При сварке применяются как переменный, так и постоянный ток. Постоянный ток имеет то преимущество, что дуга горит устойчивее. Но переменный ток дешевле, поэтому его применение при сварке предпочтительнее. Но есть способы сварки, при которых применяют только постоянный ток. Сварка в защитных газах и под флюсом выполняется на постоянном токе обратной полярности. Электроды с основным покрытием тоже требуют постоянного тока обратной полярности, как и сварочные флюсы для сварки высоколегированных сталей, основу которых составляет плавиковый шпат. В этих случаях происходит насыщение дуги кислородом или фтором, имеющим большое сродство к электрону. Поэтому необходимо раскрыть сущность процессов, происходящих в дуге при насыщении ее кислородом или фтором и обосновать применение рода тока и полярности. Полярность тока влияет на глубину проплавления, химический состав шва и качество сварного соединения .

Режимом сварки называют совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, формы и качества. При всех дуговых способов сварки такими характеристиками являются следующие параметры: диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение на дуге, скорость перемещения электрода вдоль шва, род тока и полярность. При механизированных способах сварки добавляют еще один параметр-скорость подачи сварочной проволоки, а при сварке в защитных газах - удельный расход газа.

Параметры режима сварки влияют на форму шва, а значит и его размеры: на ширину шва - е; усиление шва - q ; глубину шва – h.

На форму и размеры влияют не только основные параметры сварки, но и такие технологические факторы, как род и полярность тока, наклон электрода и изделия, вылет электрода, конструктивная форма соединения и величина зазора.

2.6.1 Методика расчета режима ручной дуговой сварки . Определяется площадь наплавки, как сумма площадей элементарных геометрических фигур, составляющих сечение шва.

Рисунок 3

Площадь наплавки одностороннего сварного шва, выполненного с зазором, определяется по формуле, мм

F н = 2F 1 + F 2 , (13)

F н = S b + 0,75 eq, (14)

где S-толщина деталей, мм;

b - зазор, мм;

e - ширина, мм;

q - высота усиления, мм.

Рисунок 4

Площадь наплавки стыкового шва с разделкой двух кромок и подваркой корня шва определяется по формуле, мм

F = S b + (S - с) 2 tg a / 2 + 0,75eq+0,75е 1 q 1 , (15)

где c - величина притупления, мм;

е 1 – ширина подварки, мм;

q 1 – высота подварки, мм;

a - угол разделки, мм.

При сварке многопроходных швов необходимо определить число проходов по формуле, шт

где F н – площадь всей наплавки, мм 2 ;

F н1 – площадь первого прохода, мм 2 ;

F нс – площадь каждого последующего прохода, мм 2 .

При ручной сварке многопроходных швов первый проход выполняется электродами диаметром 3 – 4мм, так как применение электродов большого диаметра затрудняют провар корня шва. При определении числа проходов следует учитывать, что сечение первого прохода не должно превышать 30-35мм 2 и может быть определено по формуле, мм 2

F н1 = (6 - 8) d э, (17)

где dэ – диаметр электрода для сварки корневого шва, мм.

Площадь наплавки последующих проходов определяется по формуле, мм 2

F нс = (8 - 12) d эс, (18)

где F нс – площадь последующего прохода, мм;

d эс – диаметр электрода для сварки следующих швов, мм

При сварке многопроходных швов стремятся сварку проходов выполнять на одних и тех же режимах за исключением первого прохода.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого изделия. Примерное соотношение между диаметром электрода и толщиной листов свариваемого изделия приведено ниже.

Таблица 8

Расчет силы сварочного тока Iсв производится по диаметру электрода и допускаемой плотности тока, А

где i – допускаемая плотность тока, А/мм.

Допускаемая плотность тока зависит от диаметра и вида покрытия электрода.

Таблица 9 Величина допускаемой плотности тока в электроде при ручной дуговой сварке

Напряжение на дуге не регламентируется и принимается в пределах 20…36В, то есть Uд = 20 – 36, B

Скорость сварки определяется из соотношения, м/час

где a н – коэффициент наплавки, г/А ч;

g - плотность наплавленного металла, г/см;

Fн – площадь сечения наплавленного металла, мм 2

Длина дуги при ручной дуговой сварке должна составлять, мм

Lд = (0,5 – 1,2) d э, (21)

2.6.2 Методика расчета режима автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом стыковых соединений односторонних без скоса кромок . Основными параметрами режима автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом является: сварочный ток, диаметр и скорость подачи сварочной проволоки, напряжение и скорость сварки.

Расчет режимов сварки производится всегда для конкретного случая, когда известен тип соединения и толщина свариваемого металла, марка проволоки, флюса и способа защиты сварочной ванны от воздуха и другие данные по шву. Поэтому до начала расчетов следует установить по ГОСТ8713-79 или по чертежу конструктивные элементы заданного сварного соединения и по известной методике определить площадь многопроходного шва.

При этом необходимо учитывать, что максимальное сечение однопроходного шва, выполнено автоматом, не должно превышать 100мм 2 . Сечение первого прохода многопроходного шва не должно превышать 40-50мм 2 .

При двухсторонней сварке под флюсом стыкового бесскосного соединения (рисунок 4) сила сварочного тока определяется по глубине проплавления – h основного металла; h - за один проход составляет 8 – 10мм, на форсированных режимах - 12мм, А

Iсв = h 1,2 / k , (22)

где h 1,2 – глубина проплавления основного металла при двухсторонней сварке, без скоса кромок свариваемых деталей, мм;

k – коэффициент пропорциональности, мм/100А, зависящий от рода тока и полярности, диаметра электрода, марки флюса, колеблется от 1-2.

Рисунок 5 Рисунок 6

Таблица 10 Значение К в зависимости от условий проведения сварки

Металл толщиной свыше 20мм сваривают за несколько проходов. Чтобы избежать непровара при сварке под флюсом и добиться нормального формирования шва прибегают к скосу кромок. Для однопроходного стыкового шва толщиной не более 10-12мм глубина проплавления равна толщине свариваемых деталей (рисунок 5), при двухсторонней сварке толщиной не более 20мм (рисунок 6) глубина проплавления составляет, мм

h 1,2 = S/2 + (2 - 3), (23)

Диаметр сварочной проволоки dэ принимается в зависимости от толщины свариваемого металла в пределах 2-6мм, а затем уточняется расчетом по формуле, мм

d э = 2 , (24)

где i - плотность тока, А/мм².

Полученное значение d э принимается из ближайшего стандартного.

Плотность тока в зависимости от диаметра проволоки указана в таблице 11

Таблица 11

Напряжение на дуге принимается в пределах 32-40В.

Скорость сварки определяется по формуле, м/ч

Vсв = А / Iсв, (25)

где А следует принимать в пределах, приведенных ниже

Таблица 12

где α нд - коэффициент наплавки при сварке под флюсом, г/Ач.

Коэффициент наплавки при сварке под флюсом определяется по формуле, г/Ач

α нд = α н + Δα н, (27)

где α н - коэффициент наплавки, не учитывающий увеличение скорости плавления электродной проволоки за счет предварительного подогрева вылета электрода сварочным током, г/Ач;

Δα н - увеличение коэффициента наплавки за счет предварительного подогрева вылета электрода, г/Ач, определяется по рисунку 7.

Рисунок 7

При сварке на постоянном токе обратной полярности коэффициент наплавки определяется по формуле, г/Ач

α н = 11,6 ± 0,4 (28)

При сварке на постоянном токе прямой полярности или переменном токе определяется по формуле, г/А*ч

α н = А + В (Iсв / dэ), (29)

где А и В – коэффициенты, значения которых для флюса приведены ниже.

Таблица 12

Скорость подачи проволоки Vп.п определяется по формуле, м/ч

где Fэ – площадь поперечного сечения электродной проволоки, мм².

Или скорость подачи проволоки может определяться по формуле, м/ч

Режим сварки последующих проходов выбирают из условий заполнения разделки и получения поверхности шва, имеющей плавное сопряжение с основным металлом.

2.6.3 При двухсторонней сварке стыковых швов под флюсом со скосом кромок определяют режим сварки первого прохода с одной и другой стороны шва и последующих проходов отдельно.

Рисунок 8

Рисунок 9

h 1 = h 2 = , (32)

где h 1 , 2 – глубина проплавления первого прохода с одной и другой стороны шва, мм;

с - величина притупления, мм.

Сила сварочного тока определяется по глубине проплавления, А

Iсв = h 1,2 / k, (33)

где k – коэффициент пропорциональности (мм/100А), зависящий от рода тока, полярности, диаметра электрода, марки флюса, колеблется 1-2А (см. таблицу 10).

Расчёт остальных параметров режима сварки производится в том же порядке, что и при сварке под флюсом двухстороннего стыкового бесскосного соединения по формулам (16), (24) - (31).

Примечание: Расчёт параметров режима сварки под флюсом угловых и тавровых соединений с разделкой кромок производить по методике расчёта режимов сварки стыковых соединений с разделкой кромок (см. п.2.7.3).

2.6.4 Методика расчёта режима автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом угловых швов без разделки кромок:

Зная катет шва, определяем площадь наплавки, мм²

Fн = k² / 2 + 1,05 kq , (34)

где k – катет шва, мм.

Рисунок 10

Устанавливаем количество проходов на основании того, что за первый проход при сварке в “лодочку” максимальный катет шва можно заварить 14мм, а при сварке в нижнем положении наклонным электродом – 8мм по формуле (16), где Fнс - принимаем в пределах 60-80мм².

Выбираем диаметр электрода, имея в виду, что угловые швы катетом 3-4мм можно получить лишь при использовании электродной проволоки диаметром 2мм, при сварке электродной проволокой диаметром 4-5мм минимальный катет составляет 5-6мм. Сварочную проволоку диаметром больше 5мм применять не следует, так как она не обеспечит провар корня шва.

Для принятого диаметра проволоки подбираем плотность тока по данным, приведенным ниже и определяем силу сварочного тока Iсв, А

Определяем коэффициент наплавки из ранее приведенных формул (27), (28), (29), в зависимости от рода тока и полярности.

Зная площадь наплавки за один проход, сварочный ток и коэффициент наплавки, определяем скорость сварки, м/час

Скорость подачи электродной проволоки определяется по формуле, м/ч

где F э – площадь поперечного сечения электродной проволоки, мм².

Скорость подачи электродной проволоки можно определить по формуле, м/ч

Определяем напряжение на дуге – Uд, оно изменяется от 28 до 36В.

Определяем погонную энергию сварки – q п по формуле, Дж/см

q п1,н = 650 F н1, с, (39)

где F н1,с – площадь поперечного сечения первого или последующего прохода, мм².

Определяем коэффициент формы провара.

Коэффициент формы провара должен быть не больше 2мм, иначе появляются подрезы, но в тоже время он не должен быть чрезмерно мал, так как швы получаются слишком глубокие и узкие, склонные к образованию кристаллизационных трещин, то есть горячих трещин .

Определяем глубину провара – h по формуле, мм

. (40)

2.6.5 Расчет режимов сварки в углекислом газе, в аргоне . Известно, что основные параметры режимов механизированных процессов дуговой сварки следующие: диаметр электродной проволоки – d э, вылет ее - l э, скорость подачи электродной проволоки - Vп.п, сила тока – Iсв, напряжение дуги – Uд и скорость сварки – Vсв, а также удельный расход СО 2 .

Полуавтоматическую сварку в углекислом газе выполняют короткой дугой на постоянном токе обратной полярности.

Расстояние от сопла горелки до изделия не должно превышать 22мм. Стыковые швы в нижнем положении сваривают с наклоном электрода от поверхностной оси на 5-20º. Угловые соединения сваривают с таким же наклоном в направлении сварки и наклоном поперек шва под углом 40-50º к горизонтали, смещая электрод на 1 - 1,15мм от угла на горизонтальную полку.

Тонкий металл сваривают без колебательных движений, за исключением мест с повышенным зазором. Швы катетом 4-8мм накладывают за один проход, перемещая электрод по вытянутой спирали. Корень стыкового шва заваривают возвратно – поступательно, следующей вытянутой спиралью, а последующие - серповидными движениями.

Проволокой толщиной 0,8-1,2мм сваривают металл во всех положениях, причем при вертикальных, горизонтальных и потолочных напряжение уменьшают до 17-18,5В, а силу тока на 10-20%.

Стыковые швы металла толщиной до 2мм, а угловые катетом – 5мм и корень стыковых швов большого сечения лучше сваривать сверху вниз. При сварке необходимо обеспечить защиту от сдувания газа и подсоса воздуха через зазор. Для уменьшения разбрызгивания в сварочную цепь можно последовательно включить дроссель.

Расчет параметров режимов производят в следующем порядке:

Определяют толщину свариваемого металла по чертежам;

В зависимости от толщины свариваемого металла выбирают диаметр электродной проволоки.

Таблица 13 Зависимость диаметра электродной проволоки от толщины свариваемого металла

Диаметр электродной проволоки для автоматической сварки может быть в интервале 0,7-3,0мм и выше, а для полуавтоматической – в интервале от 0,8-2,0мм.

Вылет электрода определяется по формуле, мм

l э = 10d э, (41)

Рассчитывают силу сварочного тока по формуле, А

Iсв = I F э, (42)

где i – плотность тока, А/мм² (диапазон плотностей сварочного тока от 100 до 200А/мм²), оптимальное значение 100-140А/мм²;

F э – площадь поперечного сечения электродной проволоки, мм².

Большое значение плотности тока соответствует меньшим диаметрам электродной проволоки.

Устойчивое горение дуги при сварке плавящимся электродам в углекислом газе достигается при плотности тока свыше 100А/мм². Так как определение основного параметра режима сварки основываются на интерполировании широкого диапазона рекомендованных плотностей тока, то Iсв необходимо уточнять по таблице 14 .

Таблица 14 Диапазоны сварочных токов основных процессов сварки в СО 2 проволокой Св-08Г2С

Примечание: ИДС к.з. – импульсный с частыми принудительными короткими замыканиями; КР без к.з. – крупнокапельный без коротких замыканий; КР с к.з. - крупнокапельный с короткими замыканиями.

При сварке в СО 2 проволокой Св-08Г2С в основном используют процесс с частыми принудительным коротким замыканиями и процесс с крупнокапельным переносом (таблица 12). При сварке порошковыми проволоками используют процесс с непрерывным горением дуги, а при сварке актированной проволокой – струйный процесс. Процесс с частыми короткими принудительными замыканиями получают при сварке в СО 2 проволоками диаметрами 0,5-1,4мм путем программирования сварочного тока, обеспечивающего изменение скорости плавления электрода и давления дуги.

Процесс с крупнокапельными переносом наблюдается при сварке проволоками диаметрами 0,5-1,5мм на повышенных напряжениях, а диаметрами более 1,6 – во всем диапазоне режимов сварки кремне-марганцевыми проволоками (см. таблицу 13). При низких напряжениях процесс протекает с короткими замыканиями, а при высоких без них.

При проверке расчетных режимов и внедрении их в производство необходимо помнить, что стабильный процесс сварки с хорошими техническими характеристиками можно получить только в определенном диапазоне сил тока, который зависит от диаметра и состава электрода и рода защитного газа (см. таблицу 13).

Регулирует силу тока изменением скорости подачи электродной проволоки. Сила тока определяет глубину провара и производительность процесса. Поэтому весь расчет режимов является ориентировочным и на практике требует уточнения.

Определяют скорость подачи электродной проволоки по формуле, м/ч

где Vп.п – скорость подачи проволоки, м/ч;

α р – коэффициент расплавления электродной проволоки, г/Ач;

Iсв – сварочный ток, А;

dэ – диаметр электродной проволоки, мм;

γ – плотность металла электродной проволоки г/см³ (γ=0,0078г/мм³).

Коэффициент расплавления определяется по формуле, г/Ач

α р = 3,6·10 -1 , (44)

Определяется скорость сварки по формуле, м/ч

, (46)

где Vсв – скорость сварки, м/ч;

α н – коэффициент наплавки, г/Ач;

Iсв – сварочный ток, А;

Fн – площадь поперечного сечения, мм²;

γ – плотность наплавленного металла, г/см³;

0,9 – коэффициент, учитывающий потери на угар и разбрызгивание.

Коэффициент наплавки, г/Ач определяется по формуле, г/Ач

α н = α р (1 – ψ / 100), (47)

где ψ – потеря электродного металла вследствие окисления, испарения и разбрызгивания, % (ψ = 7-15%, принимают обычно ψ = 10%). Потери электродного металла возрастают с увеличением напряжения на дуге.

Напряжение на дуге принимают в интервале 16-34В. Большие значения соответствуют большей величине тока. Напряжение можно определить по графику (см. рисунок 11).

Рисунок 11

Напряжение на дуге предварительно подбирается и может быть установлено при настройке, например, по напряжению холостого хода источника тока. К параметрам режима сварки в среде углекислого газа относится удельный расход газа – q г, который зависит от положения шва в пространстве, скорости сварки, типа соединения и толщины свариваемого металла . Параметры режима сварки свести в таблицу 15

Таблица 15

Похожая информация.

К числу параметров влияющих на процесс сварки и формирование сварочного шва при полуавтоматической сварки относят:

• род и полярность сварочного тока;
• диаметр сварочной проволоки;
• сила сварочного тока;
• расход защитного газа;
• скорость подачи сварочной проволоки;
• скорость сварки;

Род и полярность тока

Полуавтоматическая сварка ведется на постоянном токе обратной полярности. Прямую полярность не смотря на большую скорость расплавления металла не используют. Это связано с менее стабильным горением дуги и более интенсивным разбрызгиванием. В редких случаях используют переменные источники питания.

Рис. 1. Интенсивное разбрызгивание металла на прямой полярности

Диаметр сварочной проволоки

Для механизированной сварки производят проволоки диаметром от 0,5 до 3 мм. Необходимую толщину сварочной проволоки выбирают в зависимости от толщины сварных деталей и пространственного положения шва в пространстве. Сварка проволокой малого диаметра отличается более устойчивым горением дуги и большой глубиной проплавления металла. Разбрызгивания металла менее интенсивные. Повышается коэффициент наплавленного металла. С увеличением диаметра сварочной проволоки необходимо повышать силу сварочного тока и соответственно наоборот.

Сила сварочного тока

От силы сварочного тока при полуавтоматической сварке во многом зависит производительность процесса. Устанавливается ток в зависимости от используемого диаметра электродной проволоки и толщины конструкции. Чем больше значение силы тока, тем больше глубина проплавления шва.

Сила тока при механизированных методах сварки связана со скоростью подачи проволоки и регулируется изменением скорости подачи.

Напряжение на дуге

При выборе напряжения на дуге руководствуются установленной силой тока. Регулировать напряжение дуги можно изменяя напряжение холостого хода источника питания.

При сварке на высоком напряжении дуги возможно ухудшение газовой защиты и как следствие образование пор. Увеличение напряжения приводит к увеличению разбрызгивания и росту ширины шва. Глубина шва уменьшается, поэтому для механизированной сварки необходимо выбирать не высокие показатели напряжения на дуге.

Расход защитного газа

Расход газа во многом зависит от диаметра сварочной проволоки и тока. При сварке на открытых монтажных площадках или сквозняках необходимо увеличить расход защитного газа. Для улучшения газовой защиты также снижают скорость сварки или приближают сопло горелки к поверхности металла.

Для удержания защитного газа вблизи зоны сварки можно использовать защитные экраны.

Рис. 3. Защитные экраны

Скорость подачи сварочной проволоки

Скорость подачи проволоки регулируется вместе с током. Если при сварке наблюдаются короткие замыкания необходимо понизить скорость подачи, а при возникающих обрывах дуги скорость подачи повышают. Правильно выбранная скорость подачи проволоки отличается стабильным процессом горения дуги.

Скорость сварки

При полуавтоматической сварке скорость перемещения горелки устанавливает сварщик. Необходимо выбирать такую скорость при которой получается качественное формирование сварного шва. Толстостенные конструкции принято сваривать на высокой скорости формируя узкие швы. На высокой скорости сварки необходимо следить чтобы конец проволоки и металла шва не окислялся через выход из зоны защиты газа. На низкой скорости сварки ширина шва повышается из-за разрастания сварной ванны. Повышается способность образования пор.

Вылет и выпуск электродной проволоки

Вылет - расстояние между концом проволоки и токоподводящим наконечником.

Выпуск - расстояние между концом проволоки и соплом горелки.

Рис. 4. Вылет и выпуск электрода

Слишком высокий вылет ухудшает формирование шва и устойчивость горения сварочной дуги, интенсивнее разбрызгивается металл. При малом вылете возможно подгорание сопла и токоподводящего наконечника горелки.

При большом выпуске конца проволоки возможен выход из газовой защиты. Маленький выпуск затрудняет визуальное наблюдение за процессом сварки. Более сложно выполнять угловые швы.

Правильно выбранные режимы сварки отличаются стабильным процессом сварки и легким зажиганием дуги.

Режим сварки как совокупность характеристик (параметров) сварочного процесса, определяющих свойства получаемых сварных соединений, является компонентом технологии сварки. Для каждого способа и разновидности сварки применяют определенный набор параметров режима и их значений.

В специализированной литературе приводится множество рекомендаций по режимам сварки преимущественно в виде таблиц, данные которых составлены на основе результатов производственного опыта. Большинство приводимых данных относится к сварке углеродистых и низколегированных сталей, показывает числовые значения основных (обязательных) параметров для соединений разных типов и толщине металла в нижнем положении. Сведения об остальных параметрах режима и других условиях сварки приводятся эпизодически, не всегда, иногда в виде кратких записей в тексте. Но фактически их влияние тоже учитывается при отработке режимов сварки.

Специалисты Пермского нацио-нального исследовательского политехнического университета провели работу по изучению методики определения одного из «неосновных» параметров режима - числа проходов при многопроходной дуговой сварке.

В литературе имеется мало сведений об этом параметре режима. Известно, что металл повышенных толщин можно сварить с разным числом проходов. По экономическим соображениям предпочтительным представляется сварка с минимальным числом проходов, так как при этом будут меньше трудозатраты на зачистку швов от шлака после каждого прохода. Но должны учитываться и другие факторы.

Впервые вопрос о расчете числа проходов был изучен В. П. Демянцевичем, применительно к ручной дуговой сварке покрытыми электродами. Была показана связь оптимального числа проходов с необходимостью получения слоя наплавленного за один проход металла, имеющего определенную площадь поперечного сечения. Это положение связывается со скоростью перемещения электрода вдоль стыка. Как при слишком малой, так и при слишком большой скорости сварки возможно образование дефектов - непроваров и неудовлетворительное формирование шва.

Также впервые указано на необходимость сварки на разных режимах первого (корневого) и последующих проходов. Площадь наплавки за один проход связывается с диаметром электрода. Для ручной дуговой сварки рекомендованы следующие зависимости:

•  для первого прохода F1 = (6/8) dэ,
•  для последующих проходов

Fп = (8/12)dэ.

В этих формулах dэ - диаметр электрода в мм; F1 и Fп - площади поперечного сечения соответственно первого и каждого последующего прохода в мм2.

Общее число проходов n может быть определено по формуле:

n = (Fн. м. - F1)/Fп + 1,

где Fнм - общая площадь поперечного сечения наплавленного металла всего шва в мм2.

В настоящее время значения площадей поперечного сечения наплавленного металла для стандартных сварных соединений можно найти в изданных еще в советское время Общемашиностроительных укрупненных нормативах времени (ОУНВ) на разные способы сварки. Разработчики этих документов проводили расчеты в помощь нормировщикам сварочных работ, но они могут использоваться для решения других технических задач.

В ОУНВ на ручную дуговую сварку в Приложении 10 приведены формулы для расчета площади поперечного сечения наплавленного металла всех сварных соединений из ГОСТ 5264-80, а в Приложениях 2-7 - рассчитанные по этим формулам значения площадей для разных толщин металла или катетов угловых швов.

Аналогичные, но еще более обширные сведения имеются в ОУНВ на дуговую сварку в среде инертных газов. Там так же в приложении приведены расчетные формулы, а сами рассчитанные по ним значения площадей в карты неполного штучного времени для каждого типа соединения по ГОСТ 14771-76 (для сталей) и ГОСТ 14806-80 (для алюминия и алюминиевых сплавов). Особенно важно, что в тех же картах неполного штучного времени имеются данные о количестве проходов.

К достоинствам ОУНВ следует отнести большую дифференциацию интересующих нас данных по способам сварки (ручная, полуавтоматическая, автоматическая), типам электродов (плавящийся, неплавящийся), группам свариваемых материалов (углеродистые и низколегированные стали, высоколегированные и легированные, алюминий и алюминиевые сплавы, медь и медно-никелевые сплавы).

К сожалению, в специализированной литературе нет аналогичных данных для сварки под флюсом. В принципе их можно получить расчетами, учитывая, что основные виды разделки кромок по ГОСТ 8713-79 аналогичны таковым для сварки в защитных газах и значит можно использовать те же формулы для расчета площадей поперечного сечения наплавленного металла, а конкретные значения конструктивных элементов подготовки кромок и размеров швов имеются в ГОСТе. На данный момент такие расчеты не проводились.

Современные методы и средства статистической обработки данных позволяют значительно упростить работу пользователей. В частности табличное представление данных во многих случаях можно заменить аналитическими моделями. Такую свертку таблиц провели в отношении данных о площадях наплавленного металла для разных типов соединений из ГОСТ 5264-80 и 14771-86. Расчеты показали, что значения площадей Fнм достаточно точно описываются формулами вида полинома второй степени.

Fнм = b1 + b1S + b2S2,

где S - толщина свариваемых деталей (или катет шва для соединений с угловыми швами); b0, b1, b2 - коэффициенты уравнения.

Для каждого типа сварного соединения коэффициенты индивидуальны. Чтобы рассчитать требуемую площадь, достаточно найти соответствующую формулу и подставить в нее значения толщины металла S (или катет шва). Этим полиноминальные модели выгодно отличаются от приводимых в литературе общих формул для расчета площадей.

В качестве примера приведены две формулы для расчета площади Fнм в соединении С17 - одну из ОУНВ, другую - полученную статистической обработкой данных:

Fнм = Sb + (S - c)2 tgα + 0,75eg,

Fнм = -9,36 + 3,26S + 0,33S2.

Видно, что для расчетов по первой формуле необходимо для каждой толщины металла брать из ГОСТа еще пять значений конструктивных элементов подготовки кромок и размеров швов, тогда как во втором выражении присутствует только одна переменная - толщина металла S.

Таким образом, в рассмотренных источниках информации есть данные об общих площадях поперечных сечений наплавленного металла для стандартных сварных соединений. К сожалению, ОУНВ были изданы более 20 лет тому назад, с тех пор не пересматривались и не переиздавались, поэтому в настоящее время они малодоступны для широкого круга специалистов.

Еще большую проблему создает неопределенность рекомендаций о расчетных значениях площадей F1 и Fп для первых и последующих проходов (см. таблицы 1 и 2).

Выбранный метод контроля должен обеспечивать возможность выявления скрытых дефектов (трещин, непроваров и др.) весьма опасных с точки зрения концентрации напряжений. Кроме того, он должен отличаться точностью оценки качества, простотой, экономичностью и безопасностью.

3.2. Полуавтоматическая сварка и наплавка в углекислом газе

проволокой сплошного сечения

При сварке в углекислом газе применяют следующие виды подготовки кромок свариваемых элементов:

1) при толщине листов 1÷2 мм – I-образную, без скоса кромок зазор в стыке 0÷1 мм, сварка односторонняя (см. рис. 1, а);

2) при толщине листов 3÷12 мм – I-образную, зазор в стыке 0÷1,5 мм, сварка двухсторонняя (см. рис. 1, в);

3) при толщине листов 14÷24 мм – V-образную, угол разделки 40±50, притупление кромок 2÷3 мм, зазор в стыке 0÷1,5 мм; сварка многопроходная с подваркой корня шва (см. рис. 1, г).

В основу выбора диаметра электродной проволоки положены те же принципы, что при выборе диаметра электрода при ручной дуговой сварке:

Сварку в углекислом газе выполняют легированной проволокой сплошного сечения, как правило, Св-08ГС, Св-08Г2С и др.

Расчет величины сварочного тока, А, при сварке проволокой сплошного сечения производится по формуле

где а – плотность тока в электродной проволоке, А/мм2 (при сварке в СО2
а = 110 – 180 А/мм2); DIV_ADBLOCK88">

Механизированные способы сварки позволяют использовать значительно большие плотности тока по сравнению с ручной сваркой. Это объясняется меньшей длиной вылета электрода.

Процесс сварки в углекислом газе на постоянном токе прямой полярности отличается меньшей глубиной проплавления основного металла, при этом заметно снижается устойчивость дуги и возрастает склонность металла шва к образованию пор. Поэтому сварку в углекислом газе предпочтительно вести на обратной полярности.

Напряжение дуги и расход углекислого газа выбираются в зависимости от силы сварочного тока:

При сварке на токах 200–250 А длина дуги должна находиться в пределах 1,5https://pandia.ru/text/78/253/images/image017_37.gif" width="17" height="15 src=">15 мм (уменьшается с повышением сварочного тока).

Vпр, м/ч, рассчитывается по формуле

https://pandia.ru/text/78/253/images/image019_34.gif" width="27" height="32"> – коэффициент расплавления проволоки, г/А·ч; Icв – сварочный ток, А;
dэ – диаметр электродной проволоки, мм; r – плотность металла проволоки (для стали r = 7,8 г/см3).

Для сварки в углекислом газе значение , г/А·ч, может быть рассчитано по формуле

. (3.14)

Скорость полуавтоматической сварки или скорость перемещения электрода при укладке отдельного слоя (валика) многослойного шва, м/ч, определяется по формуле (3.6)..gif" width="23" height="24"> – коэффициент потерь на угар и разбрызгивание. При сварке в СО2 = 0,10 ÷ 0,15.

При наплавке скорость перемещения дуги при укладке отдельного валика можно рассчитать по формуле (3.6), если принять площадь поперечного сечения валика Fн(с) = 0,3÷0,7 см2.

рассчитываются по формулам (3.7)–(3.12).

Расход электродной проволоки https://pandia.ru/text/78/253/images/image024_21.gif" width="163 height=33" height="33">. (3.15)

3.3. Автоматическая сварка (наплавка)

под флюсом проволокой сплошного сечения

При автоматической сварке и наплавке под флюсом чаше всего применяют следующие виды подготовки кромок:

1) I-образная (без скоса кромок) – применяют при однопроходной и двухпроходной сварке. При однопроходной сварке чаще всего ее выполняют на остающейся стальной подкладке (рис. 1, б) или по ручной подварке при соединении листов толщиной 10¸12 мм. Зазор b3 между кромками 2¸3 мм. При двухпроходной сварке листов толщиной 14¸60 мм сварку ведут по зазору b3 между кромками 3¸11 мм, который увеличивается с толщиной свариваемых листов;

2) V-образная со скосом кромок под углом 60±5° (рис. 1, г), применяется для листов толщиной 14¸30 мм. Сварка выполняется по ручной подварке. Притупление кромок и зазор между ними 0¸3 мм;

3) Х-образная со скосом кромок под углом 60±5° (рис. 1, е), применяется для листов толщиной 20¸60 мм и более.

Для сварки стали применяют сварочную проволоку по ГОСТ 2246-70 (Св08, Св08ГА, Св10Г2, Св08ГС, Св18ХГС, Св08ХМ, Св08ХГ2С, Св08ХНМ и др.).

Расчет силы сварочного тока производят по формуле (3.12).

Плотность тока при автоматической сварке под флюсом изменяется в достаточно широком диапазоне (табл. 4). Рекомендуется при сварке для более глубокого проплавления использовать высокие значения плотности тока в электродной проволоке (а https://pandia.ru/text/78/253/images/image017_37.gif" width="17" height="15 src=">50 А/мм2). Диаметр электродной проволоки желательно выбирать таким, чтобы он обеспечил максимальную производительность сварки (наплавки) при требуемой глубине проплавления. В табл. 4 приведено влияние силы сварочного тока и его плотности на глубину проплавления.

Таблица 4

Зависимость глубины проплавления от параметров

режима автоматической сварки под флюсом

Примечание: в числителе – сила сварочного тока, А; в знаменателе – плотность тока в проволоке, А/мм2.

Зависимость напряжения дуги от силы сварочного тока (флюс АН-348А) следующая:

Выбор силы сварочного тока определяется по формуле (3.4).

Вылет электродной проволоки может быть в интервале 30÷60 мм. Высокие его значения соответствуют большему диаметру электродной проволоки и силе тока.

Скорость подачи электродной проволоки определяется по формуле (3.13).

Коэффициент расплавления проволоки сплошного сечения , г/А·ч, при сварке под флюсом определяется по формулам:

– для переменного тока

https://pandia.ru/text/78/253/images/image027_18.gif" width="111" height="57 src=">, г/А·ч (3.17)

– для постоянного тока обратной полярности

https://pandia.ru/text/78/253/images/image029_18.gif" width="28" height="28"> = aр · (1 – j), где j – коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание, принимается равным 0,02¸0,03.

Марка флюса выбирается в зависимости от химического состава основного металла и требований, предъявляемых к свойствам наплавленного металла. Наиболее часто употребляются флюсы АН-348А или ОСЦ-45 в сочетании с проволокой Св08А.

Толщина слоя флюса зависит от силы сварочного тока:

Масса наплавленного металла, время горения дуги, время сварки, расход электроэнергии рассчитываются по формулам (3.7)–(3.11).

Расход проволоки сплошного сечения определяется по формуле (3.15).

Выбор оборудования – см. прил. 2 и 3.

3.4. Полуавтоматическая сварка (наплавка)

порошковой самозащитной проволокой

Для механизированной сварки открытой дугой без дополнительной защиты зоны сварки применяют специальные порошковые проволоки. Наиболее широкое применение в нашей стране нашли проволоки марок ПП-АН1 и ПП-АН3. Проволоки обеих марок обладают хорошими сварочно-технологическими свойствами, минимальной токсичностью, обеспечивают малое разбрызгивание металла, хорошее формирование шва и отделение шлаковой корки. Коэффициент наплавки проволоки ПП-АН1 aн=12÷13 г/(А·ч), ПП - АН3-aн=13÷17 г/(А·ч).

Металл швов, выполненных проволокой ПП-АН1, по качеству соответствует металлу, наплавленному электродами типа Э46, а проволокой ПП-АН3 – электродами типа Э50. Сварку рекомендуется производить на постоянном токе обратной полярности. Режимы сварки самозащитными порошковыми проволоками приведены в табл. 5. Подготовка кромок под сварку выполняется так же, как и при сварке в СО2.

Таблица 5

Параметры режима полуавтоматической сварки

самозащитными порошковыми проволоками

MIG/MAG - Metal Inert / Active Gas - дуговая сварка плавящимся металлическим электродом (проволокой) в среде инертного/активного газа с автоматической подачей присадочной проволоки. Это полуавтоматическая сварка в среде защитного газа - наиболее универсальный и распространенный в промышленности метод сварки.

Принципы процесса, характеристики дуги

Технологические свойства дуги существенно зависят от физических и химических свойств защитных газов, электродного и свариваемого металлов, параметров и других условий сварки. Это обусловливает многообразие способов сварки в защитных газах. Рассмотрим классификацию процесса сварки в защитных газах плавящимся электродом по наиболее существенным признакам.

Полуавтоматическая сварка плавящимся электродом производится в инертных газах Аг и Не (MIG) и их смесях Аг + Не, в активном газе СO2 (MAG), а также в смесях инертных и активных Аг + О2, Аг + СО2, Аг + СО + О2 и активных газов СО2 + О2. В качестве электродных проволок применяют сплошные из нелегированных и легированных сталей и цветных металлов (Ni, Си, Mg, Al, Ti, Mo), а также несплошные порошковые и активированные. Сварка плавящимся электродом выполняется в основном на постоянном токе, применяется также и сварка импульсным током. Находят применение и другие способы сварки: на нормальном и увеличенном вылете, со свободным и принудительным формированием шва, без колебаний и с колебаниями электродной проволоки, в атмосфере и под водой, в стандартную и нестандартную узкую щелевую разделку кромок и др. Принцип дуговой сварки плавящимся металлическим электродом в защитном газе показан на Рис. 1.

Рис. 1. Схема полуавтоматической сварки

Oсновные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений из сталей, а также сплавов на железоникелевой и никелевой основах, выполняемых дуговой сваркой в защитном газе указаны в ГОСТ 14771.

В зависимости от уровня механизации и автоматизации процесса различают сварку:

• механизированную, при которой перемещения горелки выполняются вручную, а подача проволоки механизирована;
• автоматизированную, при которой все перемещения горелки и подача проволоки механизированы, а управление процессом сварки выполняется оператором-сварщиком;
• автоматическую (роботизированную), при которой управление процессом сварки выполняется без непосредственного участия оператора-сварщика.

Сварочное оборудование

В состав сварочного оборудования входят источник сварочного тока и сварочный аппарат. Составные части сварочного оборудования и их функции определяются уровнем механизации и автоматизации процесса, параметрами режима сварки, необходимостью их установки и регулировки в режиме наладки и сварки.

Основными параметрами автоматизированной дуговой сварки плавящимся электродом в СО2, Аг, Не и смесях газов (MAG, MIG) являются:

1. Сварочный ток Ic (~40.,.600 А);
2. Напряжение сварки Uc (~16...40 В);
3. Скорость сварки Vc (~4...20 мм/с), (-14.4...72 м/ч);
4. Диаметр электродной проволоки Dпр (~0.8...2.5 мм);
5. Длина вылета электродной проволоки Lв (~8...25 мм);
6. Скорость подачи электродной проволоки Vп (~35...250 мм/с);
7. Расход защитного газа Qг (~3...60 л/мин).

Принцип дуговой сварки в защитных газах определяет основные функции оборудования:

• подвод к дуге электрической энергии и её регулирование (Ic, Uc);
• перемещение горелки со скоростью сварки (Vc) и её регулирование;
• подача электродной проволоки (Vп) в зону сварки и регулирование её скорости;
• подача защитного газа (Qг) в зону сварки и регулирование его расхода;
• установка вылета электродной проволоки (Lв) и корректирующие перемещения горелки;
• возбуждение дуги и заварка кратера;
• автоматическое слежение по линии сварки и др.

При пуске сварочного аппарата схема управления должна обеспечивать такую последовательность включения частей и механизмов оборудования:

1. Подачу защитного газа (Qг), предварительную продувку системы подачи газа;
2. Включение источника питания дуги (U);
3. Подачу электродной проволоки (Vп);
4. Возбуждение дуги (Ic, Uc);
5. Перемещение аппарата со скоростью сварки (Vc):

Q г U V п lcUc Vc

При окончании сварки последовательность выключения механизмов должна обеспечивать заварку кратера и защиту остывающего шва:

Vc Vn lc Uc U Q г

Сварка в защитных газах плавящимся электродом выполняется как в производственном помещении на специально оборудованных рабочих местах (сварочный пост, установка, станок, РТК), так и вне его (строительная площадка, трасса трубопровода и др.). Сварочные посты имеют местную вентиляцию и ограждены щитами или экранами для защиты окружающих от излучения дуги и брызг электродного металла. По назначению сварочное оборудование разделяют на универсальное, специальное и специализированное. Рассмотрим кратко принципы компоновки универсального сварочного оборудования общего назначения, которое выпускается серийно. Установка для механизированной дуговой сварки плавящимся электродом в защитных газах обычно включает:

• механизм подачи электродной проволоки;
• сварочную горелку;
• кабель-пакет;
• встроенный в источник блок управления или отдельный шкаф управления;
• систему подачи защитного газа (баллон, подогреватель газа для СО2), газовый редуктор, смеситель газов, газовые шланги, электроклапан);
• кабели цепей управления;
• сварочные кабели с зажимами;
• систему охлаждения водой (дополнительно);
• приспособление для сборки и кантовки сварного узла (механическое оборудование).

Комплект установки для дуговой механизированной сварки, которую традиционно называют сварочным полуавтоматом, показан на Рис.2.

Рис.2. Схема установки для дуговой механизированной сварки в СО2

Сварочные полуавтоматы находят самое широкое применение, имеют различное назначение и конструктивное исполнение. Основным исполнением полуавтоматов является по способу защиты зоны дуги:

• для сварки в активных газах (MAG);
• для сварки в инертных газах (MIG);
• для сварки в инертных и активных газах (MIG/MAG);
• для сварки порошковой или самозащитной электродной проволокой (FCAW).

Различают три основные системы подачи электродной проволоки: толкающего, тянуще-толкающего и тянущего типов. Наиболее распространенной является система подачи толкающего типа, которая ограничивает длину горелки до 5 м., но отличается простотой и небольшой массой. Другие системы позволяют увеличить длину шлангов до 10-20 м и использовать тонкую проволоку диаметром меньше 1 мм, но механизм подачи в горелке увеличивает её массу. Регулировка скорости подачи проволоки чаще применяется плавная, но возможна плавно-ступенчатая и ступенчатая. В случае порошковой проволоки применяют две пары подающих роликов, чтобы предупредить её сплющивание. По радиусу рабочей зоны различают полуавтоматы монокорпусные (механизм подачи установлен внутри корпуса источника сварочного тока, радиус действия сварщика определяется длиной сварочной горелки), передвижные (механизм подачи можно перемещать относительно источника до 15 м) и переносные (специальные или «кейсового» типа с длиной кабель-пакета до 40-50 м).

Токосъемный наконечник является сменной быстро изнашиваемой деталью. От надежности контакта в нем зависит стабильность процесса сварки. К сменным деталям относятся токосъемный наконечник и сопло, которые нагреваются от излучения дуги и забрызгивания.

Установки для автоматизированной дуговой сварки плавящимся электродом в защитных газах СО2, Аг, Не и смесях (MIG/MAG) общего назначения обычно включают:

• источник постоянного или импульсного тока;
• сварочный аппарат (трактор, подвесную или самоходную головку) с механизмами подачи электродной проволоки, перемещения сварочного аппарата со скоростью сварки и подъёма-опускания горелки;
• катушку или кассету со сварочной проволокой;
• горелку с механизмом наклона и корректирующих перемещения её по высоте и поперек шва;
• пульт управления на сварочном аппарате;
• блок управления, встроенный в сварочный аппарат или размещенный отдельно шкаф управления;
• систему подачи защитного газа;
• система охлаждения водой.

Сварочные материалы

При сварке MIG/MAG используют защитные газы и электродные проволоки. В Таблице 1 приведены типы газов по классификации Международного Института Сварки.

Таблица 1. Типы защитных газов.

Как видно из таблицы, применяются чистые газы инертные и активные, смеси газов в различных сочетаниях: инертные + инертные, инертные + активные и активные + активные. Водород при сварке плавящимся электродом не применяется из-за высокого разбрызгивания. Активный газ двуокись углерода (СО2) регламентируется по ГОСТ 8050-85, кислород газообразный по стандарту ГОСТ 5583-78.

Применяется метод расчета расхода защитного газа Нг в литрах или кубических метрах на 1 м шва определяется в основном для малого производства по следующей формуле:

Нг = (Нуг х Т + Ндг)

где Нуг - удельный расход защитного газа, приведенный в Таблице 3, м3/с (л/мин); Т - основное время сварки n-го прохода, с (мин); Ндг - дополнительный расход защитного газа на выполнение подготовительно-заключительных операций при сварке n-го прохода.

Таблица 2. Удельный расход защитного газа.

По ГОСТ 2246-70 предусматривается изготовление 75 марок сварочных проволок, в том числе и для сварки в защитных газах. Средне- и сильноокислительные газы группы М2 и МЗ (Аг + СО2, Аг + О2, Аг + СО2 + О) и С (СО, СО2 + О2) применяются в сочетании с проволоками, содержащими раскислители Mn, Si, Al, Ti и др. (например СВ-08Г2С, СВ-08ГСМТ, СВ-08ХГ2С). Более точные рекомендации по выбору электродных проволок целесообразно давать при изучении сварки конкретных групп конструкционных материалов.

Порошковые проволоки применяются для сварки без защиты и с дополнительной защитой зоны сварки углекислым газом (самозащитные и газозащитные проволоки). По типу сердечника порошковые проволоки можно разделить на:

• самозащитные: рутил-органические, карбонатно-флюоритные, флюоритные;
• газозащитные: рутиловые, рутил-флюоритные.

Применение порошковых проволок вместо сплошных позволяет легировать шов в широких пределах и повышать стойкость его против пор и горячих трещин, обеспечивать заданные механические свойства. Кроме того, наличие шлака снижает разбрызгивание и улучшает форму шва.

Типы переноса электродного металла и их применение

При сварке плавящимся электродом открытой дугой перенос электродного металла представляет сложный процесс. Много факторов оказывает влияние на перенос: состав и свойства защитного газа, состав и свойства электродного металла, род тока и полярность, параметры режима сварки, вольтамперная характеристика источника тока и его динамические свойства и др.

Можно выделить следующие виды переноса электродного металла:

• без коротких замыканий дуги и с короткими замыканиями;
• крупно-, средне-, мелкокапельный и струйный;
• без разбрызгивания и с разбрызгиванием.

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. 3:

Рис. 3. Форма проплавления металла.

а) меньше критического;

б) больше критического.

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 незначительном мелкокапельном разбрызгивании. Сварка 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 СО2 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, разбрызгивание 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 переноса получил название переноса с короткими замыканиями. При второй форме капля отделяется от торца электрода без касания поверхности сварочной ванны и, поэтому, этот тип переноса называется переносом без коротких замыканий. Последняя форма переноса металла подразделяется на 6 отдельных типов согласно особенностям формирования и отделения капель электродного металла от торца электрода. Таким образом, согласно классификации предложенной Международным Институтом Сварки, существует 7 основных типов переноса металла, проиллюстрированных на Рис. 4 (условия этих сварок приведены в Табл. 3)

Рис. 4. Типы переноса металла при сварке MIG/MAG

Условия сварки экспериментов для иллюстрации различных типов переноса металла, представленных на Рис. 4 (электронный источник питания).

Таблица 3. Типы переноса металла при сварке MIG/MAG.

При переносе металла с короткими замыканиями 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 поверхности ванны раньше своего отделения от торца электрода). Этот тип переноса металла имеет место как при сварке MIG , так и при сварке MAG. В начале короткого замыкания напряжение дуги резко падает (до уровня напряжения короткого замыкания) и остаётся низким до его окончания, в то время как ток короткого замыкания быстро повышается. Разогрев перемычки жидкого металла между торцом электрода и сварочной ванной (вызываемый проходящим высоким током короткого замыкания) способствует её разрыву.

Перенос металла при импульсном режиме дуговой сварки

Главной особенностью процесса импульсно-дуговой сварки является возможность получения мелкокапельного переноса электродного металла при среднем значении тока сварки (Iм) ниже критического, который в обычных условиях определяет границу между крупнокапельным и мелкокапельным переносом металла. В этом методе управления переносом металла ток принудительно изменяется между двумя уровнями, называемыми базовым током (Iб) и током импульса (Iи) Рис. 5. Уровень базового тока выбирается из условия достаточности для обеспечения поддержания горения дуги при незначительном влиянии на плавление электрода. Функцией тока импульса, который превышает критический ток, является форма тока, показанная на Рисунке 5 (типа «одна капля за один импульс»).

Рис. 5. Импульсная дуговая сварка

Для практических показателей взята стальная электродная проволока СВ08Г2С диаметром 1,2 мм; защитный газ Аг+5%02; ток импульса Iи = 270 A; время импульса tи = 5,5 мс; базовый ток Iб = 70 A; время паузы tп = 10 мс; скорость подачи проволоки во время импульса Vпи = 3,5 м/мин; скорость подачи проволоки во время паузы Vпп = 28 см/мин; вылет электрода - 18 мм.

Плавление торца электрода, формирование капли определённого размера и срыв этой капли с торца электрода происходит под 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 амплитуда и длительность (tи) определяют выделяемую энергию дуги, а следовательно, скорость расплавления электрода. Сумма длительностей импульса tu и паузы (tп) определяет период пульсации тока, а её обратная величина даёт частоту пульсации. Перенос электродного металла при дуговой сварке с импульсом характеризуется следующими параметрами:

• 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 паузы).

Рис. 6. Перенос капли электродного металла.

В связи с тем, что формирование и отрыв капли управляется амплитудой и длительностью тока импульса (Iи и tu), базовый ток сварки (Iб) может быть уменьшен существенно ниже уровня критического тока, что достигается либо простым увеличением времени базы (tб), т.е., снижением частоты импульсов, либо снижением базового тока (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 тонколистового металла, так и при сварке металла больших толщин во всех пространственных положениях.

Другим преимуществом импульсного режима 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, повышенные требования к квалификации сварщиков, а также использование значительно более сложного и дорогого сварочного оборудования в совокупности с более низкой гибкостью (универсальностью) процесса.

Особенности сварки в среде углекислого газа

Углекислый газ является активным газом. При высоких температурах происходит диссоциация (разложение) его с образованием свободного кислорода:

2СО 2 2СО + О 2

Молекулярный кислород под действием высокой температуря сварочной дуги диссоциирует на атомарный по формуле:

О 2 2О

Атомарный кислород, являясь очень активным, вступает в реакцию с железом и примесями, находящимися в стали, по следующим уравнениям:

Si + 2O = SiО2.

Чтобы подавит реакцию окисления углерода и железа при сварке в углекислом газе, в сварочную ванну вводят раскислители (марганец и кремний), которые тормозят реакции окисления и восстанавливают окислы по уровням:

FeO + Mn = MnO + Fe,

2FeO + Si = SiО2 + 2Fe и т.д.

Образующиеся окислы кремния и марганца переходят в шлак. Исходя из этого при сварке в углекислом газе малоуглеродистых и низкоуглеродистых сталей необходимо применять кремний-марганцовистые проволоки, а для сварки легированных сталей – специальные проволоки.

Таблица 4. Сварочные проволоки для сварки малоуглеродистых и легированных сталей.

Подготовка металла под сварку состоит в следующем. Чтобы в наплавленном металле не было пор, кромки сварных соединений необходимо зачищать от ржавчины, грязи, масла и влаги на ширину до 30мм по обе стороны от зазора. В зависимости от степени загрязнения зачищать кромки можно протиркой ветошью, зачисткой стальной щёткой, опескоструиванием, а также обезжириванием с последующим травлением. Следует заметить, что окалина почти не влияет на качество сварного шва, поэтому детали после газовой резки могут свариваться сразу после зачистки шлака. Разделывают кромки под сварку так же, как и при полуавтоматической сварке под слоем флюса.

Выбор режимов сварки в среде углекислого газа

К параметрам режима сварки в углекислом газе относятся: род тока и полярность, диаметр электродной проволоки, сила сварочного тока, напряжение на дуге, скорость подачи проволоки, вылет электрода, расход углекислого газа, наклон электрода относительно шва и скорость сварки.

При сварке в углекислом газе обычно применяют постоянный ток обратной полярности, так как сварка током прямой полярности приводит к неустойчивому горению дуги. Переменный ток можно применять только с осциллятором, однако в большинстве случаев рекомендуется применять постоянный ток.

Диаметр электродной проволоки следует выбирать в зависимости от толщины свариваемого металла.

Сварочный ток устанавливается в зависимости от выбранного диаметра электродной проволоки.

Основные режимы полуавтоматической сварки приведены в Таблице 5.

Таблица 5. Основные режимы сварки.

С увеличением силы сварочного тока увеличивается глубина провара и повышается производительность процесса сварки.

Напряжение на дуге зависит от длины дуги. Чем длиннее дуга, тем больше напряжения на ней. С увеличением напряжения на дуге увеличивается ширина шва и уменьшается глубина его провара. Устанавливается напряжение на дуге в зависимости от выбранной силы сварочного тока.

Скорость подачи электродной проволоки подбирают с таким расчётом, чтобы обеспечивалось устойчивое горение дуги при выбранном напряжении на ней. Вылетом электрода называется длина отрезка электрода между его концом и выходом его из мундштука. Величина вылета оказывает большое влияние на устойчивость процесса сварки и качество сварного шва. С увеличением вылета ухудшается устойчивость горения дуги и формирования шва, а также увеличивается разбрызгивание. При сварке с очень малым вылетом затрудняется наблюдение за процессом сварки и часто подгорает контактный наконечник. Величину вылета рекомендуется выбирать в зависимости от диаметра электродной проволоки.

Кроме вылета электрода, необходимо выдерживать определённое расстояние от сопла горелки до изделия (Табл.6), так как с увеличением этого расстояния возможно попадание кислорода и азота воздуха в наплавленный металл и образования пор в шве. Величину расстояния от сопла горелки до изделия следует выдерживать в приведенных значениях.

Расход углекислого газа определяют в зависимости от силы тока, скорости сварки, типа соединения и вылета электрода. В среднем газа расходуется от 5 до 20 л/мин. Наклон электрода относительно шва оказывает большое влияние на глубину провара и качество шва. В зависимости от угла наклона сварку можно производить углом назад и углом вперёд.

При сварке под углом назад в пределах 5 – 10° улучшается видимость зоны сварки, повышается глубина провара и наплавленный металл получается боле плотным. При сварке под углом вперёд труднее наблюдать за формированием шва, но лучше наблюдать за свариваемыми кромками и направлять электрод точно по зазорам. Ширина валика при этом возрастает, а глубина провара уменьшается. Этот способ рекомендуется применять при сварке тонкого металла, где существует опасность сквозного прожога. Скорость сварки устанавливается самим сварщиком в зависимости от толщины металла и необходимой площади поперечного сечения шва. При слишком большой скорости сварки конец электрода может выйти из-под зоны защиты газом и окислиться на воздухе.