Ручная сварка в среде защитных газов. 1. История развития сварки в защитных газах, общие понятия сварки

• Название: 1. История развития сварки в защитных газах, общие понятия сварки
• Анкор: Ручная сварка в среде защитных газов
• Дата: 05.11.2022
• Размер: 2.49 Mb.
• Имя файла: bibliofond.ru_651980.rtf
• Тип: Документы; #771687
• страница: 1 из 4

Введение
Сварочная техника и технология занимают одно из ведущих мест в современном производстве. Многие конструкции современных машин и сооружений, например космические ракеты, подводные лодки, газо- и нефтепроводы, изготовить без помощи сварки невозможно. Развитие техники предъявляет все новые требования к способам производства и, в частности, к технологии сварки. Свариваются детали электроники толщиной в несколько микрон и детали тяжелого оборудования толщиной в несколько метров. Постоянно усложняются условия, в которых выполняются сварочные работы: сваривать приходится под водой, при высоких температурах, в глубоком вакууме, при повышенной радиации, в невесомости.

В данной работе речь пойдет о сварке сталей в среде защитных газов. При сварке атмосферный кислород и азот активно взаимодействуют с расплавленным металлом, образуют окислы и нитриды, которые снижают прочность и пластичность сварного соединения. Сварка в защитных газах - один из наиболее часто применяемых способов защиты сварочной ванны от воздействия окружающего воздуха.

Целью данной дипломной работы является подробно описать технологию сварки изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей в защитных газах.

Задачами дипломной работы являются:

· осветить основные процессы происходящих при сварке в защитных газах;

· узнать об особенностях сварки изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей в защитных газах;

· сравнить технологические возможности других видов сварок с данной нам.

1. История развития сварки в защитных газах, общие понятия сварки

сварка защитный низколегированный сталь

Сварка в струе защитных газов была изобретена русским изобретателем Николай Николаевичем Бенардосом в 1883 году. Защита от воздуха, по его предложению, осуществлялась светильным газом. Но этот метод Бенардоса нашел применение лишь спустя почти пол века и был необоснованно назван американцами «способом Александера». В период Второй мировой войны в США получила развитие сварка в струе аргона или гелия неплавящимся вольфрамовым электродом и плавящимся электродом. Этим способам сварки присвоена аббревиатура TIG и MIG. TIG (Tungsten Inert Gas) - сварка неплавящимся (вольфрамовым) электродом в среде инертного защитного газа, например так называемая аргонодуговая сварка. MIG (Mechanical Inert Gas) - механизированная (полуавтоматическая или автоматическая) сварка в струе инертного защитного газа. Вскоре эта технология пришла и в Европу. Сначала применялись только инертные газы или аргон, содержащий лишь небольшие доли активных компонентов (например, кислорода), поэтому такая технология сокращенно называлась S.I.G.M.A. Эта аббревиатура означает «shielded inert gas metal arc» - «дуговая сварка металлическим электродом в среде инертного газа». В настоящее время сварка изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей в в струе защитных газов - аргона, гелия, азота - применяется во многих отраслях техники от небольших мастерских до крупных предприятий. В России с 1953 года вместо дорогостоящих инертных газов стали использовать при сварке активный газ, а именно углекислый газ (CO2). Коллективами Центрального научно-исследовательского института технологий машиностроения и Института электросварки имени Е.О. Патонова разработана и в 1952 году внедрена полуавтоматическая сварка в углекислом газе. Это стало возможным благодаря изобретению проволочных электродов, при использовании которых учитывались большие потери легирующих элементов при сварке в активном газе.

Сварка является одним из ведущих технологических процессов как в области машиностроения, так и в строительной индустрии.

Сварка представляет собой процесс создания неразъемного соединения металлических деталей, важнейшую операцию сборки деталей в узлы и целые конструкции. Сегодня в промышленности внедрено более 100 способов сварки, появляются новые способы, совершенствуются старые.

Свариваемостью называются способность металлов образовывать при установленной технологии сварки сварное соединение, металл шва которого имел бы механические свойства, близкие к основному металлу. При определении понятия свариваемости различают металлургическую и технологическую свариваемость.

Металлургическая свариваемость определяется процессами, протекающими в зоне сплавления свариваемых деталей, в результате которых образуется неразъёмное сварное соединение. На границе соприкосновения соединяемых деталей происходят физико-химические процессы, протекание которых определяется свойствами соединяемых металлов. Однородные металлы (одного химического состава) обладают одинаковой металлургической свариваемостью. Сварка разнородных металлов может не произойти, так как свойства таких металлов иногда не в состоянии обеспечить протекание необходимых физико-химических процессов в зоне сплавления, поэтому эти металлы не обладают металлургической свариваемостью.

Под технологической свариваемостью понимается возможность получения сварного соединения, определяемого видом сварки. При различных видах сварки происходит окисление компонентов сплавов. В стали, например, выгорает углерод, кремний, марганец, окисляется железо. В связи с этим в определение технологической свариваемости входит в определение химического состава, структуры и свойств металла шва в зависимости от вида сварки, оценка структуры и механических свойств околошовной зоны, склонности стали к образованию трещин, оценка получаемого при сварке сварного соединения. Технологическая свариваемость устанавливает оптимальные режимы и способы сварки, технологическую последовательность выполнения сварочных работ, обеспечивающие получение требуемого сварного соединения.


2. Особенности и виды сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей в защитных газах
Сварку изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей в защитных газах один из самых распостраненных способов дуговой сварки. При этом способе в зону дуги подается защитный газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования. Сварка в защитных газах отличается следующими преимуществами: высокая производительность (в 2…3 раза выше обычной дуговой сварки); возможность сварки в любых пространственных положениях; хорошая защита зоны сварки от кислорода и азота атмосферы; отсутствие необходимости очистки шва от шлаков и зачистки шва при многослойной сварке; малая зона термического влияния; относительно малые деформации изделий; возможность наблюдения за процессом формирования шва; доступность механизации и автоматизации. Недостатками этого способа сварки являются необходимость принятия мер, предотвращающих сдувание струи защитного газа в процессе сварки, применение газовой аппаратуры, а в некоторых случаях и применение относительно дорогих защитных газов.

Полуавтоматическая сварка в углекислом газе является наиболее распространенным из применяемых способов сварки в защитных газах. Она характеризуется высокой производительностью, низкой стоимостью и удовлетворительным качеством сварных швов.

Процесс сварки в СО₂ сопровождается повышенным разбрызгиванием (до 15%) электродного металла. Брызги засоряют сопло, что может вызвать нарушение защиты зоны сварки и пористость металла шва, привариваются к основному металлу и требуют его последующей зачистки. Для сварки в CO₂ характерны узкое и глубокое проплавление основного металла, препятствующее хорошей дегазации металла шва и способствующее образованию горячих трещин, усиление шва с более резким переходом к основному металлу, чем при сварке под флюсом. Сварка изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей в защитных газах, как правило, выполняется проволокой марки Св-08Г2С. Для этой цели можно также использовать проволоки марок Св-08Г2СНТЮР, Св-08ГС, Св-07ГС, обеспечивающие механические свойства сварных соединений и металла швов в соответствии с требованиями ГОСТ 26-291-79.

Сварные швы, выполняемые проволоками марок Св-08ГС и Св-07ГС диаметром от 1,6 до 2,0 мм, имеют повышенную склонность к пористости. Поэтому эти проволоки применять для сварки кипящих сталей не рекомендуется.

Использование в качестве защитной среды смеси CO₂+30% O₂, позволяет интенсифицировать металлургические процессы в сварочной ванне, выполнять сварку на повышенных скоростях и режимах. Однако добавка O₂ к CO₂ свыше 20% вызывает существенное снижение содержания элементов - раскислителей в металле шва и уменьшают его прочностные и пластические свойства. Эффективность сварки в смесях CO₂+O₂ определяется как производительностью процесса, так и низкой стоимостью защитной среды. Добавка кислорода в CO₂, способствует измельчению капель электродного металла, снижает их разбрызгивание и набрызгиванию на свариваемые детали, обеспечивает стабильность процесса сварки в широком диапазоне режимов. Смеси CO₂+O₂ обеспечивают более глубокое, чем в CO₂, проплавление основного металла. При сварке в смеси CO₂+O₂ несколько снижается высота усиления сварных швов, обеспечивается более плавный переход к основному металлу.

Дополнительный шлак, образующийся за счет повышенной окислительной способности защитной среды, несколько увеличивает трудоемкость зачистки, но способствует улучшению формирования и внешнего вида швов. При сварке в смесях CO₂+O₂ достигается более высокая стойкость сварных швов против пор и горячих трещин.

Для сварочной дуги в смесях газов на основе аргона характерна меньшая концентрация энергии, чем в COв ₂в в и смесях в COв ₂в +в Oв ₂в, швы менее выпуклые, глубина провара меньше. Процессы сварки в смесях Ar + 15…25% CO₂ и Ar + 15…25% + 1..5% O₂ характеризуются струйным переносом электродного металла практически без потерь на разбрызгивание и плавным переходом усиления шва к основному металлу. При содержании в аргоне более 25% CO₂ процесс сварки становится близок по сварочно-технологическим характеристикам процессу сварки в СO₂, при содержании в смеси менее 15% СO₂практически равноценен процессу сварки в аргоне. Процессы сварки в смесях, газов на основе аргона обеспечивают наиболее высокое качество сварных соединений и расширяют возможности применения менее, легированных сварочных проволок Св-08ГС и Св-07ГС.

Для сварки в смесях газов применяются те же сварочные проволоки, что и для сварки в СO₂.

Сварка в защитных газах проволоками диаметром от 0,8 до 1,4 мм производится во всех пространственных положения. Сварку на форсированных режимах (>400А) рекомендуется выполнять полупогруженной дугой, для чего следует снижать напряжение дуги на 2-4 В по отношении к номинальному. Полупогруженная дуга позволяет значительно уменьшить потери металла на разбрызгивание электродного металла и увеличить глубину провара основного металла. Повышенное усиление швов с резким переходом к основному металлу при сварке полупогруженной дугой несколько ограничивает технологические возможности этого процесса. Сварку в защитных газах следует производить, возможно, более короткой дугой. Увеличение длины дуги ухудшает условия её защиты, увеличивает разбрызгивание электродного металла и выгорание легирующих элементов, что может привести к пористости металла шва.

2.1 Оборудование, применяемое при сварке изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей в защитных газах
При полуавтоматической сварке в углекислом газе и смесях защитных газов используется сварочное оборудование, обеспечивающее получение заданных режимов сварки, надежность в работе, простоту обслуживания и контроль режимов в процессе работы. Колебания напряжения питающей сети, к которой подключено сварочное оборудование, допускаются в пределах ±15%.

При защите дуги двухкомпонентной смесью газов CO₂+O₂ или Ar+CO₂ используются однопостовые смесители газов типа УКП-1-71 по ТУ 26-05-298-72. Для одновременного питания смесью более 10 сварочных постов (до 50) рекомендуется рамповый смеситель типа УКР-1-72 по ТУ 26-05-350-73. При защите дуги трехкомпонентной смесью Ar+CO₂+O₂ рекомендуется использовать смеситель типа АКУП-1 по ТУ 26-05-409-74. Каждый пост при однопостовом питании смесями газов укомплектовывается баллонами с газами, необходимыми для приготовления смесей, и редукторами.

В состав технологического оборудования, необходимого для выполнения сварочных работ при дуговой механизированной сварке в защитных газах входят:

· источник питания;

· сборочно-сварочные приспособления;

· газовая аппаратура;

· приборы газовой магистрали;

· сварочный аппарат (полуавтомат).


2.2 Материалы, применямые при сварке изделий из низкоуглеродистых и низколегированных салей в защитных газах
К сварочным материалам при сварке в защитных газах относятся защитные газы и сварочные проволоки.

Стальная сварочная проволока, предназначенная для сварки и наплавки, изготавливается по ГОСТ 2246-70.

Стандартом предусматривается около 77 марок сварочной проволоки различного химического состава: 6 марок низкоуглеродистой проволоки, 30 марок легированной проволоки и 41 марка высоколегированной проволоки.

В легированной проволоке содержится от 2,5 до 10% легирующих компонентов, в высоколегированной - свыше 10%.

Так как выбранная конструкция изготовлена из низкоуглеродистой стали 09Г2С, сваривают её стандартной кремнемарганцевой проволокой марки Св08Г2С.

При этом способе сварки в зону дуги подается защитный газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования.

Сварка в углекислом газе, благодаря его дешевизне, получила большое применение при изготовлении и монтаже различных строительных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей. Углекислый газ, подаваемый в зону дуги, не является нейтральным, так как под действием высокой температуры он диссоциируется на оксид углерода и свободный кислород (СО₂→СО+О). При этом происходит частичное окисление расплавленного металла сварочной ванны и, как следствие, металл шва получается пористым с низкими механическими свойствами. Для уменьшения окислительного действия свободного кислорода применяют электродную проволоку с повышенным содержанием раскисляющих примесей (марганца, кремния). Шов получается беспористый, с хорошими механическими свойствами.

Углекислый газ С0₂ (ГОСТ 8050-85) не имеет цвета и запаха. Получают его из газообразных продуктов сгорания антрацита или кокса, при обжиге известняка и т.д. Поставляется в сжиженном (жидком) состоянии в баллоне типа А вместимостью 40 л, в который при максимальном давлении 7,5 МПа вмещается 25 кг углекислоты (при испарении образуется около 12 750 л газа). Для целей сварки используют сварочную углекислоту. Чистота углекислоты первого сорта должна быть не менее 99,5%, а высшего сорта - 99,8%. Применяется при сварке низкоуглеродистых и некоторых конструкционных и специальных сталей.

Для снижения влажности углекислого газа рекомендуется установить баллон вентилем вниз и после отстаивания в течение 10… 15 мин осторожно открыть вентиль и выпустить из баллона влагу. Перед сваркой необходимо из нормально установленного баллона выпустить небольшое количество газа, чтобы удалить попавший в баллон воздух. Часть влаги задерживается в углекислоте в виде водяных паров, ухудшая при сварке качество шва. Кроме того, при выходе из баллона, от резкого расширения происходит снижение температуры углекислоты и влага, отлагаясь в редукторе, забивает каналы и даже полностью закрывает выход газа. Для предупреждения замерзания влаги между баллоном и редуктором устанавливают электрический подогреватель.

Окончательное удаление влаги после редуктора производится специальным осушителем, наполненным прокаленным медным купоросом, хромистым кальцием или другим осушительным веществом.