|
Ручная сварка в среде защитных газов. 1. История развития сварки в защитных газах, общие понятия сварки
3. Технология сварки изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей в защитных газах
Полуавтоматическая сварка изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей в защитных газах в защитных газах выполняется на постоянном токе обратной полярности. Выбор диаметра сварочной проволоки и зависимости от толщины свариваемого металла рекомендуется производить в соответствии с табл. 1.
Таблица 1. Зависимость диаметра сварочной проволоки от толщины свариваемого металла
Толщина свариваемого металла, мм
|
Диаметр сварочной проволоки, мм
|
До 2 включ. Св. 3 «5» «4» 8» «6» 12» « 10 и более
|
0,8-1,0 1,0-1,2 1,2-1,4 1,4-1,6 1,6-2,0
|
Ориентировочный расход сварочной проволоки при сварке в углекислом газе и смесях CO2 + O2составляет от 1,1 до 1,15 кг на 1 кг наплавленного металла, а при сварке в смесях на основе аргона - от 1,05 до 1,06 кг. Ориентировочный расход защитной газовой среды составляет от 0,5 до 0,7 м3 на 1 кг наплавленного металла. Наименьшее количество газа расходуется при сварке тавровых соединений и угловых с внутренней стороны, средне-стыковых и наибольшее - угловых с наружной стороны.
Рекомендуемый диапазон режимов сварки в зависимости от диаметра сварочной проволоки и пространственного положения шва приведен в табл. 2.
Таблица 2. Зависимость режимов сварки от диаметра сварочной проволоки
Диаметр сварочной проволоки мм
|
Пространственное положение шва
|
Вылет электрода, мм
|
|
нижнее
|
вертикальное и горизонтальное
|
потолочное
|
|
|
режимы сварки
|
|
|
сварочный ток, А
|
напряжение дуги, В
|
сварочный ток, А
|
напряжение дуги, В
|
сварочный ток, А
|
напряжение дуги, В
|
|
0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 2,0
|
50-120 50-180 120-260 130-350 150-420 200-500
|
17-20 20-23 21-24 21-25 21-28 26-34
|
50-110 50-170 110-180 120-200 - -
|
17-19 20-22 21-23 21-23 - -
|
50-100 50-120 110-170 120-180 - -
|
16-18 17-20 19-21 19-21 - -
|
6-10 7 - 12 8-12 10-14 12-18 14-20
|
При сварке угловых соединений с наружной стороны швов, выполняемых в вертикальном и потолочном положениях, для повышения надежности газовой защиты расход газа рекомендуется увеличивать на 10%.
Для обеспечения качественной защиты необходимо принять меры по исключению сквозняков в зоне сварки. Необходимо следить, чтобы расстояние от сопла горелки до поверхности свариваемой детали не превышало 25 мм. При сварке на форсированных режимах (Jсв ≥ 400А) для улучшения газовой защиты сварочной ванны токоподводящий наконечник сварочной горелки должен быть утоплен на
10-15 мм вглубь от нижнего среза сопла. Сварку следует выполнять без поперечных колебаний сварочной горелкой узкими валиками так, чтобы ширина ванны не превышала внутреннего диаметра сопла горелки.
При сварке в защитных газах положение горелки и ее размещение должны обеспечивать устойчивость процесса, надежность газовой защиты сварочной ванны от воздуха, оптимальную форму шва, возможность наблюдения за процессом сварки. Сварку изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей нижнем положении можно производить как левым так и правым способом. Сварку вертикальных швов при толщине металла до 3 мм включительно рекомендуется производить сверху вниз, а при толщине металла свыше 3 мм - снизу вверх. При сварке сверху вниз наклон горелки составляет от 35 до 40° при сварке снизу вверх от 45 до 50°.
Сварку потолочных швов рекомендуется выполнять при положении электрода «углом назад». Сварку стыковых швов при этом следует производить с наибольшими поперечными колебаниями сварочной горелки.
При сварке однослойных стыковых швов и первого слоя многослойных швов горелку вдоль шва рекомендуется перемещать поступательно без поперечных колебаний при зазоре от 0 до 0,5 мм и возвратно-поступательно с поперечными колебаниями при зазоре свыше 0,5 мм. Второй и следующие проходы выполняются только с поперечными колебаниями.
Количество проходов по ширине шва (в одном слое шва) должно устанавливаться с учетом ширины разделки кромок соединения при ширине менее 20 мм один слой следует выполнить за один проход, при ширине более 20 мм количество проходов в слое следует увеличивать.
При сварке жестких конструктивных элементов большой толщины первый валик рекомендуется выполнять выпуклым швом во избежание образования в нём трещин.
По окончании сварки обрывать дугу следует после заплавления кратера шва.
При сварке угловых швов сварочная проволока должна быть отклонена от вертикальной стенки на угол от 30 до 45°. Рекомендуется выполнять движение горелки при сварке угловых швов по вытянутой спирали. На токах ниже 400А угловые швы рекомендуется выполнять «углом вперед».
Рис. 2 Схемы перемещения электрода при сварке в защитных газах:
а - возвратно-поступательное;
б - по вытянутой спирали;
в-с поперечными колебаниями.
Сварку швов большой протяженности рекомендуется выполнять обратно-ступенчатым способом с длиной участка от 1,0 до 1,5 м. Сварку листов толщиной 30 мм и более рекомендуется производить блоками. Сварка всех блоков по длине шва производится одновременно. В пределах длины блока отдельные проходы должны накладываться непрерывно или с небольшими интервалами во времени. При многопроходной сварке наложение каждого последующего слоя шва должно производиться после зачистки предыдущего.
Во избежание больших сварочных напряжений в первую очередь рекомендуется выполнять в свободном для деформации состоянии стыковые швы, затем остальные стыковые швы и в последнюю очередь угловые.
Сварка изделий из низколегированных сталей в защитных газах обеспечивает высокое качество сварных соединений. Для дуговой сварки в среде защитных газов применяют различные присадочные материалы. Первый слой выполняют без присадки с полным проваром кромок стыка и обратным валиком, второй - с поперечными низкочастотными колебаниями электрода и механической подачей присадочной проволоки. Возможен и третий слой с поперечными колебаниями электрода без присадочной проволоки со стороны обратного формирования на небольшом режиме для обеспечения плавного перехода от шва к основному металлу.
Для увеличения проплавляющей способности дуги при аргонодуговой сварке сталей применяют активирующие флюсы (АФ). Применение АФ повышает проплавляющую способность дуги, что обеспечивает возможность исключения разделки кромок при толщинах 8… 10 мм. Для сварки низколегированных сталей применяют флюс, представляющий собой смесь компонентов (SiO2, NaF, TiO2, Ti, Cr2O3). Сварка с АФ эффективна при механизированных способах для получения равномерной глубины проплавления. Неплавящийся электрод при сварке с АФ выбирают из наиболее стойких в эксплуатации марок активированного вольфрама. Сочетают применение АФ с поперечными низкочастотными колебаниями электрода при выполнении поверхностных слоев шва для обеспечения плавного перехода от шва к основному металлу. После сварки, не позднее чем через 30 мин, сварные соединения с ферритными швами подвергают высокому отпуску при 600… 650°С в течение 2 часов.
Таблица 3. Присадочные материалы и механические свойства сварных соединений при дуговой сварке плавящимся электродом в защитных газах
Марка стали
|
Термическая обработка
|
Марка проволоки при сварке в среде
|
ув, МПа
|
KCU, Дж/см2
|
|
|
инертных газов
|
углекислого газа
|
не менее
|
25ХГСА 30ХГСА
|
Закалка и отпуск после сварки
|
Св-18ХМА, Св-18ХГС
|
Св-18ХМА, СВ-18ХГС, Св-08ГСМТ
|
0,9 ув основного металла
|
50
|
12Х2НВФА 23Х2НВФА 23Х2НВФА
|
Сварка в термически обработанном состоянии без последующей термической обработки
|
Св-18ХМА Св-18ХМА Св-8Х21Н10Г6, Св-8Х20Н9Г7Т, СВ-10Х16Н25АМ6
|
Св-08ГСМТ Св-08ГСМТ Св-08Х20Н9Г7Т
|
0,9 ув основного металла 600
|
40 90
|
12Х2НВФА 23Х2НВФА
|
Закалка + отпуск после сварки
|
Св-18ХМА
|
Св-08ГСМТ
|
0,9 ув основного металла
|
60 40
|
30Х2ГСНВМА
|
Закалка + отпуск после сварки: на ув = 1700 ±100 МПа
|
Св-20Х2ГСНВМ
|
-
|
0,9 ув основн. металла
|
-
|
Сварка плавящимся электродом в среде защитных газов находит широкое применение при изготовлении конструкций из низколегированных сталей средней и большой толщины. Конструктивные элементы подготовки кромок под сварку в среде защитных газов следует выполнять в соответствии с требованиями ГОСТ 14771-76 (в ред. 1989 г.). В зависимости от разновидности способа сварки в защитных газах подготовка кромок должна быть различной.
При сварке в инертных газах в сварочной ванне могут протекать металлургические процессы, связанные с наличием в ней растворенных газов и легирующих элементов, внесенных из основного или присадочного металла. При использовании смесей инертных газов с активными возникают металлургические взаимодействия между элементами, содержащимися в расплавленном металле, и активными примесями в инертном газе. Если в сварочной ванне содержится некоторое количество кислорода, то при высоких концентрациях углерода будет протекать реакция окисления его. Если концентрация углерода в сварочной ванне в период кристаллизации будет достаточно высокой, то при отсутствии или недостатке других раскислителей реакция образования СО будет продолжаться, что может вызвать порообразование. Возникновению пор способствует также и водород, содержание которого при малой степени окисленности ванны может быть достаточно высоким.
Для подавления реакции окисления углерода в период кристаллизации металла шва в сварочной ванне должно содержаться достаточное количество раскислителей, например кремния или марганца. Наряду с этим устранение пор при отсутствии раскислителей при сварке с защитой аргоном может быть достигнуто некоторым повышением степени окисленности ванны за счет добавки к аргону кислорода (до 5%) или углекислого газа (до 25%) в смеси с кислородом (до 5%).
При этом интенсифицируется окисление углерода в зоне высоких температур (в головной части сварочной ванны), усиливается его выгорание, вследствие чего концентрация углерода и содержание кислорода в сварочной ванне к моменту начала кристаллизации уменьшаются и тем самым прекращается образование СО.
При сварке низколегированных сталей в защитных газах (в большинстве случаев инертных или их смесях с активными) используют низкоуглеродистые легированные и аустенитные высоколегированные проволоки, например Св-10ХГСН2МТ, Св-03ХГНЗМД, Св-08Х20Н9Г7Т, Св-10Х16Н25-АМ6, Св-08Х21Н10Г6 (табл. 2). Однако равнопрочности металла шва и свариваемой стали получить не удается. Обеспечить равнопрочность сварного соединения и основного металла можно за счет эффекта контактного упрочнения мягкого металла шва. В этом случае работоспособность сварного соединения при данном соотношении свойств мягкой прослойки - шва и основного металла определяется относительной толщиной мягкой прослойки. В наиболее полной степени эффект контактного упрочнения может быть реализован при применении так называемой щелевой разделки, представляющей собой стыковые соединения с относительно узким зазором.
Отсутствие толстой шлаковой корки на поверхности шва позволяет выполнять полуавтоматическую сварку в защитных газах короткими и средней длины участками (каскадом, горкой), сократить до минимума перерыв между наложением слоев многослойного шва. Возможно применять автоматическую двух- или многодуговую сварку дугами, горящими в различных плавильных пространствах таким образом, чтобы тепловое воздействие от выполнения последующего слоя на околошовную зону предыдущего происходило при необходимой температуре. Все это позволяет регулировать термический цикл и получать наиболее благоприятные структуры в околошовной зоне.
.1 Изделие, сваренное с применением защитных газов
В качестве примера сварки изделия с применением защитных газов мы возьмем технологию изготовления двутавровой балки.
Металлические конструкции из сварной балки экономически выгодны в строительстве зданий и сооружений. Использование двутавровых балок, в качестве строительных металлоконструкций каркасов, дает возможность облегчить элементы конструкции, а так же создает более экономичную форму опор и сечения отдельных элементов, тем самым уменьшить массу металлической конструкции. Процесс изготовления сварных двутавровых балок с применением защитных газов экономичен и технологичен.
Сборка балки должна быть достаточно точной, особое внимание уделяется симметрии расположения и взаимной перпендикулярности полки и стенки. В качестве материала изготовления балки мы используем сталь марки 09Г2С. Она относится к малоуглеродистым, низколегированным сталям.
Стали этого класса широко используются для изготовления сварных конструкций применяемых в строительной индустрии.
Сварные конструкции используемые в качестве несущих элементов при возведении зданий и сооружений относятся ко II группе ответственности, т.к., их разрушение в процессе эксплуатации может привести к большим материальным затратам.группа ответственности требует повышенного внимания к качеству выполнения работ всего производственного цикла (от заготовки материала до обьёма окончательного контроля изделия).
Учитывая особенности конструкции изделия, материал входящих деталей, а также технологичность работы наиболее оптимальным способом изготовления будет полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа. Для обеспечения лучших условий формирования шва и глубины проплавления стенки, изделие необходимо поворачивать после сварки каждого шва. Для этого используют вспомогательное оборудование - позиционеры-кантователи.
Рис. 3. Центровой кантователь для сварки двутавровых балок
Для сварки балки мы используем современный мощный 400-амперный инверторный источник питания (ИП) для полуавтоматической сварки и наплавки в среде защитных или активных газов марки DC 400.33.
Таблица 4. Технические характеристики инвертора DC 400.33
Напряжение питания, В
|
3 80,+10% -15%
|
Потребляемая мощность, кВА, не более
|
20
|
Напряжение источника (пдавнорегулируемое), В
|
16-36
|
Сварочный ток (плавнорегулируемый), А
|
_
|
Номинальный режим работы ПН, % (при +40 С)
|
60
|
Максимальный ток при ПН= 100%, А
|
300
|
Диапазон рабочих температур, С
|
От - 40 до + 40
|
Масса, кг
|
44
|
Габаритные размеры, мм
|
610x280x535
|
Для ИП марки DC 400.33 мы подобрали подающий механизм марки ПМ-4.33. Он предназначен для сплошной стальной, алюминиевой и порошковой проволокой от 0.6 до 2.4 мм при работе с аппаратом ДС400.33, ДС400.33УКП или любым другим источником имеющим «жесткую» вольтамперную характеристику.
Таблица 5. Технические характеристики ПМ-4.33
Напряжение питания, В
|
36В
|
Потребляемая мощность, кВА, не более
|
0,2
|
Скорость подачи проволоки, м/сек
|
1-17
|
Диаметр проволоки, мм
|
-Сплошной
|
0.6-1.6
|
- Алюминевой
|
1.0-2.4
|
- Порошковая
|
0.9-2.4
|
Диапазон рабочих температур,°С
|
От -40 до +40
|
Масса, кг
|
14
|
Габаритные размеры, мм
|
580x202x423
|
Так как выбранная нами 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.
Металл, предназначенный для изготовления сварных конструкций, предварительно выпрямляют, размечают, разрезают на отдельные детали-заготовки и выполняют, если это необходимо, разделку кромок в соответствии с рекомендациями ГОСТа.
|
|
|
Скачать 2.49 Mb.