом в захисному газі зображений на (мал. 5).
Oсновной типи, конструктивні елементи і розміри зварних з’єднань із сталей, а також сплавів на залізонікелевій і нікелевої основах, виконуваних екпортувати дугового зварюванням у захисному газі вказані в ГОСТ 14771
Залежно від рівня механізації і автоматизації процесу розрізняють зварювання: — механізовану, при якій переміщення пальника виконуються вручну, а подача дроту механізована;
— Автоматизовану, при якій всі переміщення пальника і подача дроту механ зірованним, а управління процесом зварювання виконується оператором-зварювальником;
— Автоматичну (роботизовану), за якої управління процесом зварювання виконується без безпосередньої участі оператора-зварювальника.

Схема напівавтоматичного зварювання
Рис.5 Схема напівавтоматичного зварювання

Зварювальне обладнання
До складу зварювального обладнання входять джерело зварювального струму та зварювальний апарат. Складові зварювального обладнання та їх функції визначаються рівнем механізації і автоматизації процесу, параметрами режиму зварювання, необхідністю їх установки і регулювання в режимі налагодження і зварювання.
Основними параметрами автоматизованої дугового зварювання плавиться, в СО 2, Аг, Чи не та сумішах газів (MAG, MIG) є:
1. Зварювальний струм lc (~ 40., .600 А);
2. Напруга зварювання Uc (~ 16 … 4O В);
3. Швидкість зварювання Vc (~ 4 … 2О мм / с), (-14.4 … 72 м / ч);
4. Діаметр електродного дроту dn (~ 0.8 … 2.5 мм);
5. Довжина вильоту електродного дроту Lв (~ 8 … 25 мм);
6. Швидкість подачі електродного дроту Vп (~ 35 … 25о мм / с), (-126 … 960 м / год);
7. Витрата захисного газу qг (~ 3 … 60 л / хв).

Принцип дугового зварювання в захисних газах визначає основні функції обладнання: — підвід до дуги електричної енергії та її регулювання (lc, Uc);
— Переміщення пальника зі швидкістю зварювання (Vc) та її регулювання;
— Подача електродного дроту (Vn) в зону зварювання і регулювання її швидкості;
— Подача захисного газу (qг) в зону зварювання і регулювання його витрати;
— Установка вильоту електродного дроту (Ц) і коригувальні переміщення пальника;
— Збудження дуги і заварка кратера;
— Автоматичне стеження по лінії зварювання та ін

При пуску зварювального апарату схема управління повинна забезпечувати таку після довність включення частин і механізмів устаткування:

1) подачу захисного газу (q г), попередню продувку системи подачі газу;
2) включення джерела живлення дуги (U);
3) подачу електродного дроту (Vе п);
4) порушення дуги (lc, U c);
5) переміщення апарату зі швидкістю зварювання (Vc), тoесть:

qг -> U-> Vп-> lcUc-> Vc.

При закінченні зварювання послідовність вимикання механізмів повинна забез вать заварку кратера і захист остигаючого шва:

Vc-> Vn-> lc-> Uc-> U-> qг

Зварювання в захисних газах плавиться виконується як у виробничому приміщенні на спеціально обладнаних робочих місцях (зварювальний пост, установка, верстат, РТК) так і поза його (будівельний майданчик, траса трубопроводу та ін.) Зварювальні пости мають місцеву вентиляцію і огороджені щитами або екранами для захисту оточуючих від випромінювання дуги і бризок електродного металу.
За призначенням зварювальне обладнання поділяють на універсальне, спеціальна і спеціалізоване. Розглянемо коротко принципи компонування універсального зварювального обладнання загального призначення, яке випускається серійно.
Установка для механізованого дугового зварювання плавиться, в захисних газах звичайно включає:

- Джерело постійного струму (випрямляч);
— Механізм подачі електродного дроту з касетою для дроту;
— Комплект спеціальних гнучких шлангів з пальником;
— Вбудований у джерело блок керування або окрема шафа управління;
— Систему подачі захисного газу (балон, підігрівач газу (для СО 2), газовий редуктор, змішувач газів, газові шланги, електроклапан);
— Кабелі ланцюгів управління;
— Зварювальні кабелі з затискачами;
— Пристосування для збирання і кантування зварного вузла (механічне обладнання).

Компонування установки без механічного обладнання, яку традиційно називають зварювальним напівавтоматом, показанана (рис. 6).

Рис.6
Установка для дугової механізованої зварки в СО 2: 1 — виріб; 2 — кнопка «Пуск» — «Стоп»; 3 — пальник, 4 — гнучкий шланг, 5 — механізм подачі електродного дроту; 6 — пульт управління; 7 — котушка; 8 — кабель ланцюгів управління; 9 — блок управління з луавтоматом; 10 — шланг для подачі захисного газу; 11 — газовий редуктор; 12 — підігрівач СО 2; 13 — балон з СО 2; 14 — зварювальний випрямляч.

Зварювальні напівавтомати знаходять саме широке застосування, мають різне на значення і конструктивне виконання. Основним виконанням напівавтоматів є за способом захисту зони дуги:

-Для зварювання в активних газах (Г);
-Для зварювання в інертних газах (І);
-Для зварювання в активних та інертних газах (У);
-Для зварювання відкритою дугою (О);
-Для зварювання під флюсом (Ф).

Розрізняють три основні системи подачі електродного дроту: толкающего, тягнуть-який штовхає і тягне типів. Найбільш поширеною є система подачі толкающего типу, яка обмежує довжину шланга (до 3 м), але відрізняється простотою і невеликою масою пальника. Інші системи дозволяють збільшити довжину шлангів до 10-20 м і використовувати тонкий дріт діаметром менше 1 мм, але механізм подачі в пальнику збільшує її масу. Регулювання швидкості подачі дроту частіше застосовується плавна, але можлива плавно-ступінчаста і ступінчаста. У разі порошкового дроту застосовують дві пари подаючих роликів, щоб попередити її сплющування.
По радіусу робочої зони розрізняють напівавтомати стаціонарні (механізм подачі закріплюється на джерелі зварювального струму, радіус визначається довжиною шланга), пере ресувні (механізм подачі можна переміщати щодо джерела до 10 м) і перенесення ні (ранцеві з довжиною кабелів до 40-50 м).
Токоподвод (наконечник) є змінною швидко зношуються деталей. Від надеж ності контакту в ньому залежить стабільність процесу зварювання.
До змінним деталям також відноситься сопло, яке нагрівається від випромінювання дуги і забризкується.
Установки для автоматизованої дугового зварювання плавиться, в за захисних газах СО 2, Аг, Чи не та сумішах (MAG, MIG) загального призначення зазвичай включають:
— Джерело постійного або імпульсного струму;
— Зварювальний апарат (трактор, підвісну або самохідну головку) з механізмами подачі електродного дроту, переміщення зварювального апарату зі швидкістю зварювання і підйом ма-опускання пальника;
— Котушку або касету зі зварювальним дротом;
— Пальник з механізмом нахилу і коригувальних переміщення її по висоті і поперек шва;
— Пульт управління на зварювальному апараті;
— Блок управління, вбудований в зварювальний апарат або розміщений окремо шафа управління;
— Систему подачі захисного газу;
— Система охолодження водою.

«Інструкція з експлуатації зварювальних напівавтоматів для електрозварників.»
Зварювальні матеріали
При MIG / MAG-зварюванні використовують захисні гази та електродні дроту. У табл. 2 наведені типи газів за класифікацією МІС.
Як видно з таблиці, застосовуються чисті інертні гази та активні, суміші газів в різних поєднаннях: інертні + інертні, інертні + активні та активні + активні. Водень при зварюванні плавиться не застосовується через високого Розбризкува ня. Активний газ двоокис вуглецю регламентується за ГОСТ 8050-85, кисень газоподібний за стандартом ГОСТ 5583-78.

Таб.2

Застосовується метод розрахунку витрати захисного газу Нг в літрах або кубічних метрах на 1 м шва визначається в основному для малого виробництва за такою формулою:

Нг = (НУГ х Т + НДГ)

де Нг — питома витрата захисного газу, наведений в табл. 3, м3 / с (л / хв); Т — основний час зварювання n-го проходу, з (хв); НДГ — додатковий витрата захисного газу на виконання підготовчо-заключних операцій при зварюванні n-го проходу.

питома витрата захисного газу
Таб.3

За ГОСТ 2246-70 передбачається виготовлення 75 марок зварювальних дротів, в тому числі і для зварювання в захисних газах. Середньо-і сільноокіслітельние гази групи М2 і МЗ (Аг + СО 2, Аг + О 2, Аг + СО 2 + О) і С (СО, СО 2 + О 2) застосовуються в поєднанні з проволо ками, що містять раскислители Mn, Si , Al, Ti та ін (наприклад СВ-08Г2С, СВ-08ГСМТ, СВ-08ХГ2С). Більш точні рекомендації з вибору електродних дротів доцільно да ва ти при вивченні зварювання конкретних груп конструкційних матеріалів.
Порошкові дроту застосовуються для зварювання без захисту і з додатковою за щитой зони зварювання вуглекислим газом (самозахисні і газозахисні дроту). За типом сердечника порошкові дроти можна розділити на:
1) самозахисні: рутил-органічні, карбонатно-флюорітние, флюорітние;
2) газозахисні: рутилові, рутил-флюорітние.
Застосування порошкових дротів замість суцільних дозволяє легувати шов у ши рокіх межах і підвищувати стійкість його проти пір і гарячих тріщин, забезпечувати за дані механічні властивості. Крім того, наявність шлаку знижує розбризкування, Набризкування і покращує форму шва.

Типи перенесення електродного металу та їх застосування
При зварюванні плавиться відкритою дугою перенесення електродного металу представляє складний процес. Багато факторів впливає на перенесення: склад і властивості захисного газу, склад і властивості електродного металу, рід струму і полярність, параметри режиму зварювання, вольт-амперна характеристика джерела струму і його динамічн ські властивості та ін
Можна виділити наступні види перенесення електродного металу:
— Без коротких замикань дуги і з короткими замиканнями;
— Крупно-, середньо-, дрібнокрапельне і струменевий;
— Без розбризкування і з розбризкуванням.
Наиболее благоприятные условия для переноса электродного металла наблюдаются при сварке в инертных одноатомных газах аргоне и гелии. В аргоне имеет место два вида переноса: крупнокапельный без коротких замыканий с небольшим разбрызгиванием на докритическом токе и струйный на токе больше критического. Вид переноса влияет на форму проплавления (рис. 7) а) – меньше критического и б) – больше.
Сварка со струйным переносом рекомендуется на металле средней толщины. В гелии наблюдается капельный перенос с короткими замыканиями (к.з.) дуги (малые ток и напряжение) и без к.з. на повышенном токе и напряжении при незначи тельном мелкокапельном разбрызгивании.
ка в гелии имеет меньшую выпуклость, чем в аргоне, так как аргон повышает поверхностное натяжение в сталях. Применение смеси Аг+Не позволяет использовать преимущества обоих газов.
При сварке в СО 2 имеют место перенос мелкокапельный с к.з. и небольшим разбрыз гиванием, крупнокапельный с к.з. и без к.з. с большим разбрызгиванием. На больших токах, когда дуга погружается в основной металл, перенос становится мелкокапельным, разбрыз гивание уменьшается, однако валик имеет чрезмерную выпуклость.
Типы переноса металла при сварке MIG/MAG
При сварке MIG/MAG перенос металла осуществляется, в основном, двумя формами. При первой форме капля касается поверхности сварочной ванны ещё до отделения от торца электрода, образуя короткое замыкание, отчего этот тип перено са получил название переноса с короткими замыканиями. При второй форме капля отделяется от торца электрода без касания поверхности сварочной ванны и, поэто му, этот тип переноса называется переносом без коротких замыканий. Последняя форма переноса металла подразделяется на 6 отдельных типов согласно особенно стям формирования и отделения капель электродного металла от торца электрода. Таким образом, согласно классификации предложенной Международным Институ том Сварки, существует 7 основных типов переноса металла, проиллюстрированных на Рис. 8 (условия этих сварок приведены в Табл. 3).
Табл. 3 Условия сварки экспериментов для иллюстрации различных типов переноса металла, представленных на Рис. 8 (электронный источник питания).

Табл.3

Рис.7

При этом типе переноса металла торец электрода с находящейся на нём каплей расплавленного электродного металла периодически касается поверхности сварочной ванны, вызывая короткие замыкания и погасания дуги. Обычно, перенос металла с короткими замыканиями имеет месте при низких режимах сварки, т.е., малом токе сварки и низком напряжении дуги (короткая дуга гарантирует, что капля коснётся поверх ности ванны раньше своего отделения от торца электрода). Этот тип переноса ме талла имеет место как при сварке MIG , так и при сварке MAG. В начале короткого замыкания на пряжение дуги резко падает (до уровня напряжения короткого замыкания) и ос таётся низким до его окончания, в то время как ток короткого замыкания быст ро повышается. Разогрев перемычки жидкого металла между торцом электро да и сварочной ванной (вызываемый проходящим высоким током короткого замыкания) способствует её разрыву.

Рис.8

Перенос металла при импульсно-дуговой сварке
Главной особенностью процесса импульсно-дуговой сварки (ИДС) является возможность получения мелкокапельного переноса электродного металла при сред нем значении тока сварки (Iм) ниже критического, который в обычных условиях опре деляет границу между крупнокапельным и мелкокапельным переносом металла. В этом методе управления переносом металла ток принудительно из меняется между двумя уровнями, называемыми током базы (Ig) и током импульса (Iи) (Рис. 9). Уровень тока базы выбирается из условия достаточности для обеспе чения поддержания горения дуги при незначительном влиянии на плавление элек трода. Функцией тока импульса, который превышает критический ток, является оп Иллюстрация переноса металла при ИДС (типа «одна капля за один импульс»).
Стальная малоуглеродистая электродная проволока; 0-1,2 мм; Аг+5%0 2 ; Iи = 270 A; tu = 5,5 мс; Iб = 70 A; te = 10 мс; Vnnp = 3,5 м/мин; Vce = 28 см/мин; вылет электрода — 18 мм.

лавление торца электрода, формирование капли определённого размера и срыв этой капли с торца электрода действием электромагнитной силы (Пинч-эффект). В течение одного импульса тока может быть сформировано и перенесено в сварочную ванну от одной до нескольких капель. Частота следования импульсов тока, их ам плитуда и длительность (tu) определяют выделяемую энергию дуги, а следователь но, скорость расплавления электрода. Сумма длительностей импульса tu и базы (fe) определяет период пульсации тока, а её обратная величина даёт частоту пульсации.
Перенос электродного металла при ИДС характеризуется следующими пара метрами:
— числом капель сформированных и перешедших в сварочную ванну под действием одного импульса тока;
— размером капли;
— временем от начала импульса тока до срыва первой капли;
— моментом, когда происходит отделение капли от электрода (на фазе импульса или на фазе базы).

Рис.9

Анализ параметров пульсации тока (Iu, fa, tu, fe) и параметров переноса элек тродного металла будет приведен ниже (см. следующую страницу).
В связи с тем, что формирование и отрыв капли управляется амплитудой и длительностью тока импульса (Iи и tu), средний ток сварки (IМ) может быть уменьшен существенно ниже уровня критического тока, что достигается либо простым увели чением времени базы (fe), т.е., снижением частоты импульсов, либо снижением тока базы (Iб). Например, применительно к малоуглеродистой электродной проволоке диаметром 1 мм при сварке в защитной среде на базе аргона можно поддерживать управляемый мелкокапельный перенос металла на токе сварки менее 50 А, хотя критический ток для этих условий равен примерно 180 … 190 А. Благодаря низкой мощности дуги и скорости расплавления электрода, сварочная ванна имеет малые размеры и легко управляема. Таким образом, становится возможным реализация желаемого мелкокапельного переноса электродного металла, как при сварке тонко листового металла, так и при сварке металла больших толщин во всех пространст венных положениях.
Другим преимуществом процесса ИДС является возможность использования проволок больших диаметров для скоростей наплавки характерных для проволок малых диаметров, что снижает стоимость единицы веса наплавленного металла. При этом также возрастает эффективность наплавки благодаря снижению потерь на разбрызгивание электродного металла.
К недостаткам этого процесса можно отнести возможное отсутствие проплавления, вследствие низкого тепловложения в сварочную ванну. Кроме того, повышен ные требования к квалификации сварщиков, а также использование значительно бо лее сложного оборудования в совокупности с более низкой гибкостью (универсальностью) процесса.

«ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ ПО ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКЕ СТАЛЕЙ. «

Особливості зварювання в середовищі вуглекислого газу.
Вуглекислий газ є активним газом. При високих температурах відбувається дисоціація (розкладання) його з утворенням вільного кисню:
2СО 2 -> 2СО + О 2
Молекулярний кисень під дією високої температури зварювальної дуги дисоціює на атомарний за формулою:
О 2 -> 2О
Атомарний кисень, будучи дуже активним, вступає в реакцію із залізом і домішками, що знаходяться в сталі, за наступними рівняннями:
Fe + O = FeO,
C + O = CO,
Mn + O = MnO,
Si + 2O = SiО 2.
Щоб придушить реакцію окислення вуглецю і заліза при зварюванні у вуглекислому газі, в зварювальну ванну вводять розкислювачі (марганець і кремній), які гальмують реакції окислення і відновлюють оксиди за рівнями:
FeO + Mn = MnO + Fe,
2FeO + Si = SiО 2 + 2Fe і т.д.
Утворені оксиди кремнію і марганцю переходять в шлак. Виходячи з цього при зварюванні у вуглекислому газі маловуглецевих і низьковуглецевих сталей необхідно застосовувати кремній-марганцовістие дроту, а для зварювання легованих сталей — спеціальні дроту (табл.4).

Табл.4

Підготовка металу під зварювання полягає в наступному. Щоб в наплавленого металі не було пір, кромки зварних з’єднань необхідно зачищати від іржі, бруду, масла і вологи на ширину до 30мм по обидві сторони від зазору. Залежно від ступеня забруднення зачищати кромки можна протиранням дрантям, зачисткою сталевою щіткою, опескоструіваніем, а також знежиренням з наступним травленням. Слід зауважити, що окалина майже не впливає на якість зварного шва, тому деталі після газового різання можуть зварюватися відразу після зачистки шлаку.
Обробляють кромки під зварювання так само, як і при напівавтоматичному зварюванні під шаром флюсу.
Вибір режимів зварювання в середовищі вуглекислого газу.
Режими зварювання у вуглекислому газі плавиться без оброблення крайок.

До параметрів режиму зварювання у вуглекислому газі відносяться: рід струму і полярність, діаметр електродного дроту, сила зварювального струму, напруга дуги, швидкість подачі дроту, виліт електрода, витрата вуглекислого газу, нахил електрода щодо шва і швидкість зварювання.
При зварюванні у вуглекислому газі зазвичай застосовують постійний струм зворотної полярності, так як зварювання струмом прямої полярності призводить до нестійкого горіння дуги. Змінний струм можна застосовувати тільки з осциллятором, проте в більшості випадків рекомендується застосовувати постійний струм.
Діаметр електродного дроту слід вибирати залежно від товщини зварюваного металу.

Зварювальний струм встановлюється залежно від обраного діаметра електродного дроту.
Основні режими зварювання напівавтоматом наведені в таблиці 5.

Таб.5

Із збільшенням сили зварювального струму збільшується глибина провару і підвищується продуктивність процесу зварювання.
Напруга дуги залежить від довжини дуги. Чим довше дуга, тим більше напруги на ній. Із збільшенням напруги дуги збільшується ширина шва і зменшується глибина його провару. Встановлюється напруга дуги в залежності від обраної сили зварювального струму.
Швидкість подачі електродного дроту підбирають з таким розрахунком, щоб забезпечувалося стійке горіння дуги при обраному напрузі на ній.
Вильотом електрода називається довжина відрізка електрода між його кінцем і виходом його з мундштука. Величина вильоту робить великий вплив на стійкість процесу зварювання та якості зварного шва. Із збільшенням вильоту погіршується стійкість горіння дуги і формування шва, а також збільшується розбризкування. При зварюванні з дуже малим вильотом утруднюється спостереження за процесом зварювання і часто підгорає контактний наконечник. Величину вильоту рекомендується вибирати залежно від діаметра електродного дроту.

Крім вильоту електрода, необхідно витримувати певну відстань від сопла пальника до виробу (табл.6), оскільки із збільшенням цієї відстані можливе попадання кисню та азоту повітря в наплавлений метал і утворення пор у шві. Величину відстані від сопла пальника до виробу слід витримувати в приведених значеннях.

Таб.6

Витрата вуглекислого газу визначають залежно від сили струму, швидкості зварювання, типу з’єднання і вильоту електрода. У середньому газу витрачається від 5 до 20 л / хв.
Нахил електрода щодо шва робить великий вплив на глибину провару і якість шва. Залежно від кута нахилу зварювання можна виробляти кутом назад і кутом вперед.
При зварюванні кутом назад в межах 5 — 10 град. поліпшується видимість зони зварювання, підвищується глибина провару і наплавлений метал виходить більш щільним.
При зварюванні кутом вперед важче спостерігати за формуванням шва, але краще спостерігати за зварюються крайками і направляти електрод точно по зазорах. Ширина валика при цьому зростає, а глибина провару зменшується. Цей спосіб рекомендується застосовувати при зварюванні тонкого металу, де існує небезпека наскрізного прожога.
Швидкість зварювання встановлюється самим зварювальником залежно від товщини металу і необхідної площі поперечного перерізу шва. При занадто великій швидкості зварювання кінець електроду може вийти з-під зони захисту газом і окислюватися на повітрі.
Основні вимоги безпеки праці при напівавтоматичному зварюванні.
1. Перед пуском зварювального напівавтомата необхідно перевірити справність пускового пристрою (рубильника, кнопкового вимикача).
2. Корпуси джерела живлення дуги і апаратного ящика повинні бути заземлені.
3. При включенні напівавтомата спочатку слід включити рубильник (магнітний пускач), а потім — апаратний ящик. При виключенні — навпаки.
4. Шланги для захисного газу і водяного охолодження у напівавтомата в місцях з’єднання зі штуцерами не повинні пропускати газ і воду.
5. Спиратися або сідати на джерело живлення дуги і апаратний ящик забороняється.
6. При роботі відкритою дугою на відстані менше 10м необхідно огороджувати місця зварювання або користуватися захисними окулярами.
7. Намотування зварювального дроту з бухти на касету потрібно робити тільки після спеціального інструктажу.
8. По закінченні роботи вимкнути струм, газ, воду.
9. Про помічені несправності в роботі устаткування необхідно доповісти майстру цеху і без його вказівки до роботи не приступати.
10.Устранять несправності напівавтоматах самому зварникові забороняється.