Технология сварки в углекислом газе от напряжения дуги и сварочного тока
Химический состав металла шва зависит не только от состава основного и электродного металлов, но и от изменения параметров режима сварки, особенно напряжения дуги и сварочного тока (табл. 4).
С увеличением сварочного тока при прочих равных условиях содержание элементов-раскислителей в наплавленном металле возрастает, а при повышении напряжения дуги уменьшается.
Изменение химического состава металла шва в зависимости от величины сварочного тока или напряжения дуги обусловлено изменением коэффициентов смешивания (долей основного и электродного металлов, составляющих шов) и коэффициентов усвоения (перехода в шов) элементов.
Таблица 4. Химический состав наплавленного металла при сварке в углекислом газе на различных режимах.
Диаметр проволоки, мм | Ток, А | Напряжение дуги, В | Химический состав, % | ||
Углерод | Марганец | Кремний | |||
0,8 | 95 | 20 | 0,09 | 0,58 | 0,52 |
0,8 | 140 | 20 | 0,10 | 0,72 | 0,63 |
0,8 | 95 | 17 | 0,10 | 0,68 | 0,63 |
0,8 | 95 | 24 | 0,07 | 0,41 | 0,38 |
2,0 | 300 | 28 | 0,09 | 0,68 | 0,28 |
2,0 | 300 | 35 | 0,08 | 0,34 | 0,10 |
2,0 | 450 | 42 | 0,09 | 0,59 | 0,19 |
2,0 | 450 | 49 | 0,06 | 0,22 | 0,04 |
Примечание. Проволока диаметром 0,8 и 1,0 мм содержала 0,11% углерода; 1,1% марганца; 0,98% кремния; а проволока диаметром 2 мм — 0,11% углерода; 1,09% марганца; 0,47% кремния.
Сварка в углекислом газе Статьи
Вопросы: Что называется сварочной дугой?
Вопросы:1. Что называется сварочной дугой?
2. Для чего предназначен трансформатор?
3. С какой целью применяют импульсный стабилизатор горения дуги?
4. Какое включение трансформатора соответствует режиму холостого хода?
5. С какой целью применяют осциллятор при сварке неплавящимся электродом?
6. Какова частота переменного тока, вырабатываемого электростанциями в России?
7. Возможно ли последовательное включение в заземляющий проводник нескольких сварочных аппаратов?
9. Укажите необходимое суммарное сечение медных жил кабеля для ручной сварки на токах от 100 до 200 А.
10. Как наиболее целесообразно подключить токоподвод к деталям большой толщины для выполнения дуговой сварки?
11. Какую задачу выполняет дроссель в источнике питания для сварки в защитных газах плавящимся электродом в режиме с периодическими короткими замыканиями?
12. Как обозначается ручная дуговая сварка (штучным электродом)?
13. Как обозначается вид сварочного соединения?
14. Какую полярность дуги называют прямой?
15. Укажите правильное наименование источников постоянного тока.
17. В каком случае повышается устойчивость горения дуги переменного тока?
18. Укажите правильное наименование источников переменного тока промышленной частоты.
19. Укажите максимальное напряжение сети, к которому должно подключаться сварочное оборудование.
20. Какие источники питания дуги применяют для однопостовой механизированной сварки в углекислом газе?
21. При каком роде и полярности тока при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом разогрев электрода будет выше?
22. Какую полярность дуги называют обратной?
23. Как обозначается дуговая сварка под слоем флюса?
24. Что обозначает в структуре условного обозначения шва знак О ?
25. Что обозначает в структуре условного обозначения шва знак 7 ?
26. Что включает в себя сварное соединение?
27. С какой целью выполняют разделку кромок металла?
28. Какова роль легирующих элементов в электродном покрытии?
29. Какова роль связующих компонентов в электродном покрытии?
30. Укажите роль шлакообразующих веществ в электродном покрытии.
31. С какой целью выполняется притупление в корне разделки кромок?
32. Какие должны быть род и полярность тока при сварке соединений из углеродистых сталей электродами с целлюлозным покрытием?
33. Какие должны быть род и полярность тока при сварке соединений из углеродистых сталей электродами с фтористо-кальциевым покрытием?
35. Какая величина сварочного тока рекомендуется при сварке в вертикальном или потолочном положении по сравнению с горизонтальным положением при сварке качественными электродами одного диаметра?
36. Когда появляются временные сварочные деформации?
37. Какие сварочные деформации называют остаточными?
38. На каком токе производится сварка в углекислом газе?
39. Какую роль играют газообразующие вещества в электродном покрытии?
40. Как влияет подогрев изделий в процессе сварки на величину сварочных деформаций?
42. Укажите, что влияет на величину напряжения дуги при автоматической дуговой сварке под флюсом.
43. Укажите, какие параметры режима при сварке под слоем флюса позволяют увеличить сварочный ток.
44. Укажите, какое влияние оказывает на сварочную ванну увеличение сварочного тока при автоматической дуговой сварке под флюсом.
45. В чем заключаются технологические особенности автоматической сварки под флюсом на остающейся стальной подкладке?
46. Какие электроды относятся к неплавящимся?
47. С чего начинается зажигание дуги при сварке плавящимся электродом?
48. Какая конструкция называется фермой?
49. Изменяется ли диаметр трубы в зоне кольцевого шва?
50. Что понимают под конструктивной прочностью изделия?
51. От чего зависит величина деформации свариваемого металла?
52. Что называется технологической прочностью сварных соединений?
53. Что является главным назначением термообработки сварных конструкций?
54. Какой метод снятия остаточных сварочных напряжений наиболее эффективен?
56. Как влияет увеличение концентрации нагрева при сварке на величину сварочных деформаций?
57. По какому шву разрушится сосуд из достаточно пластичного металла при нагружении его возрастающим внутренним давлением?
58. Как влияет на прочность конструкции шов в случае, если он является наиболее прочной зоной сварного соединения при продольном нагружении?
59. Как обозначается марка электрода?
60. Что обозначает надпись Св-08Г2С?
61. Что называют трещиной?
62. Что называют прожогом?
63. Что называют включением?
64. Что называют отслоением металла?
65. Что называют наплывом в металле шва?
66. Как влияет высокое содержание серы и фосфора на свариваемость стали?
67. Какую величину не превышает содержание углерода в низкоуглеродистой стали?
68. К какому классу сталей относятся сварочные проволоки Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-18ХГС?
69. К какому классу сталей относятся сварочные проволоки Св-08А, Св-08АА, Св-08ГА, Св-10ГА?
70. Укажите наиболее возможную причину образования подрезов.
71. Как обозначается тип электрода?
72. Какие газы относятся к инертным?
73. Кто возглавляет комиссию по расследованию несчастного случая?
74. Какое определение законодательного акта по охране труда является правильным?
75. Кто не входит в состав комиссии по расследованию несчастного случая на производстве?
76. С какой периодичностью проводится повторный инструктаж при выполнении сварочных работ?
77. К какому виду ответственности привлекаются работники за ущерб, причиненный работодателю?
78. Какой срок установлен для хранения в организации акта о несчастном случае и материалов расследования?
79. Какие несчастные случаи квалифицируются как несвязанные с производством с оформлением акта произвольной формы?
80. Какие виды взысканий подразумеваются под административной ответственностью за нарушения требований охраны труда?
81. В какой срок расследуется несчастный случай на производстве, который не является групповым и не относится к категории тяжелых или со смертельным исходом?
82. Какой инструктаж проводится при выполнении разовых работ, не связанных с прямыми обязанностями по специальности, работ повышенной опасности, выполняемых по наряду-допуску?
83. Что обозначает Э.Ш.С.?
84. Какие газы относятся к активным?
85. Какая величина тока является смертельно опасной?
86. Можно ли обрабатывать глубокие раны дезинфицирующими средствами?
87. Какую группу по электробезопасности должны иметь электросварщики?
88. Какое сопротивление тела человека принимают при электрических расчетах?
89. Какие первичные средства пожаротушения применят при загорании в электроустановках?
90. В каком ритме выполняют реанимационные мероприятия, если помощь оказывают 2 человека?
91. Что включает в себя освидетельствование баллонов, за исключением баллонов для ацетилена?
92. Какая допускается температура укрытых и нагретых поверхностей оборудования, изделий на рабочих местах?
93. От какого параметра зависит выбор светофильтров для предохранения глаз и лица от вредного действия лучистой энергии дуги?
94. К какой категории по электробезопасности относится помещение с влажностью 100 %?
95. Для чего применяют осциллятор?
96. Для чего предназначен балластный реостат?
97. Что такое сварка плавящимся электродом?
98. Как производят дуговую сварку порошковой проволокой?
99. Чем характеризуется процесс импульсно-дуговой сварки?
100. Укажите правильную характеристику электрошлаковой сварки.
101. Что обозначают буквы и цифры в маркировке сталей и сплавов?
102. Укажите правильную характеристику сварки в углекислом газе.
103. Как влияет увеличение длины дуги при сварке плавлением на форму шва?
104. Какая характеристика наиболее правильно отражает сущность дуговой сварки неплавящимся электродом?
105. Какая характеристика наиболее правильно отражает сущность ручной электродуговой сварки плавлением (РДС)?
106. Указать наиболее рациональный диапазон температуры предварительного подогрева при сварке конструкционных сталей?
107. Как работает инжектор?
108. Какая температура подогрева основного металла при сварке чугуна?
109. Зависит ли напряжение дуги от её длины?
110. Чем определяется мощность сварочной дуги?
111. Зависит ли напряжение дуги от сварочного тока?
112. Почему при сварке в углекислом газе ограничивают напряжение дуги?
113. Укажите правильную характеристику автоматической сварки под флюсом.
114. Что обозначает в маркировке типов электродов буква «А», например, Э-42А?
115. Укажите правильную классификацию электродов по типу покрытия согласно ГОСТ?
116. Какая характеристика наиболее правильно отражает сущность плазменной сварки?
117. Укажите газы, которые смешивают с углекислым газом при механизированной сварке плавящимся соединения деталей из углеродистых и низколегированных сталей.
118. С какой целью производят прокалку электродов?
119. Что обозначает формула Na2B4O7 ?
120. Что получается в результате реакции CaC2>+2H2O=C2H2+Ca(OH)2 ?
121. Что называется опасным производственным фактором?
122. Какое определение наряда является правильным?
123. В каком виде содержится углекислый газ в баллоне?
124. Какова величина остаточного давления газа в баллоне?
125. В какой цвет окрашивают баллоны для хранения кислорода?
126. Что должен выполнить сварщик по окончании работ с электрооборудованием?
127. Как выполняются сварочные работы в колодцах, замкнутых и труднодоступных пространствах?
128. При каком рабочем давлении углекислый газ находится в баллоне при нормальной температуре?
129. В какой цвет окрашивают баллоны с двуокисью углерода и с окраской баллонов с какими газами это совпадает?
130. Какой диаметр болта должен быть для присоединения заземляющего провода на корпусе электросварочного аппарата?
131. Дать определение понятия «сварочный пост».
132. Какой параметр режима сварки рассчитывают по данной формуле (Аk*J)/(7.85*Fш)?
133. Какие стали относятся к низкоуглеродистым?
134. Какие стали относятся к кремнемарганцовистым сталям?
135. Какие электроды применяют для сварки теплоустойчивых сталей?
136. Для сварки какого класса сталей применяют электроды типов Э-09М и Э-09МХ?
137. Для какого класса сталей применяют при сварке электроды типов Э-38, Э-42, Э-42А, Э-46, Э-46А?
138. Для какого класса сталей применяют при сварке электроды типов Э-70, Э-85, Э-100, Э-125, Э-150?
139. Какие рекомендуются род тока и полярность при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом из низкоуглеродистой стали?
140. Влияет ли ржавчина на качество сварных соединений из низкоуглеродистых сталей, выполненных плавящимся электродом в углекислом газе?
141. Укажите газы, которые смешивают с аргоном при механизированной сварке плавящимся электродом соединений деталей из сталей перлитного класса.
142. Укажите, на какой полярности рекомендуется выполнять аргонодуговую сварку неплавящимся электродом соединений конструкций из нержавеющих сталей.
143. Для чего предназначен сварочный преобразователь?
144. Что обозначает формула n=(Jном)/(Jраб*К) ?
145. Что понимают под структурой металла?
146. Какие стали относятся к аустенитным?
147. В каком случае уровень деформаций будет меньше?
148. Какие стали относятся к высокохромистым?
149. На какие свойства стали влияет отжиг?
150. Какие группы свариваемости существуют?
151. Укажите наиболее правильное определение понятия «свариваемость».
152. К изменению каких свойств углеродистой стали приводит высокий отпуск?
153. Какая из углеродистых сталей, охлаждающихся с одинаковой скоростью, имеет более высокую твердость?
154. Какая из углеродистых сталей, охлаждающихся с одинаковой скоростью, имеет более высокую пластичность?
155. Что такое магнитное дутье сварочной дуги?
156. Как разделяются флюсы по способу изготовления?
157. Из каких операций состоит технология радиографического контроля?
158. Какой метод ультразвукового контроля более распространен?
159. К какому виду контроля относится магнитопорошковый метод?
160. Какие методы контроля относятся к механическим испытаниям?
161. Назовите последовательность этапов проведения цветной дефектоскопии.
162. От каких факторов зависит чувствительность магнитопорошкового метода?
163. Из какого материала должны быть изготовлены изделия для контроля магнитопорошковым методом?
164. Какие методы неразрушающего контроля распространены для дефектоскопии сварных соединений?
165. За счет какого свойства магнитного потока выявляется дефект в магнитопорошковом методе?
166. На какие виды по способам отображения дефектоскопической информации делится радиационный контроль?
167. Что такое Х.Х.?
168. Какие бывают ВАХ?
169. Дать определение понятия «дефект».
170. На чем основана ультразвуковая дефектоскопия?
171. Дать определение понятия «качество продукции».
172. Для чего предназначен металлографические исследования?
173. Для чего применяют усиливающие экраны при радиографическом контроле?
174. На чем основаны методы контроля герметичности сварных соединений?
175. Какие типы эталонов чувствительности применяются при радиографическом контроле?
176. Какие средства применяют при визуально-измерительном контроле сварных швов?
177. Какие измеряемые характеристики дефекта при ультразвуковой дефектоскопии являются основными?
178. Какие типы акустических волн существуют в зависимости от колебания частиц в ультразвуковом контроле?
179. Что такое магнитный шунт?
180. Когда исключается поражение током при сварке?
181. В чем причина сильного гудения трансформатора?
182. Что вызывает чрезмерный нагрев обмотки трансформатора?
183. В чем причина нагрева трансформатора при эксплуатации?
184. Назовите правильный способ устранения нагрева генератора.
185. Какое условие необходимо выполнять при соединении генераторов параллельно?
186. В каких пределах может изменяться характеристика цикла переменных напряжений?
187. Почему при пуске с места двигатель вентилятора генератора не работает, а гудит?
188. Почему трансформатор, дроссель и осциллятор не следует ставить вблизи источника нагрева?
189. Как называется расчет для определения размера конструкции в зависимости от внешних сил, материала и условия работы?
190. В чем причина отсутствия напряжения в выпрямителе при включении?
191. Как производится заземление передвижных источников питания?
192. В какой спецодежде должен работать сварщик, чтобы защититься от брызг расплавленного металла и шлака?
193. Какая используется вентиляция при оборудовании сварочных цехов?
194. В каких единицах измеряется ударная вязкость?
195. В какой последовательности происходит устранение наружных трещин?
196. Для чего применяются расчеты сварных конструкций по допускаемым напряжениям?
197. Какие мероприятия применяют для уменьшения внутренних напряжений после сварки?
198. Какой расчет производится для стержней и колонн значительной длины, работающих на сжатие?
199. Как влияют концентраторы напряжения на работоспособность конструкции?
200. По какому параметру определяют допускаемое напряжение для пластичных материалов?
201. В каких случаях применяют параллельное включение источников питания?
202. Какую термическую обработку применяют для уменьшения остаточных напряжений?
203. Что делать, если трансформатор не может обеспечить нижний или верхний пределы регулирования?
204. Что такое сварочный выпрямитель?
205. Что делать при замерзании баллонных вентилей и редукторов?
206. Как необходимо переносить баллоны со сжатым и сжиженным газами?
207. В какой цвет окрашивают баллон для хранения азота?
208. В какой цвет окрашивают баллоны для хранения гелия?
209. В какой цвет окрашивают баллон для хранения аргона?
210. Какое напряжение считается безопасным в сухих помещениях?
211. Какое напряжение считается безопасным в сырых помещениях?
212. Сколько кислорода содержится в полном 40-литровом стальном баллоне?
213. Какое должно быть напряжение светильников при производстве работ внутри сосуда?
214. Кто осуществляет общественный контроль за соблюдением требований безопасности работников на предприятии?
215. Какие меры безопасности принимают при подсоединении сварочного поста к многопостовому агрегату?
216. Следует ли перед началом аргонодуговой сварки стыков труб продувать аргоном газовые коммуникации и горелки?
217. Что такое трактор?
218. Что такое тиристор?
219. Что такое стабилизатор?
220. Что понимают под магнитным дутьем дуги?
221. Как влияет длина дуги на устойчивость её горения?
222. При каких величинах тока наблюдается мелкокапельный перенос металла?
223. На основании каких мероприятий определяют режимы прокалки электродов?
224. Какая температура достигается в столбе дуги при сварке стали плавящимся электродом?
225. Дать определение понятия «сварочной дуги»?
226. Как влияет сварочный ток на размеры сварного соединения?
227. Какие параметры нужно контролировать при проверке состояния сварочных флюсов?
228. К чему приводит увеличение длины дуги при автоматической дуговой сварке под флюсом?
229. Содержание какого газа в металле шва малоуглеродистых, легированных и теплоустойчивых сталей определяет их склонность к пористости?
230. Что обозначает запись ТД-503?
231. Что обозначает запись АН-348А?
232. Что такое радиационный метод контроля?
233. Какой сплав называется латунью?
234. Какие защитные газы применяют при сварке меди?
235. Какие трудности возникают при сварке алюминия?
236. Какими свойствами обладает никель и его сплавы?
237. Какие существуют основные способы сварки чугунов?
238. С какими трудностями встречаются при сварке никеля?
239. Укажите основные причины появления пор при сварке под флюсом.
240. Почему с повышением содержания хрома ухудшается свариваемость стали?
241. Когда должен быть проведен визуальный контроль, если основной материал или сварное соединение (наплавка) подлежит механической обработке или деформированию?
242. Укажите, на какой полярности и токе рекомендуется выполнять ручную аргонодуговую сварку неплавящимся электродом соединений конструкций из алюминиевых сплавов?
243. Что такое прожог?
244. Что такое ультразвуковой контроль?
245. Какая температура плавления оксидной пленки алюминия?
автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка и исследование процесса импульсного питания при сварке в CO2 длинной дугой плавящимся электродом
Автореферат диссертации по теме «Разработка и исследование процесса импульсного питания при сварке в CO2 длинной дугой плавящимся электродом»
На правах рукописи
Крампит Наталья Юрьевна
РГВ од
» С г-п у,»О
РАЗРАБОТКА II ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИМПУЛЬСНОГО ПИТАНИЯ ПРИ СВАРКЕ В СО, ДЛИННОЙ ДУГОЙ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ
05.03.06 — Технология и машины сварочного производства
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Томск — 2000
Работа выполнена в филиале Томского политехнического университета в г. Юрга
Научный руководитель — кандидат технических наук,
доцент Князьков А.Ф.
Официальные оппоненты: доктор технических наук,
профессор Радченко В.Г.
кандидат технических наук Хижняков В.И.
Ведущая организация — ОАО «Красноярский машиностроительный завод»
Защита состоится 27 декабря 2000г. в 14— на заседании диссертационного совета К 003.61.01 в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН по адресу: 634021, г. Томск, пр. Академический, 2/1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФПМ СО РАН. Автореферат разослан ноября 2000г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Макарова Л.И.
К6Ч1.510.023,3%0
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Сварка в среде углекислого газа является одним из самых массовых и распространенных способов. Но этот способ сварки отличается высокой чувствительностью к воздействию внешних возмущений, приводящих к нестабильности и повышенному разбрызгиванию электродного металла, ухудшению формирования шва при сварке во всех пространственных положениях. Обеспечение заданного качества сварного соединения на сегодняшний день остается одной из нерешенных задач. Однако методов прямого контроля в процессе сварки не существует. Определить или проанализировать свойства сварного шва можно лишь только после окончания сварки и кристаллизации металла сварочной ванны.
В настоящее время становится общепринятым мнение, что резервом эффективности электродуговых процессов является модулирование тока, так как традиционные пути повышения эффективности процессов электродуговой сварки практически исчерпали свои возможности. Модулирование сварочного тока позволяет решить ряд технологических задач: управляемый и направленный перенос электродного металла; малые потери металла на угар и разбрызгивание; возможность сварки длинной дугой на низких режимах; возможность выполнения сварки во всех пространственных положениях и упрощение техники сварки; уменьшение сварочных деформаций; улучшение качества сварных соединений благодаря большей концентрации энергии источника нагрева и лучшим условиям первичной кристаллизации; облегчение начального зажигания дуги; улучшение технологии сварки в щелевую разделку; улучшение санитарно-гигиенических условий труда благодаря уменьшению выделения аэрозолей.
Импульсные методы управления, разработанные Патоном Б.Е., Дюргеровым Н.Г., Зарубой И.И., Потапьевским А.Г., Шейко П.П. хорошо зарекомендовали себя при сварке цветных металлов и сталей в среде инертных газов и смесях газов. И если вопросы импульсного управления переносом электродного металла в аргоне решены, то по импульсному управлению процессом сварки в СОг положительных результатов не получено.
Анализ литературных данных показывает, что технологические преимущества, получаемые при импульсно-дуговой сварке, привели к проведению интенсивных работ, как в России, так и за рубежом по созданию новых, более совершенных способов импульсно-дуговой сварки и разработке более эффективного сварочного оборудования, имеющего широкие возможности для регулирования амплитуды, частоты и длительности импульсов сварочного тока.
Однако на пути создания методов и систем управления процессами электродуговой сварки за счет энергетических параметров возникают определенные трудности.
С этой точки зрения, наиболее перспективны устройства, обеспечивающие автоматическое управление процессом плавления и переноса электродного металла в зависимости от мгновенного состояния объекта регулирования, создающие условия для стабилизации микропроцессов, протекающих на стадии образования и переноса каждой капли в условиях действия внешних возмущений.
В соответствии с этим в диссертационной работе проведены исследования по разработке процесса и оборудования для автоматической сварки в среде углекислого газа плавящимся электродом при импульсном питании сварочной дуги.
Целью данной работы является создание способа сварки в среде углекислого газа плавящимся электродом длинной дугой с управлением на стадии капли.
Научная новизна:
теоретически обоснована и экспериментально • доказана возможность импульсного управления плавлением и переносом электродного металла длинной дугой при сварке в С02;
исследованы особенности импульсного питания при сварке в СО2 плавящимся электродом длинной дугой;
разработана методика проведения эксперимента по исследованию плавления и переноса электродного металла при импульсном питании сварочной дуги;
разработана методика проведения эксперимента по исследованию формирования сварного шва при импульсном питании сварочной дуги;
• разработаны, запатентованы и внедрены способы сварки;
разработана и внедрена структура системы импульсного управления плавлением и переносом электродного металла с автоматической стабилизацией длины дуги.
Практическая ценность работы.
1.Теоретически обоснована и экспериментально, доказана возможность импульсного управления плавлением и переносом электродного металла длинной дугой при сварке в СОг плавящимся электродом.
2.Разработаны методики проведения эксперимента по исследованию плавления и переноса электродного металла и формированию сварного шва при импульсном питании сварочной дуги в С02 плавящимся электродом;
3.Разработан, запатентован и внедрен способ сварки с импульсным питанием дуги при сварке в СОг.
4.Даны рекомендации по выбору параметров режимов сварки во всех пространственных положениях при импульсном питании сварочной дуги.
5.Разработано устройство’ системы импульсного управления плавлением и переносом электродного металла при механизированной и автоматической сварке длинной дугой в СО2 плавящимся электродом.
6.Даны рекомендации по настройке системы импульсного управления в условиях действия внешних возмущений.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Результаты исследований импульсного управления плавлением и переносом электродного металла длинной дугой при сварке в СО2 плавящимся электродом.
2. Методика проведения эксперимента по исследованию плавления и переноса электродного металла при импульсном питании сварочной дуги в С02 плавящимся электродом.
3. Методика проведения эксперимента по исследованию и формированию сварного шва при импульсном питании сварочной дуги в СОг плавящимся электродом.
4. Способ сварки при импульсном питании в СОг длинной дугой.
5. Структура системы импульсного управления процессом сварки плавящимся электродом длинной дугой.
Апробация работы. Результаты данной работы заслушивались на: международной конференции «Сварка и родственные технологии — в XXI век» институт электросварки им. Е.О. Патона и НАН Украины, Киев, ноябрь 1998г., 2-й областной научно-практической конференции мйлодсжи и студентов, Томск, 1996г.,
3-й областной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», Томск, 1997г., 1Х-й научно-практической конференции Юргинского филиала Томского политехнического университета и Юргинского технологического центра Российской инженерной академии, Юрга, 1996г., Х-й научной конференции, посвященной 40-летию ЮФ ТПУ, «Технология и оборудование машиностроительных производств», Юрга, 1997г., Х1-Й научной конференции ЮФ ТПУ и ЮЦ РИА, Юрга, 1998г., ХП-й научной конференции, посвященной 50-летию г. Юрги, Юрга, 1999г., ХШ-й научно-практической конференции филиала ТПУ, посвященной 100-летию начала учебных занятий в ТПУ, Юрга, 2000г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных работ, в том числе 2 патента на изобретения.*
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы (164 наименования) и приложения, содержит 165 страниц машинописного текста, включая 81 рисунок и 5 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель, научная новизна и практическая значимость работы, изложены основные результаты, выносимые на защиту.
В первой главе дана общая характеристика процесса сварки в углекислом газе и его недостатки.
На основе работ российских и зарубежных ученых проведен анализ способов и систем процесса сварки плавящимся электродом в углекислом газе. Установлено, что системы импульсного управления плавлением и переносом являются перспективными не только для управления переносом в среде углекислого газа, но и для повышения качества сварки за счет стабилизации режима микропроцессов при введении обратных связей по мгновенным параметрам процесса сварки.
С учетом литературных данных сформулированы, цель работы и задачи исследований.
Во второй главе рассмотрен механизм перераспределения тепла дуги в углекислом газе и в аргоне. Отмечена роль отдельных процессов при сварке в углекислом газе и аргоне. Так, в приосевой зоне дуги в СОг преобладающее значение имеет процесс переноса тепла теплопроводностью, а в дуге аргона он менее интенсивен и его вклад сопоставим с процессом радиационного охлаждения. При этом нагрев периферии дуги в СО2 за счет теплопроводности заметно повышает потери энергии через радиальный конвективный поток, что делает дугу в С02 более контрагированным источником нагрева.
Рассмотрены особенности импульсного питания при сварке в С02. На основе анализа существующих импульсно-дуговых способов разработан новый способ сварки с импульсным питанием в среде С02 (рис. 1).
♦Автор выражает глубокую признательность за помощь в проведении совместных исследований кандидату технических наук, доценту А.Ф. Князькову.
Сущность способа заключается в следующем: автоматическое регулирование длины дугового промежутка осуществляется путем изменения параметров импульсов сварочного тока в зависимости от напряжения на дуге в момент, совпадающий с концом паузы, или на интервале всей паузы. Дозирование энергии на расплавление капли осуществляют, начиная с момента отрыва капли, который фиксируется по всплеску напряжения на дуговом промежутке. За счет более точного дозирования энергии, идущей на расплавления капли, улучшается управляемость процессом, что приводит к повышению качества сварки.
В третьей главе представлена методика проведения эксперимента.
Опытами было установлено, что импульсное питание сварочной дуги благоприятно сказывается на стабильности горения дуги и характере переноса электродного металла. На кинокадрах 1-15 показан наиболее характерный случай переноса капель при импульсном питании сварочной дуги (рис. 2).
На кадре 1 представлен электрод к концу паузы. На торце хорошо видна капля, образовавшаяся в результате следующей суммы: остаток капли плюс расплавленный металл за счет аккумулирования плюс расплавленный’ металл за время паузы дежурной дуги. Ток дежурной дуги составляет ЗОА, поэтому реактивное давление и электродинамическая сила не велики. под действием силы тяжести и поверхностного натяжения капля сформировалась на торце в виде сферы, занимающей соосное положение с электродом. По данному моменту отмечено следующее: любое принудительное уменьшение тока дуги после формирования капли на конце электрода будет способствовать нормальному переходу капель с электрода в сварочную ванну. Диаметр столба значительно меньше диаметра капли и электрода.
С момента времени начинается увеличение тока импульса и величины сил, действующих на каплю. На кадрах 2-3 показан момент нарастания сварочного тока. За счет теплонасыщения столб дуги увеличивается, принимает бочкообразную форму и стремится обхватить каплю. Нарастание тока происходит плавно, поэтому капля не смещается на боковую поверхность электрода, а продолжает занимать соосное с ним положение.
Образование шейки между электродом и каплей представлено на 4-ом кадре. С нарастанием сварочного тока увеличивается и значение электродинамической силы, под действием которой капля втягивается в столб дуги и движется в сторону ванны. Шейка удлиняется и утонынается — 5 и 6 кадры. Происходит втягивание капли в направление ванны.
В момент времени 1з происходит отрыв капли и ее ускорение в сторону сварочной ванны. На 7-ом кадре показана оторвавшаяся капля. После разрыва
Рис. 2. Осциллограмма и кинограмма процесса сварки при импульсном питании душ: Упая = б50м/ч; I,, =480А: 1Г? 20А Г=45Гц; ти = 8мс; 1Я — ЗОА . (1кл — 80А; 7,2В; отметчик времени 1кл — 2мс)
перемычки реактивное давление паров очень большое, поэтому капля сильно деформирована. При взрыве шейки и отрыве капли дуга прыгает на электрод, обхватывая его, поэтому в этот момент диаметр столба имеет наибольшие размеры.
Переход капли в сварочную ванну представлен на кадрах 7-14. Сильно деформированная капля парит в направлении ванны. С момента времени ti ток уменьшается, и как следствие, происходит сужение столба дуги. В отличие от сварки в аргоне, капля в С’02 не имеет шарообразной формы, но ее направленный перенос неоспорим. На интервале времени t¡-t¡ осуществляется дозирование энергии на расплавление следующей капли. Момент начала дозирования определяют по всплеску напряжения дугового промежутка в момент времени t3. Так как при этом не учитывается энергия данного импульса, унесенная ушедшей каплей, а учитывается только энергия на расплавление последней капли, то создаются условия для точной дозировки энергии и стабильности размеров капли.
На 15 кадре показана новая капля. При сравнении двух капель — кадры 1 и 15 -можно сделать вывод, что их размеры одинаковы.
Принцип дозирования энергии на расплавление капли показан на рис. 3.
Рис. 3. Осциллограмма процесса сварки в СО: при импульсном питании сварочной дуги и кинограммы в момент паузы с образовавшейся каплей на торце электрода:
= 450м’ч; 1„ =440А; f = 50Гц; ти = 8мс; = ЗОА (!кл — 80А; 7,2В; отметчик времени 1кл — 2ме)
Здесь представлены осциллограмма процесса сварки в СОг при импульсном питании сварочной дуги и кинограммы в момент паузы перед импульсом с образовавшейся каплей на торце электрода.т=:450м/ч>
.л*«.
•Г»
< 1
г
-¿«¿й-
«Ч 1 -А «к< *
т
£1
т
При анализе кинограмм процесса сварки сварки в С03 при импульсном питании сварочной дуги было установлено, что от момета образования капли и перехода ее в сварочную вант’ столб дуги изменяется (рис. 6).
Рис. 6. Форма столба сварочной дуги при импульсном питании в СО>:
1, Г, 1″ — цилиндрическая; 2, 2\2″ — коническая; 3. 3\ 3» — каналовая
Как видно из рисунка, столб сварочной дуги принимает разную форму во время импульса сначала — цилиндртгческую, потом — коническую; во время паузы •• каналовую.
На основе
предложенной модели сделан мате мат» пес к и и расчет радиуса столба сварочной дуги при импульсном питании, который подтвержден экспериментальными 1 —г-4- | данными (рис. 7)
О
О 200 400 600 800
Рис. 7. Радиус столба сварочной дуги и капли при импульсном питании:
1 — расчетные значения радиуса столба сварочной дуги, полученные по формуле:
0 — экспериментальные значения радиуса столба сварочной дуги, полученные по
кинопленкам;
2 — расчетные значения радиуса капли, полученные по формуле:
* — экспериментальные значения радиуса капли, полученные по кинопленкам
В четвертой главе представлена методика проведения эксперимента по определению параметров сварочной ванны при импульсном питании дуги.
Проведены исследования параметров импульсов, влияющих на формирование и структуру шва.
Для придания стабильности процессу и более благоприятного соотношения сил. действующих на каплю при сварке проволокой сплошного сечения в СОг-обеспечивающего принцип импульс-капля, необходимы такие параметры импульсов, чтобы анодное пятно занимало не только торец, но и часть боковой поверхности электрода. При таком расположении анодного пятна линии тока искривляются сильнее, следовательно, больше составляющая электромагнитной силы, отрывающая каплю. Считая реактивное давление паров направленным перпендикулярно к поверхности испарения, имеем, что только часть его, приложенная к торцу.
Нв,мм 7
1 2
■1Л/п=650м/ч •2Л/п=450м/ч
6 5 4 3
200 400 600 800 |,А
Рис. 8. Изменение глубины проплавления в зависимости от амплитуды импульсов
В,мм 13
1
2
■1Л/п=650м/ч ■2Л/п=450м/ч
12 11 10 9 8
200 400 600 800 !,А
Рис. 9. Изменение ширины шва в зависимости от амплзпуды импульсов
Е,мм 5
1
г— 2
«1Л/п=650м/ч ■2Л/п=450м/ч
3 2
200 400 600 800 |,А
Рис. 10. Изменение усиления шва в зависимости от амплитуды импульсов
Fnp.MM
Рис. 11. Зависимость площади проплавлеиия от среднего значения тока:
1 — непрерывный режим ид=28В, ёэ= 1,2мм;
2 — импульсный режим иср=34В, <1э=1,2мм.
Рис. 12. Зависимость ширины шва от среднего значения тока:
1 — непрерывный режим ид=28В, <1э=1,2мм;
2 — импульсный режим Ucp=34B, d3= 1,2мм
Нв.мм 5
4
3
2
1
50 100 150 200 250 300 lcp,A
Рис. 13. Зависимость глубины проплавления от среднего значения тока:
1 — непрерывный режим ид=28В, с!э=1,2мм;
2 — импульсный режим UC[,=34B, d3= 1,2мм
2
1
препятствует отрыву капли, другая его часть, приложенная к боковой поверхности, наоборот, способствует отрыву капли. Изменение глубины проплавления, ширины и усиления шва в зависимости от амплитуды импульсов соответственно представлено на рис. 8, 9, 10.
Рост глубины проплавления связан с тем, что при действии импульса тока дута стабилизируется, возникает мощный катодный поток, приводящий к увеличению силового воздействия душ на ванну и вытеснению металла из нее, что вызывает уменьшение толщины жидкой прослойки под дугой и улучшение условий теплопередачи основному металлу.
Использование импульсного питания дуги, в сравнении с непрерывными, раскрывает широкие возможности регулирования параметров режима (тока и напряжения) не только за счет изменения скорости подачи проволоки, но и за счет изменения энергии микроцикла, вводимой в основной металл. Так, параметрами импульсов в области режимов с управляемым переносом электродного металла позволяет оперативно изменять среднее значение тока и геометрические размеры шва в пределах 30-40%. При этом введение обратных связей по мгновенным показателям процесса в определенных пределах может обеспечивать постоянство средних значений тока и напряжения, определяющих характеристики проплавления основного металла. На рис. 11, 12, 13 соответственно представлены зависимости площади проплавления, ширины шва и глубины проплавления от среднего значения тока при скорости подачи электрода У„ = 450м/ч. :
При всех прочих равных условиях длительность импульса определяет количество энергии, вводимой в дуту во время импульса.
Зависимость размеров шва от длительности представлена на рис. 14. Форма шва и характер проплавления при увеличении длительности импульсов (1ср=согШ) показаны на рис. 15.
С увеличением
длительности импульсов при постоянной частоте увеличивается ширина шва, а глубина проплавления и
выпуклость шва
уменьшаются.
На, В,Е,«>
16
14 12 10
8
6
42
1— в
_ н»
Рис. 14. Изменение глубины проплавления (Н„), ширины шва (В) и выпуклости шва (Е) в зависимости от длительности импульсов: 1ср=200А; Уп=450м/ч; £=60Гц
2
4
б
8
10 (и, мс
Рис. 15. Форма шва и характер проплавления при увеличении длительности импульсов (1ср=200А; Уп=450м/ч; Усв=25м/ч; £=сот1=60Гц; 1и=уаг: 1Я1=Змс; 1и2=бмс; 1и3=9мс)
Обработка кинограмм и осциллограмм процесса сварки в С02 при импульснс питании показывает, что свою роль в процессе играет ток дежурной дуги: чем выи ток дежурной дуги, тем больше количество несоосных капель и больше поте] металла на разбрызгивание. При импульсном питании сварочной дуги в углекислс газе рекомендуемое значение тока дежурной дуги 30-40А.
В условиях автоматической сварки в среде углекислого газа к числу наибол’ часто встречающихся возмущений, нарушающих стабильность процесса сварк относятся изменения вылета электрода. Поэтому в работе были проведен исследования по влиянию вылета электрода на форму и размеры шва (рис. 16,17,18).
Отклонение вылета электрода от номинального в пределах ±6мм не нарушь принцип переноса электродного металла импульс-капля и устойчивость процесс Однако параметры проплавления изменяются при этом в пределах 30-40? Сложность конструкций системы автоматического регулирования вылета электро; затрудняет их использование при сварке в монтажных условиях. Частич! стабилизировать проплавление основного металла можно за счет поддержат постоянными средних значений тока и напряжения дуги, воздействуя на мгновенну скорость плавления электрода.
В работе проведены исследования химических и механических свойст сварного шва при сварке в непрерывном и импульсном режиме.
Сравнение результатов химических анализов металла шва показали, что пр импульсном питании несколько возрастает содержание углерода, марганца и кремни (таблица 1).
Импульсное питание дуги благоприятно сказывается на механически свойствах металла шва и сварного соединения (таблица 2).
Таблица !
Химический анализ металла шва при сварке непрерывной дугой и при импульсном питании
Материал Содержание элементов, %
С Б; Мп Б Р Сг Си N1
Основной металл СтЗ 0,19 0,15 0,5 0,05 0,04 0,3 0,3 0,08
Металл шва при сварке непрерывной дугой 0,087 0,69 0,1 0,03 0,025 0,04 0,04 0,083
Металл шва при импульсном питании сварочной дуги 0,092 0,74 0,15 0,025 0,02 0,04 0,04 0,09
На рис. 6,5мс; £=40имп/с: \’п=б50м/н;
2 — при работе с обратными связями (ЧИМ-2, стабилизированный режим) (в=6,5мс; Г=уаг; \*,.=650м/ч.
Рис. 19. Структура металла швахЗК) при сварке в непрерывном режиме (а) шр сварке при импульсном питании сварочной дуги (б) ; 1
Таблица 2.
Механические свойства металла шва при сварке непрерывной дугой и при импульсном питании
Способ Предел Угол Ударная вязкость, I кгс-м/ем2 при
сварки прочности, загиоа.
кг/мм’ град 20° С -40-С j
Сварка непрерывной 49.7 ■!• 50,S 120 *■ ISO 6,4 4- 9,8 0..5 1.9 1
дугой 50.2 7.9 О !
Сварка при импульсном 50,14-52,8 120 + 180 6,7 -10.6 1.2-4.3
питании su M 1.7
Повышение ударной вязкости, видимо, можно объяснить благоприятными условиями кристаллизации металла шва. При импульсном питании сварочная ванна непрерывно колеблется с частотой, равной частоте следования импульсов тока. Находящейся в ней металл интенсивно перемешивается под действием пульсирующего давления дуги и удара капель электродного металла. Интенсивное перемешивание создает благоприятные условия для выхода газов, находящихся в жидком металле, и способствует измельчению зерна закристаллизовавшегося металла.
Пятая глава посвящена разработке оборудования.
Сформулирована специфика работы тирнсторных ключей в сварочной цепи. В целях унификации сварочного оборудования схема принудительной коммутации должна быть универсальной и использоваться для всех видов сварки и резки на постоянном ток е. При этом для большого парка источников постоянного токи целесообразно иметь модуляторы сварочного тока в виде приставок, позволяющих осуществлять импульсную модуляцию тока по нужному закону.
На рис. 20 представлена силовая часть импульсной систем и питания.
Рис. 20. Силовая часть импульсной системы питания Схема работает следующим образом.
В исходном состоянии тиристоры УБь УБз закрыты, конденсатор С? заряжен в предыдущем периоде с плюсом на верхней обкладке. Через сопротивление
Ils, дроссель L,-, фильтра и дугу протекает ток паузы. Конденсатор фильтра, включенный параллельно сопротивлению 11б через диод VD:> заряжен до напряжения, равного падению напряжения на сопротивлении Rc-
При включении силового тиристора VSi ток импульса протекает по цели, плюс источника — коммутирующий дроссель LK — силовой тиристор VS| — дроссель фильтра Ьф — дуга — минус источника. В момент открытия силового тиристора VS; предварительно заряженный конденсатор фильтра Сф разряжается по двум целям через дуговой промежуток: 1) Ц — VS, — Ц. •■• дуга — VDj — Сф; 2) R — 1ф — дуга — VD» ■■ С>.. При этом через лотовой промежуток протекает дополнительный ток, стабилизирующий дуговой процесс.
Для выключения тока импульса включается дополнительный тиристор VS2. при включении которого начинается первый этап, характеризующийся протеканием импульса обратного тока через находящийся во включенном состоянии силовой тиристор VSi. Так как нагрузка зашуштгрована в обратном направлении диодами VD; и VD;, длительность первого этапа незначительна (»Змеек), и так как он не играет существенной роли и в расчетах не учитывается.
fia втором этане происходит резонансный перезаряд коммутирующего конденсатора по цепи VS> ■••■ Le. При этом на верхней обкладке трансформатора будет отрицательный потенциал. Энергия, запасенная в дросселе L)i} переходит в конденсатор С. На втором этапе напряжение конденсатора С, приложенное к дросселю L.M будет приложено в обратном направлении к силовому тиристору VS;. Пока это напряжение будет больше напряжения источника питания, тиристор будет смешен в обратном направлении, то есть это время, предоставляемое схемой принудительной коммутации для выключения силового тиристора. Следует отметить, что при включения вспомогательного тиристора VS; ток, протекающий через силовой тиристор, мгновенно будет вытеснен. Для нормальной работы схемы принудительном коммутации необходимо, чтобы амплитуда тока в коммутирующем контуре С — 1,к ••• VS? была больше максимального тока импульса.
Одновременно с включением вспомогательного тиристора VS2 разряжении)! при включении силового тиристора VSi конденсатор фильтра Сф заряжается по цепи: плюс источника — Сф — VTXj ■••• Ьф — дута — минус источника. Таким образом, через дуговой промежуток протекает ток заряда фильтрующего конденсатора до напряжения, равного падению напряжения на сопротивлении Rs ог тока дежурной духи.
После перезаряда коммутирующего конденсатора С начинается третий этап, на котором конденсатор резонансно перезаряжается по цепи: С — KL; — VD, — С. Длительность третьего этапа определяется моментом времени, когда напряжение на конденсаторе С с полярностью ф на нижней обкладке и — на верхней обкладке не снизится до заданного напряжения, являющегося начальным для четвертого этапа Это необходимо для квазнстабилизации напряжения на С.
На четвертом этапе включается тиристор VS.? и одновременно с резонансным перезарядом конденсатора С через диод VDt начинается его перезаряд через тиристор VSj от источника питания. Четвертый этап заканчивается в момент времени, когда ток через диод VD; станет равным нулю. В этот момент начинается пятый этап, который закончится когда ток через тиристор VS-j станет равным нулю. Гч» X ¡4
_}-1 -1- -1———
0 0,1 0,2 0,3 0,4
Рис. 21. Зависимость времени от добротности
— ис(0)=100в
— ис{0)=1 50в
— и с(0) = 200в
— и с(0 )=2 5 0 в |
— и с(0)= 300В |
— и с(0)=350в !
0,5
Р 1
Даны рекомендации по выбору элементов силовой части. Назначение, конструкция и компоновка разработанного устройства; рекомендации по практическому использованию модулятора ИРС-1200АДМ.
Основные результаты работы:
1. На основе анализа факторов, влияющих на плавление и перенос электродного металла, показана целесообразность применения импульсного питания для стабилизации процесса на стадии формообразования капли.
2. Рассмотрены особенности импульсного питания дуги при сварке в углекислом газе. Качественно доказана возможность управления процессом при сварке проволокой сплошного сечения в С02.
Разработан способ импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом с автоматическим регулированием длины дугового промежутка путем изменения параметров импульсов сварочного тока в зависимости от напряжения на дуге. Он отличаются независимостью регулирования процессов плавления электродного и основного металла, возможностью дозирования энергии, идущей на образование
каждой капли, начиная с момента отрыва предыдущей капли, большей стабильности« процесса.
3. Предложена методика проведения эксперимента для определени управляемого переноса в СОг- Проведены исследования влияния параметро; импульсов на плавление и перенос электродного металла. Определены облает!
. параметров, в которых существует управляемый перенос (в т.ч. в различны: пространственных положениях).
При анализе существующих моделей формы столба сварочной дуп установлено, что при импульсном питании в углекислом газе длинной дутой форм; столба сварочной дуги изменяется и может бьггь на определенном промежутк( времени — цилиндрической, конической и каналовой. Экспериментальные зпачсни: радиуса сварочной дуги и капли при импульсном питании находятся в предела) допустимых значений от расчетных
4. Предложена методика проведения эксперимента для определения формы i геометрических размеров шва. Исследовано влияние параметров импульсов н; формирование шва: влияние амплитуды; влияние среднего значения тока; влияши длительности; влияние заданного напряжения дуги; влияние тока дежурной дуги.
Приведенные экспериментальные данные показывают, что использование импульсного питания улучшает все характеристики сварного соединения и позволяет изменять геометрию шва при неизменном параметре режима сварки (скорость подач1-электродной проволоки). Сравнение результатов химических анализов металла швг показали, что при импульсном питании несколько возрастает содержание углерода, марганца и кремния.
5. На основе схемы принудительной коммутации последовательного типа разработаны варианты модулятора для совместной работы со стандартными сварочными источниками, обладающими жесткими внешними характеристиками. Отмечены особенности работы схем и выведены расчетные соотношения для определения параметров отдельных элементов.
На основе теоретического анализа даны практические рекомендации по расчету и выбору параметров модулятора.
Экспериментальные исследования подтвердили теоретические положения о возможности импульсного управления процессом при сварке в углекислом газе плавящимся электродом и правильность полученных соотношений для расчета параметров модуляторов.
6. Проверка системы показала ее высокую работоспособность в исследуемом диапазоне режимов, а также возможность управления плавлением и переносом электродного металла, управлением формирования шва и уменьшением разбрызгивания электродного металла.
Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:
1. Крампит Н.Ю., Петриков A.B. Снижение разбрызгивания металла при сварке короткой дугой в среде СОг// Девятая научно-практическая конференция… Сборник трудов и тезисов докладов. — Юрга: Изд. ТПУ, — 1996. — С. 55-56.
2. Крампит Н.Ю., Петриков A.B. Перенос электродного металла при сварке длинной дугой в СО2// Девятая научно-практическая конференция… Сборник трудов и тезисов докладов. — Юрга: Изд. ТПУ, — 1996. — С. 48-49.
3. Князьков А.Ф., Крампит Н.Ю., Долгун Б.Г. Управление плавлением и переносом электродного металла длинной дугой в среде С02// Девятая научно-практическая конференция… Сборник трудов и тезисов докладов. — Юрга: Изд. ТПУ, — 1996. -С. 58-61.
4. Крампит Н.Ю., Петриков A.B. Снижение разбрызгивания металла при сварке короткой дугой в среде углекислого газа// Тезисы докладов 2-й областной научно-практической конференции молодежи и студентов. — Томск: Изд. ТПУ, — 1996. — С. 66.
5. Крампит Н.Ю., Петриков A.B. Перенос электродного металла при импульсном питании дуги в СОг// Тезисы докладов 2-й областной научно-практической конференции молодежи и студентов. — Томск: Изд. ТПУ, — 1996. -
С. 66-67.
6. Князьков А.Ф., Крампит Н.Ю., Петриков A.B. Активное управление дуговыми сварочными процессами// Третья областная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технология»…Сб. статей. — Томск: Изд. ТПУ, — 1997. — С. 108.
7. Князьков А.Ф., Петриков A.B., Крампит Н.Ю. Управление механизмами коротких замыканий при сварке в углекислом газе// Третья областная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технология». ..Сб. статей. — Томск: Изд. ТПУ, — 1997. — С. 108.
8. Князьков А.Ф., Крампит Н.Ю., Петриков A.B. Исследование плавления электродной проволоки при импульсном питании сварочной дуги// Десятая научная конференция… Труды. — Юрга: Изд. ТПУ, — 1997. — С. 71.
9. Князьков А.Ф., Князьков С.А., Гиленко C.B., Крампит Н.Ю., Петриков A.B. Импульсная система питания для сварки плавящимся электродом неповоротных стыков магистральных трубопроводов// Десятая научная конференция… Труды. -Юрга: Изд. ТПУ, — 1997. — С. 69.
10. Князьков А.Ф., Князьков С.А., Крампит Н.Ю., Виниченко Е.В. Автоматизация сварки неповоротных стыков магистральных трубопроводов на базе импульсного питания сварочной дуги плавящимся электродом в защитных газах// Десятая научная конференция… Труды. — Юрга: Изд. ТПУ, -1997. — С. 66.
11. Князьков А.Ф., Князьков С.А., Крампит Н.Ю., Петриков A.B. Статические характеристики системы питания для сварки с комбинированной импульсной модуляцией сварочного токall Одиннадцатая научная конференция… Труды. — Юрга: Изд. ТПУ,- 1998.-С. 19-21.
12. Князьков А.Ф., Князьков С.А., Крампит Н.Ю., Крампит А.Г. Комбинированная импульсная система питания для сварки// Одиннадцатая научная конференция… Труды. — Юрга: Изд. ТПУ, — 1998. — С. 21-24.
13. Князьков А.Ф., Князьков С.А., Крампит Н.Ю., Петриков A.B., Брунов О.Г. Устойчивость комбинированной импульсной системы питания для сварки// Одиннадцатая научная конференция… Труды. — Юрга: Изд. ТПУ, — 1998. — С. 24-26.
14. Князьков А.Ф., Князьков С.А., Крампит Н.Ю., Пилипенко Д.В., Петриков А:В:, Брунов О.Г. Специализированный робот для сварки неповоротных стыков магистральных трубопроводов// Международная конференция «Сварка и родственные технологии — в XXI век», ноябрь^ 1998г.: Тез. Докл./ HAH Украины. Инт электросварки им. Е.О. Патона. — Киев, — 1998. — С. 56.
15. Князьков А.Ф., Крампит Н.Ю. Способ импульсно-дуговой сварки в С02// Двенадцатая научная конференция… Труды. — Юрга: Изд. ТПУ, — 1999. — С 27-30.
16. Князьков А.Ф., Князьков С.А., Крампит Н.Ю. Специальная электрическая схема системы импульсного питания// Двенадцатая научная конференция… Труды. -Юрга: Изд. ТПУ, — 1999. — С. 30-33.
17. Князьков А.Ф., Крампит Н.Ю., Крампит А.Г. Методика проведение эксперимента по определению параметров сварочной ванны при импульсном питанш •дуги// Тринадцатая научная ‘¿Ьнфсренция… Труды. — Юрга: Изд. ТПУ, — 2000. -
С. 45-46.
18. Князьков А.Ф., Крампит Н.Ю.,’ Крампит А.Г. Влияние параметро! импульсов на форму шва при импульсном питании дуги// Тринадцатая научна) конференция… Труды. — Юрга: Изд. ТПУ, — 2000. — С.Чб-48.
19. Патент №2120843 (РФ). Способ электродуговой сварки. Князьков А.Ф. Петриков A.B., Крампит Н.Ю. — * .
20. Патент №2133660 (РФ). Способ импульсно-дуговой сварки. Князьков А.Ф. Крампит Н.Ю., Петриков A.B.
Технология сварки углеродистых и низкоуглеродистых сталей
Для различных способов сварки требования к конструктивным элементам подготовки кромок и размерам швов регламентируются соответствующим ГОСТом. Сварные соединения для фиксации входящих в них деталей относительно друг друга и выдерживания необходимых зазоров перед сваркой собирают в сборочных приспособлениях или при помощи прихваток. Длина прихваток зависит от толщины металла. Площадь сечения прихваток равна примерно 1/3 площади сечения шва, но не более 25 … 30 мм2. Прихватки выполняют обычно покрытыми электродами или полуавтоматами в углекислом газе. Их рекомендуется накладывать со стороны, обратной наложению основного однопроходного шва или первого слоя в многопроходных швах.
При сварке прихватки следует переплавлять полностью, так как в них могут образовываться трещины ввиду высокой скорости теплоотвода. Поэтому перед сваркой прихватки тщательно зачищают и осматривают. При наличии в прихватке трещины ее выругают или удаляют другим способом.
При электрошлаковой сварке детали, как правило, устанавливают с зазором, расширяющимся к концу шва. Взаимное положение деталей фиксируют скобами, установленными на расстоянии 500 … 1000 мм друг от друга и удаляемыми по мере наложения шва. При автоматических способах дуговой сварки и электрошлаковой сварке в начале и конце шва устанавливают входные и выходные планки для обеспечения сварки начала шва с установившимся термическим циклом (требуемыми размерами шва) и вывода кратера с основного шва.
Сварку стыковых швов газовую, вручную покрытыми электродами или полуавтоматами в защитных газах и порошковыми проволоками обычно выполняют на весу. При автоматической сварке предусматривают применение приемов, обеспечивающих предупреждение прожогов и качественный провар корня шва. Для предупреждения образования в швах пор, трещин, непроваров и других дефектов свариваемые кромки перед сваркой тщательно зачищают от шлака, оставшегося после термической резки, ржавчины, масла и других загрязнений.
Дуговую сварку ответственных конструкций лучше проводить с двух сторон. Более благоприятные результаты получаются при многослойной сварке. В этом случае, особенно на толстом металле, достигаются более благоприятные структуры в металле шва и околошовной зоне. Однако выбор способа заполнения разделки при многослойной сварке зависит от толщины металла и термообработки стали перед сваркой. При появлении в швах дефектов (пор, трещин, непроваров, подрезов и т.д.) металл в месте дефекта удаляется механическим путем, газопламенной, воздушно-дуговой или плазменной строжкой и после зачистки подваривается.
Следует помнить, что при сварке низколегированных сталей выбор техники и режима сварки влияет на форму провара, долю участия основного металла в формировании шва, а также на его состав и свойства.
Газовая сварка. Низкоуглеродистые и низкоуглеродистые низколегированные стали удовлетворительно свариваются газовой сваркой. Для сварки используется нормальное пламя. Применение флюсов не требуется. В качество присадочного металла используются сварочные проволоки марок Св-08; Св-08А; Св-08ГС; Св-12ГС; Св-08Г2С. Мощность пламени при левом способе сварки 100 … 130 л/мм, при правом 120 … 150 л/мм.
Металл шва содержит небольшое количество азота. Это объясняется его небольшой концентрацией в пламени. Водород остается в шве в значительных количествах и может вызывать в них поры. Окисление FeO за счет углерода с образованием СО также может привести к пористости шва. Поэтому рекомендуется применять присадочный металл с пониженным содержанием углерода. Выгорание кремния и марганца может привести к снижению пластичности металла шва — механические свойства металла шва могут быть в некоторой степени улучшены горячей проковкой или последующей термообработкой (нормализация или низкотемпературный отжиг).
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. В зависимости от назначения конструкции и типа стали электроды можно выбирать согласно табл.1. Режим сварки выбирают в зависимости от толщины металла, типа сварного соединения и пространственного положения сварки.
Табл. 1 Марки электродов, применяемых при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей
| Назначение электродов | Марки электродов | Примечание |
| Сварка низкоуглеродистых сталей | ОММ-5, АНО-3, АНО-4, АНО-5, АНО-6, ЦМ-7, ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12, СМ-5 | Электроды: АНО-1 для низкоуглеродистых и 09Г2 |
| Сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей | АНО-1, ВСП-1, ВСЦ-2, УОНИ-13/45, ОЗС-2, ОМА-2 | |
| Сварка ответственных конструкций из низкоуглеродистых сталей | МР-3 | |
| Сварка ответственных конструкций из низко- и среднеуглеродистых и низколегированных сталей | ОМА-2, УОНИ-13/55, АН-7, ВСН-3, К-5А, ДСК-50, ОЗС-18, ОЗС-25, ОЗС-33 | Электроды: а) УОНИ-13/55 для сталей низкоуглеродистых и 14ХГС; б) ВСН-3 для трубопроводов из стали 10Г2 |
Табл. 2 Соответствие марок электродов типу электродов
| Тип электрода по ГОСТ 9467-75 | Марки электродов |
| Э42 | ОММ-5, СМ-5, ЦМ-7, АНО-1, АНО-5, АНО-6, ОМА-2, ОЗС-23 |
| Э42А Э46 | УОНИ-13/45, СМ-11, ОЗС-2, АНО-3, АНО-4, МР-1, МР-3, ОЗС-3, ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12, ЭРС-1, ЭРС-2, РБУ-4, РБУ-5 |
| Э46А Э50 Э50А | Э-138/45Н, УОНИ-13/55К, ВСН-3, УОНИ-13/55, ДСК-50, К-5А, ОЗС-18, ОЗС-25, ОЗС-33 |
Табл. 3 Режимы сварки под флюсом
| Толщина металла или катет шва, мм | Подготовка кромок | Тип шва и способ сварки | Диаметр электропроводной проволоки, мм | Сила тока. А | Напряжение дуги, В | Скорость сварки, м/ч |
| А. Автоматическая сварка стыковых швов | ||||||
| 8 | Без разделки, зазор 2 … 4 мм | Односторонний | 4 | 550 … 600 | 26 … 30 | 48… 50 |
| 12 Свыше 16 | Тоже V-образные | Двусторонний Односторонний | 5 5 | 650 … 700. 1-й проход 750… 800 2-й проход | 30 …34 30… 35 | 30… 32 20 … 22 |
| Б. Автоматическая сварка угловых швов | ||||||
| 5 | Без разделки | Наклонным электродом | 2 | 260 … 280 | 28 … 30 | 28 …30 |
| 7 | Тоже | Тоже | 500… 530 | 30… 32 | 44 … 46 | |
| 8 | » | В лодочку | 3 | 550 … 600 | 32 …34 | 28… 30 |
| 12 | » | Тоже | 3 | 600… 650 | 32 … 34 | 18 …20 |
| Примечание. Ток постоянной обратной полярности. | ||||||
Аргон и гелий в «чистом» виде в качестве защитных газов находят ограниченное применение — только при сварке конструкций ответственного назначения.
Сварку в углекислом газе и его смесях выполняют плавящимся электродом. В некоторых случаях для сварки в углекислом газе используют неплавящийся угольный или графитовый электрод. Однако этот способ находит ограниченное применение, например при сварке бортовых соединений низкоуглеродистых сталей толщиной 0,3 … 2 мм (канистр, корпусов конденсаторов и т.д.). Так как сварка выполняется без присадки, содержание кремния и марганца в металле шва невелико. В результате прочность соединения обычно составляет 50 … 70 % прочности основного металла.
При автоматической и полуавтоматической сварке плавящимся электродом швов, расположенных в различных пространственных положениях, обычно используют электродную проволоку диаметром до | 1,2 мм; при сварке в нижнем положении — диаметром 1,2 … 3,0 мм. Для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей используют легированные электродные проволоки марок Св-08ГС и Св-08Г2С. Проволоку марки 12ГС можно использовать для сварки низколегированных сталей 14ХГС, 10ХСНД и 15ХСНД и спокойных углеродистых сталей марок Ст1сп и Ст2сп. Однако с целью предупреждения значительного повышения содержания углерода в верхних слоях многопроходных швов эту проволоку обычно применяют для сварки одно-трехслойных швов.
Повышение коррозионной стойкости швов в морской воде достигается использованием электродной проволоки марки Св-08ХГ2С. Структура и свойства металла шва и околошовной зоны на низкоуглеродистых и низколегированных сталях зависят от марки использованной электродной проволоки, состава и свойств основного металла и режима сварки (термического цикла сварки, доли участия основного металла в формировании шва и формы шва). Влияние этих условий сварки и технологические рекомендации примерно такие же, как и при ручной дуговой сварке и сварке под флюсом.
На свойства металла шва значительное влияние оказывает качество углекислого газа. При повышенном содержании азота и водорода, а также влаги в швах могут образоваться поры. Сварка в углекислом газе менее чувствительна к отрицательному влиянию ржавчины. Увеличение напряжения дуги, повышая угар легирующих элементов, приводит к снижению механических свойств шва. Некоторые рекомендации по режимам сварки приведены в табл. 4.
Табл. 4 Режимы полуавтоматической и автоматической сварки в углекислом газе.
| Толщина металла, мм | Катет шва, мм | Зазор, мм | Число слоев | Диаметр электродной проволоки, мм | Сила тока, А | Напряжение дуги, В | Скорость сварки оного слоя, м/ч | Расход газа на один слой, л/мин |
| Стыковые швы | ||||||||
| 1,2 … 2,0 | 1,2 … 2,0 | 1,2 … 2,0 | 1,2 … 2,0 | 1,2 … 2,0 | 1,2 … 2,0 | 1,2 … 2,0 | 1,2 … 2,0 | 1,2 … 2,0 |
| 3 … 5 | 3 … 5 | 3 … 5 | 3 … 5 | 3 … 5 | 3 … 5 | 3 … 5 | 3 … 5 | 3 … 5 |
| 6 … 8 | 6 … 8 | 6 … 8 | 6 … 8 | 6 … 8 | 6 … 8 | 6 … 8 | 6 … 8 | 6 … 8 |
| 8 … 2 | 8 … 2 | 8 … 2 | 8 … 2 | 8 … 2 | 8 … 2 | 8 … 2 | 8 … 2 | 8 … 2 |
| Угловые швы | ||||||||
| 1,5 … 2,0 | 1,5 … 2,0 | 1,5 … 2,0 | 1,5 … 2,0 | 1,5 … 2,0 | 1,5 … 2,0 | 1,5 … 2,0 | 1,5 … 2,0 | 1,5 … 2,0 |
| 3,0 … 4,0 | 3,0 … 4,0 | 3,0 … 4,0 | 3,0 … 4,0 | 3,0 … 4,0 | 3,0 … 4,0 | 3,0 … 4,0 | 3,0 … 4,0 | 3,0 … 4,0 |
| 5,0 … 6,0 | 5,0 … 6,0 | 5,0 … 6,0 | 5,0 … 6,0 | 5,0 … 6,0 | 5,0 … 6,0 | 5,0 … 6,0 | 5,0 … 6,0 | 5,0 … 6,0 |
Сварка на повышенных силах тока приводит к получению металла швов с пониженными показателями пластичности и ударной вязкости, что, вероятно, объясняется повышенными скоростями охлаждения. Свойства металла шва, выполненного на обычных режимах, соответствуют свойствам металла шва, выполненного электродами типа Э50А. В промышленности находит применение и сварка в углекислом газе порошковыми проволоками. Технология этого способа сварки и свойства сварных соединений примерно те же, что и при использовании их при сварке без дополнительной защиты.
Сварка порошковой проволокой. Сварка открытой дугой порошковой проволокой является одним из перспективных способов. В промышленности находят применение порошковые проволоки марок ПП-1ДСК, ПП-2ДСК, ПП-АНЗ, ПП-АН4, ЭПС-15/2 и др. Использование проволоки ПП-1ДСК при сварке угловых и стыковых швов с зазором между кромками может привести к получению в швах пор.
Проволока ЭПС-15/2 для получения швов без пор требует соблюдения режимов в узком диапазоне. Большие рабочие токи ограничивают применение этой проволоки для сварки металла малых толщин.
Проволоки ПП-АН7 и ЛП-2ДСК имеют хорошие сварочно-технологические свойства в широком диапазоне режимов (табл. 5).
Табл. 5. Оптимальные режимы сварки порошковыми проволоками (нижнее положение)
| Марка проволоки | Диаметр проволоки, мм | Стыковой шов | Угловой шов в лодочку | ||||
| Сила тока, А | Напряжение дуги, В | Скорость подачи проволоки, м/ч | Сила тока, А | Напряжение дуги, В | Скорость подачи проволоки, м/ч | ||
| ПП-1ДСК | 1,8 | 200 … 350 | 25 … 30 | … | 200 … 300 | 26 … 31 | — |
| ПП-2ДСК | 2,3 | 400 … 450 | 25 … 31 | 382 | 340 … 380 | 29 … 32 | 382 |
| ПП-АНЗ | 3,2 | 450 … 525 | 26 … 32 | 265 | 450 … 560 | 27 … 31 | 265 |
| ПП-АН4 | 2,3 | 500 … 600 | 28 … 29 | 382 | 440 … 475 | 30 … 34 | 382 |
| ЭПС-15/2 | 2,2 | 320 … 360 | 29 … 32 | 337 | 320 … 330 | 29 … 32 | 337 |
Приведенные в табл. 6 данные показывают, что механические свойства металла швов при сварке порошковыми проволоками находятся примерно на уровне свойств соединений, выполненных электродами типа Э50А по ГОСТ 9467-75. Для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей можно рекомендовать проволоки ПП-2ДСК и ПП-АН4, обеспечивающие хорошие показатели хладноломкости швов.
Табл. 6 Механические свойства швов при сварке низкоуглеродистых сталей порошковыми проволоками
| Марки проволоки | σт ,МПа | σв, МПа | δ5, % | Ударная вязкость (Дж/см2) при температуре, °С | |||
| +20 | -20 | -40 | -60 | ||||
| ПП-1ДСК | — | 536 | 26,0 | 78 | 43 | 8 | 6 |
| ПП-2ДСК | 360 | 481 | 30,1 | 160 | 139 | 123 | 84 |
| ПП-АНЗ | 395 | 514 | 30,2 | — | 126 | 92 | 27 |
| ПП-АН4 | 416 | 530 | 26,7. | — | 111 | 129 | 27 |
| ПП-АН7 | — | 520 | 28,4 | 199 | 143 | 26 | 12 |
| ЭПС-15/2 | 416 | 501 | 26,6 | 163 | 140 | 63 | 7 |
Электрошлаковая сварка. Электрошлаковую сварку широко применяют при изготовлении конструкций из толстолистовых низкоуглеродистых и низколегированных сталей. При этом равнопрочность сварного соединения достигается за счет легирования металла шва через электродную проволоку и перехода элементов из расплавляемого металла кромок основного металла. Последующая термообработка помимо снижения остаточных напряжений благоприятно влияет и на структуру и свойства сварных соединений.
При электрошлаковой сварке рассматриваемых сталей используют флюсы АН-8, АН-8М, ФЦ-1, ФЦ-7 и АН-22. Выбор электродной проволоки зависит от состава стали. При сварке спокойных низкоуглеродистых сталей с содержанием до 0,15% углерода хороших результатов достигают при использовании проволок марок Св-08А и Св-08ГА. Для предупреждения образования газовых полостей и пузырей при сварке кипящих сталей, содержащих мало кремния, рекомендуется электродная проволока Св-08ГС с 0,6 … 0,85 % Si. При сварке сталей марок СтЗ и некоторых марок низколегированных сталей удовлетворительные результаты получают при использовании электродных проволок марок Св-08ГА, Св-10Г2 и Св-08ГС, а стали ЮХСНД-Св-08ХГ2СМА (табл. 7).
Табл. 7 Ориентировочные режимы электрошлаковой сварки низкоуглеродистых сталей
| Толщина металла, мм | Сила тока на один электрод, А | Напряжение сварки, В | Число электродов | Диаметр (сечение) электродов, мм | Расстояние между электродами, мм | Скорость, м/ч | |
| подачи электродов | сварки | ||||||
| Проволочный электрод | |||||||
| 30 70 | 350 … 370 650 | 32 … 34 47 | 1 | 2,5 | — | 172 | 0,9 … 1,0 |
| — | 371 …400 | 1,0 … 1,16 | |||||
| 90 150 200 250 | 600 … 620 450 … 500 550 500 … 550 | 42 … 46 44 … 50 46 … 48 50 … 55 | 2 | 3,0 | 45… 50 65 90 125 | 300 220 … 240 250 230… 250 | 1,6 0,8 … 0:9 0,5 0,4 … 0,5 |
| 340 | 400 … 450 | 46 …48 | 3 | 110 | 200… 220 | 0,3 | |
| Пластинчатый электрод | |||||||
| 100 200 300 | 1000 … 1200 1000 … 1200 1500 … 1800 | 28 … 30 28 … 30 30 … 32 | 1 2 3 | 10×90 10×90 10х135 | 1,6 1,6 1,6 | 0,5 0,5 0,45 | |
Сварка порошковой проволокой и проволокой сплошного сечения без дополнительной защиты дуги
Сущность первого способа.
Применение сварки под флюсом затруднено ограниченностью положения шва в пространстве (преимущественно нижнее) и невозможностью наблюдения за образованием шва. При сварке в защитных газах надежность защиты может нарушаться воздействием движения воздуха и засорением газового сопла брызгами.
Сварка порошковыми проволоками в значительной степени сочетает положительные стороны механизированных и ручного способов сварки. Конструкция порошковой проволоки определяет некоторые особенности ее расплавления. Сердечник проволоки на 50-70 % состоит из неметаллических, неэлектропроводных материалов, поэтому проволока плавится дугой, горящей и перемещающейся по металлической оболочке. Ввиду этого плавление сердечника может отставать от плавления оболочки, и он может частично переходить в сварочную ванну в нерасплавленном состоянии, особенно при касании сердечником поверхности сварочной ванны, что может привести к образованию в металле шва пор и засорению его неметаллическими включениями. Малая жесткость порошковых проволок требует применения специальных механизмов подачи с двойным приводом и малым давлением поджатия. Металлургические особенности процесса сварки порошковыми, проволоками определяют повышенную чувствительность металла шва к образованию пор при отклонении напряжения дуги и вылета электрода от рекомендуемых.
В настоящее время налажен промышленный выпуск проволок больших диаметров (2,6 мм и выше), требующих повышенной силы сварочного тока, что затрудняет их использование для сварки в вертикальном и потолочном положениях. Однако многие организации ведут работы по созданию порошковых проволок для сварки во всех пространственных положениях, что резко повысит удельный вес их применения, особенно в условиях строительно-монтажного производства. Промышленностью выпускаются проволоки для сварки без дополнительной защиты (самозащитные) или с дополнительной защитой углекислым газом. В зависимости от типа проволоки (рутил-органический, карбонатно-флюоритовый и др.) используется постоянный ток прямой или обратной полярности от источника с крутопадающей или жесткой внешней характеристикой.
Техника сварки. Выпускаемая проволока должна иметь сертификат завода-изготовителя, без которого ее применение недопустимо. В сертификате указывают марку и диаметр проволоки, коэффициент заполнения, механические свойства и другие ее характеристики. Обычно сварка ведется полуавтоматами, но может выполняться и автоматами. Ввиду возможности наблюдения за формированием шва техника сварки порошковыми проволоками мало отличается от сварки плавящимся электродом в защитных газах. Однако появление на поверхности сварочной ванны шлака, затекающего при некоторых условиях в зазор между кромками впереди шва, затрудняет провар корня шва и может привести к непроварам кромок. Необходимо следить за равномерным покрытием всей сварочной ванны шлаком. При многослойной сварке поверхность предыдущих швов рекомендуется тщательно очищать от шлака.
Подготовка кромок, их очистка и сборка под сварку осуществляются теми же способами, что и при других способах сварки. Прихватки делают вручную покрытыми электродами или механизированно порошковой проволокой. Перед началом сварки следует проверить полярность тока и исправность аппаратуры, а также установить параметры режима применительно к изделию. При заправке проволоки в рукав конец ее должен быть завальцован, наконечник с мундштука снят, а рукав не должен иметь перегибов. После этого на отдельной пластине наплавляют короткий шов для расплавления конца проволоки, где шихта при заправке могла высыпаться. В процессе сварки необходимо следить за равномерностью расплавления проволоки.
При сварке стыковых швов проволока должна быть перпендикулярна поверхности изделия или расположена углом назад с отклонением от вертикали до 15°. При сварке угловых швов «в лодочку» или наклонным электродом угол между электродом и поверхностью изделия должен быть 45-60°. Проволоки рутил-органического типа (ПП-АН1, ПП-2ДСК) имеют удовлетворительные сварочно-технологические свойства, мало чувствительны к изменению напряжения дуги. Однако сварка на большом токе и при низком напряжении на повышенной скорости может привести к образованию в швах подрезов. Вылет электрода должен быть 15-20 мм. Проволоки карбонатно-флюоритового типа (ПП-АНЗ, АП-АН7, ПП-АН11, СП-2) чувствительны к изменению напряжения дуги и более чем проволоки рутил-органического типа, — к загрязнению кромок. Для надежного возбуждения и горения дуги и предупреждения в швах пор вылет электрода должен устанавливаться з пределах 25-30 мм.
Увлажнение сердечника при хранении проволоки может привести к появлению в шве пор. Для предупреждения этого проволоку следует прокаливать при 230-250 °С в течение 2-3 ч. После прокалки уменьшается жесткость проволоки и требуется тщательная настройка механизма ее подачи. Для сварки в углекислом газе рекомендуются порошковые проволоки: рутиловые (ПП-АН8, ПП-АН10) и рутил-флюоритовые (ПП-АН4, ПП-АН9, ПП-АН57). Применение этих проволок повышает производительность сварки по сравнению с ручной в 2-4 раза, а со сваркой проволокой сплошного сечения марки Св-О82ГС — на 10-15 %. При сварке в углекислом газе себестоимость наплавленного металла возрастает на 20-25 % по сравнению со сваркой без внешней защиты, что частично компенсируется снижением трудозатрат на очистку поверхности швов и деталей от брызг металла.
Находит некоторое практическое применение и сварка проволокой сплошного сечения без дополнительной газовой пли другой защиты дуги. Введение в состав проволок (Св-20ГСТЮА и Св-15ГСТЮЦА) раскислителей и элементов, снижающих растворимость азота в жидком металле, позволяет обеспечить требуемое качество шва. Техника сварки этими проволоками такая же, как и в защитных газах. Ограничивают их использование пока высокая стоимость и недостаточная стабильность качества сварного соединения, выполненного этими проволоками.
Сварка конструкционных низкоуглеродистых и низколегированных сталей
Сварка конструкционных низкоуглеродистых и низколегированных сталей
Электроды для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей — АНО-4, МР-3, МР-3С синие, ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55 вы можете заказать позвонив по телефонам (495) 799-59-85, 967-13-04
Состав и свойства сталей:
Углерод является основным легирующим элементом в углеродистых конструкционных сталях и определяет механические свойства сталей этой группы. Повышение его содержания усложняет технологию сварки и затрудняет возможности получения равнопрочного сварного соединения без дефектов. Стали с содержанием углерода до 0,25% относятся к низкоуглеродистым. По качественному признаку углеродистые стали разделяют на две группы: обыкновенного качества и качественные. По степени раскисления стали обыкновенного качества обозначают: кипящую — кп, полуспокойную — пс и спокойную — сп. Кипящая сталь, содержащая не более 0,07% Si, получается при неполном раскислении металла марганцем. Сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения серы и фосфора по толщине проката. Местная повышенная концентрация серы может привести к образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне. Кипящая сталь склонна к старению в околошовной зоне и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах. Спокойные стали получаются при раскислении марганцем, алюминием и кремнием и содержат не менее 0,12% Si; сера и фосфор распределены в них более равномерно, чем в кипящих сталях. Эти стали менее склонны к старению и отличаются меньшей реакцией на сварочный нагрев. Полуспокойная сталь по склонности к старению занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталью. Сталь обыкновенного качества поставляют без термической обработки в горячекатаном состоянии. Изготовленные из нее конструкции также не подвергают последующей термической обработке.
Сталь углеродистую обыкновенного качества в соответствии с ГОСТ 380—71 подразделяют на три группы. Сталь группы А поставляют по механическим свойствам и для производства сварных конструкций не используют (группу А в обозначении стали не указывают; например, СтЗ. Сталь группы Б поставляют по химическому составу, а группы В по химическому составу и механическим свойствам. Перед обозначением марки этих сталей указывают их группу, например, БСтЗ, ВСтЗ. Полуспокойную сталь марок 3 и 5 производят с обычным и повышенным содержанием марганца (после номера марки ставят букву Г). Стали ВСт1, ВСт2, ВСтЗ всех степеней раскисления и сталь ВСтЗГпс, а также стали БСт1, БСт2, БСтЗ всех степеней раскисления и сталь БСтЗГпс поставляются с гарантией свариваемости. Для ответственных конструкций используют сталь группы В.
Углеродистую качественную сталь с нормальным (марки 10, 15 и 20) и повышенным (марки 15Г и 20Г) содержанием марганца поставляют в соответствии с ГОСТ 1050—74 и ГОСТ 4543—71. Она содержит пониженное количество серы. Стали этой группы для изготовления конструкций применяют в горячекатаном состоянии и в меньшем объеме после нормализации или закалки с отпуском (термоупрочнение). Механические свойства этих сталей зависят от термической обработки. Сварные конструкции, изготовленные из этих сталей, для повышения прочностных свойств можно подвергать последующей термической обработке.
Стали, содержащие специально введенные элементы, которые отсутствуют в углеродистых сталях, называют легированными. Марганец считают легирующим компонентом при содержании его в стали более 0,7% по нижнему пределу, а кремний — при содержании свыше 0,4%. Поэтому углеродистые стали марок ВСт3Гпс, ВСт3Гпс, 15Г и 20Г с повышенным содержанием марганца по свариваемости следует отнести к низколегированным конструкционным сталям. Легирующие элементы, вводимые в сталь, образуя с железом, углеродом и другими элементами твердые растворы и химические соединения, изменяют ее свойства. Это повышает механические свойства стали и, в частности, снижает порог хладноломкости. В результате появляется возможность снизить массу конструкций.
В промышленности при производстве сварных конструкций широко используют низкоуглеродистые низколегированные стали. Суммарное содержание легирующих элементов в этих сталях не превышает 4,0% (не считая углерода), а углерода 0,25%.
В зависимости от вводимых в сталь легирующих элементов низколегированные стали разделяют на марганцовистые, кремнемарганцовистые, хромокремненикелемедистые и т. д. Наличие марганца в сталях повышает ударную вязкость и хладноломкость, обеспечивая удовлетворительную свариваемость. По сравнению с другими низколегированными сталями марганцовистые стали позволяют получать сварные соединения более высокой прочности при знакопеременных и ударных нагрузках. Введение в низколегированные стали небольшого количества меди (0,3—0,4%) повышает стойкость стали против коррозии (атмосферной и в морской воде). Для изготовления сварных конструкций низколегированные стали используют в горячекатаном состоянии. Термическая обработка улучшает механические свойства стали, которые, однако, зависят от толщины проката. Особенно важно, что при этом может быть достигнуто значительное снижение температуры порога хладноломкости. Поэтому некоторые марки низколегированных сталей для производства сварных конструкций используют после упрочняющей термической обработки.
Общие сведения о свариваемости:
Рассматриваемые стали обладают хорошей свариваемостью. Технология их сварки должна обеспечивать определенный комплекс требований, основными из которых являются равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла шва и околошовной зоны должны быть не ниже нижнего предела механических свойств основного металла. В некоторых случаях конкретные условия работы конструкций допускают снижение отдельных показателей механических свойств сварного соединения. Однако в большинстве случаев, особенно при сварке ответственных конструкций, швы не должны иметь трещин, непроваров, пор, подрезов. Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать требуемым. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние. В отдельных случаях к сварному соединению предъявляют дополнительные требования. Однако во всех случаях технология должна обеспечивать максимальную производительность и экономичность процесса сварки при требуемой надежности и долговечности конструкции.
Механические свойства металла шва и сварного соединения зависят от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки и предыдущей и последующей термической обработкой. Химический состав металла шва зависит от доли участия основного и электродного металлов в образовании шва и взаимодействий между металлом и шлаком и газовой фазой. При сварке рассматриваемых сталей состав металла шва незначительно отличается от состава основного металла. В металле шва меньше углерода для предупреждения образования структур закалочного характера при повышенных скоростях охлаждения. Возможное снижение прочности металла шва, вызванное уменьшением содержания углерода, компенсируется легированием металла через проволоку, покрытие или флюс марганцем и кремнием. При сварке низколегированных сталей необходимое количество легирующих элементов в металле шва обеспечивается также и путем их перехода из основного металла.
Повышенные скорости охлаждения металла шва способствуют увеличению его прочности, однако при этом снижаются пластические свойства и ударная вязкость. Это объясняется изменением количества и строения перлитной фазы. Скорость охлаждения металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкцией сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой изделия. Влияние скорости охлаждения в наибольшей степени проявляется при дуговой сварке однослойных угловых швов и последнего слоя многослойных угловых и стыковых швов при наложении их на холодные, предварительно сваренные швы. Металл многослойных швов, кроме последних слоев, подвергающийся действию повторного термического цикла сварки, имеет более благоприятную мелкозернистую структуру. Поэтому он обладает более низкой критической температурой перехода в хрупкое состояние. Пластическая деформация, возникающая в металле шва под действием сварочных напряжений, также повышает предел текучести металла шва. Свойства сварного соединения зависят не только от свойств металла шва, но и от свойств основного металла в околошовной зоне. Структура, а значит и свойства основного металла в околошовной зоне, зависят от его химического состава и изменяются в зависимости от термического цикла сварки. На рисунке 1 слева схематически показаны кривая распределения температур по поверхности сварного соединения в один из моментов, когда металл шва находится в расплавленном состоянии, и структурные участки зоны термического влияния на низкоуглеродистых и низколегированных сталях при дуговой сварке.
Рисунок 1. Схема строения зоны термического влияния сварного шва при дуговой сварке
При сварке низкоуглеродистых сталей на участке неполного расплавления металл нагревается в интервале температур между линиями солидуса и ликвидуса, что приводит к частичному расплавлению (оплавлению) зерен металла. Пространство между нерасплавившимися зернами заполняется жидкими прослойками расплавленного металла, который может содержать элементы, вводимые в металл сварочной ванны. Это может привести к тому, что состав металла на этом участке будет отличаться от состава основного металла, а из-за нерасплавившихся зерен основного металла — и от состава наплавляемого металла. Увеличению химической неоднородности металла на этом участке способствует и слоистая ликвация, а также диффузия элементов, которая может происходить как из основного нерасплавившегося металла в жидкий металл, так и наоборот. По существу этот участок и является местом сварки. Несмотря на его небольшую протяженность, свойства металла в нем могут влиять на свойства всего сварного соединения.
На участке перегрева в результате нагрева в интервале температур от 1100— 1150 0С до температур линии солидуса металл полностью переходит в состояние аустенита. При этом происходит рост зерна, размеры которого увеличиваются тем более, чем выше нагрет металл выше температуры точки АС3. Даже непродолжительное пребывание металла при температурах свыше 1100 0С приводит к значительному увеличению размера зерен. После охлаждения это может привести к образованию неблагоприятной видманштеттовой структуры. На участке нормализации (полной перекристаллизации) металл нагревается незначительно выше температур точки АС3, и поэтому он имеет мелкозернистую структуру с высокими механическими свойствами. На участке неполной перекристаллизации металл нагревается до температур между точками АС1 и АС3, поэтому этот участок характеризуется почти неизменившимися первоначальными ферритными и перлитными зернами и более мелкими зернами феррита и перлита после перекристаллизации, а также сфероидизацией перлитных участков.
На участке рекристаллизации металл нагревается в интервале температур от 500—550 0С до температуры точки АС1, и поэтому по структуре он незначительно отличается от основного. Если до сварки металл подвергается пластической деформации, то при нагреве в нем происходит сращивание раздробленных зерен основного металла — рекристаллизация. При значительной выдержке при этих температурах может произойти значительный рост зерен. Механические свойства металла этого участка могут несколько снизиться вследствие разупрочнения из-за снятия наклепа.
При нагреве металла в интервале температур от 100 до 500 0С (участок синеломкости) его структура в процессе сварки не претерпевает видимых изменений. Однако металл на этом участке может обладать пониженной пластичностью и несколько повышенной прочностью. У некоторых сталей, содержащих повышенное количество кислорода и азота (обычно кипящих), металл на этом участке имеет резко сниженную ударную вязкость и сопротивляемость разрушению.
При многослойной сварке, ввиду многократного воздействия термического цикла сварки на основной металл в околошовной зоне, строение и структура зоны термического влияния несколько изменяются. При сварке длинными участками после каждого последующего прохода предыдущий шов подвергается своеобразному отпуску. При сварке короткими участками шов и околошовная зона длительное время находятся в нагретом состоянии. Кроме изменения структур, это увеличивает и протяженность зоны термического влияние. Наличие в низколегированных сталях легирующих элементов (которые растворяются в феррите и измельчают перлитную составляющую) тормозит при охлаждении процесс распада аустенита и действует равносильно некоторому увеличению скорости охлаждения. Поэтому при сварке в зоне термического влияния на участках где металл нагревается выше температур точки АС1, (при повышенных скоростях охлаждения), могут образовываться закалочные структуры. При этом металл нагревающийся до температур значительно выше температуры точки АС3, будет иметь более грубозернистую структуру. При сварке термических упрочненных сталей на участках рекристаллизации и синеломкости может произойти отпуск металла, характеризующийся структурой сорбита отпуска, с понижением его прочностных свойств. Технология изготовления сварных конструкций из низколегированных сталей должна предусматривать минимальную возможность появления в зоне термического влияния закалочных структур, способных привести к холодным трещинам, особенно при сварке металла больших толщин. При сварке термически упрочненных сталей следует принять меры, предупреждающие разупрочнение стали на участке отпуска.
При электрошлаковой сварке структура металла швов может характеризоваться наличием зоны 1 крупных столбчатых кристаллов (рисунок 2,а), которые растут в направлении, обратном отводу тепла, зоны 2 тонких столбчатых кристаллов, характеризуемой меньшей величиной зерна и несколько большим их отклонением в сторону теплового центра, и зоны 3 равноосных кристаллов, располагающейся посередине шва. Строение швов зависит от способа электрошлаковой сварки, химического состава металла шва и режима сварки. Повышение содержания в шве углерода и марганца увеличивает, а уменьшение интенсивности теплоотвода, наоборот, уменьшает ширину зоны.
Рисунок 2. Схема строения структур металла шва при электрошлаковой сварке
При сварке проволочными электродами могут быть только первые две зоны (рисунок 2,б) или какая-либо одна из них. Металл швов, имеющих структуру зоны 2, имеет пониженную стойкость против кристаллизационных трещин. Медленное охлаждение швов при электрошлаковой сварке в интервале температур фазовых превращений способствует тому, что их структура характеризуется грубым ферритно-перлитным строением с утолщенной оторочкой феррита по границам кристаллов. Термический цикл околошовной зоны при электрошлаковой сварке характеризуется ее длительным нагревом и выдержкой при температурах перегрева и медленным охлаждением. Поэтому в ней могут образовываться грубые видманштеттовы структуры, которые по мере удаления от линии сплавления сменяются нормализованной мелкозернистой структурой. В зоне перегрева может наблюдаться падение ударной вязкости, что устраняется последующей термической обработкой (нормализация с отпуском). Термический цикл электрошлаковой сварки, способствуя распаду аустенита в области перлитного и промежуточного превращений, благоприятен при сварке низколегированных сталей, так как способствует подавлению образования закалочных структур.
Основным фактором, определяющим после окончания сварки конечную структуру металла в отдельных участках зоны термического влияния, является термический цикл, которому подвергался металл в этом участке при сварке. Решающими факторами термического цикла сварки являются максимальная температура, достигаемая металлом в рассматриваемом объекте, и скорость его охлаждения. Ширина и конечная структура различных участков зоны термического влияния определяется способом и режимом сварки, составом и толщиной основного металла.
Рассмотренное выше разделение зоны термического влияния является приближенным. Переход от одного структурного участка к другому сопровождается промежуточными структурами. Кроме того, диаграмму железо — углерод мы рассматривали статично, в какой-то момент существования сварочной ванны. В действительности температура в точках зоны термического влияния изменяется во времени в соответствии с термическим циклом сварки.
Обеспечение равнопрочности сварного соединения при дуговой сварке низкоуглеродистых и низколегированных нетермоупрочненных сталей обычно не вызывает затруднений. Механические свойства металла околошовной зоны зависят от конкретных условий сварки и от вида термической обработки стали до сварки. При сварке низкоуглеродистых горячекатаных (в состоянии поставки) сталей при толщине металла до 15 мм на обычных режимах, обеспечивающих небольшие скорости охлаждения, структуры металла шва и околошовной зоны примерно такие, какие были рассмотрены выше. Повышение скоростей охлаждения при сварке на форсированных режимах металла повышенной толщины, а также однопроходных угловых швов при отрицательных температурах и т. д. может привести к появлению в металле шва и на участках перегрева полной и неполной рекристаллизации в околошовной зоне закалочных структур. Повышение содержания в стали марганца увеличивает эту вероятность. При этих условиях даже при сварке горячекатаной низкоуглеродистой стали марки ВСтЗ не исключена возможность получения в сварном соединении закалочных структур. Если эта сталь перед сваркой прошла термическое упрочнение — закалку, то в зоне термического влияния шва на участках рекристаллизации и синеломкости будет наблюдаться отпуск металла, т. е. снижение его прочностных свойств. Изменение этих свойств зависит от погонной энергии, типа сварного соединения и условий сварки.
Изменение свойств металла шва и околошовной зоны при сварке низколегированных сталей проявляется более значительно. Сварка горячекатаной стали способствует появлению закалочных структур на участках перегрева и нормализации. Механические свойства металла изменяются больше, чем при сварке низкоуглеродистых сталей. Термическая обработка низколегированных сталей — чаще всего закалка (термоупрочнение) с целью повышения их прочности при сохранении высокой пластичности, усложняет технологию их сварки. На участках рекристаллизации и синеломкости происходит разупрочнение стали под действием высокого отпуска с образованием структур преимущественно троостита или сорбита отпуска. Это разупрочнение тем больше, чем выше прочность основного металла в результате закалки. В этих процессах решающее значение имеет скорость охлаждения металла шва и в первую очередь погонная энергия при сварке. Повышение погонной энергии сварки сопровождается снижением твердости и расширением разупрочненной зоны. Околошовная зона, где наиболее резко выражены явления перегрева и закалки, служит вероятным местом образования холодных трещин при сварке низколегированных сталей.
Таким образом, получение при сварке низколегированных сталей, особенно термоупрочненных, равнопрочного сварного соединения вызывает некоторые трудности и поэтому требует применения определенных технологических приемов (сварка короткими участками нетермоупрочненных сталей и длинными участками термоупрочненных и др.). Протяженность участков зоны термического влияния, где произошло изменение свойств основного металла под действием термического цикла сварки (разупрочнение или закалка), зависит от способа и режима сварки, состава и толщины металла, конструкции сварного соединения и др.
В процессе изготовления конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей на заготовительных операциях и при сварке в зонах, удаленных от высокотемпературной области, возникает холодная пластическая деформация. Попадая при наложении последующих швов под сварочный нагрев до температур около 300 0С, эти зоны становятся участками деформационного старения, приводящего к снижению пластических и повышению прочностных свойств металла и возможному возникновению холодных трещин, особенно при низких температурах или в местах концентрации напряжений. Высокий отпуск при 600— 650 0С в этих случаях является эффективным средством восстановления свойств металла. Высокий отпуск применяют и для снятия сварочных напряжений. Нормализации подвергают сварные конструкции для улучшения структуры отдельных участков сварного соединения и выравнивания их свойств. Термическая обработка, кроме закалки сварных соединений в тех участках соединения, которые охлаждались с повышенными скоростями, приведшими к образованию в них неравновесных структур закалочного характера (угловые однослойные швы, последние проходы, выполненные на полностью остывших предыдущих), снижает прочностные и повышает пластические свойства металла в этих участках. При сварке короткими участками по горячим, предварительно наложенным швам замедленная скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны способствует получению равновесных структур. Влияние термической обработки в этом случае сказывается незначительно. При электрошлаковой сварке последующая термическая обработка мало изменяет механические свойства металла рассматриваемых зон. Однако нормализация приводит к резкому возрастанию ударной вязкости.
Швы, сваренные на низкоуглеродистых сталях всеми способами сварки, обладают удовлетворительной стойкостью против образования кристаллизационных трещин. Это обусловлено низким содержанием в них углерода. Однако при сварке на низкоуглеродистых сталях, содержащих углерод по верхнему пределу (свыше 0,20%), угловых швов и первого корневого шва в многослойных швах, особенно с повышенным зазором, возможно образование в металле шва кристаллизационных трещин, что связано в основном с неблагоприятной формой провара (узкой, глубокой). Легирующие добавки в низколегированных сталях могут повышать вероятность образования кристаллизационных трещин. Все низкоуглеродистые и низколегированные стали хорошо свариваются всеми способами сварки плавлением. Обычно не имеется затруднений, связанных с возможностью образования холодных трещин, вызванных образованием в шве или околошовной зоне закалочных структур. Однако в сталях, содержащих углерод по верхнему пределу и повышенное содержание марганца и хрома, вероятность образования холодных трещин в указанных зонах повышается, особенно с ростом скорости охлаждения (повышение толщины металла, сварка при отрицательных температурах, сварка швами малого сечения и др.). В этих условиях предупреждение трещин достигается предварительным подогревом до 120—200 0С. Предварительная и последующая термическая обработка сталей, использующихся в ответственных конструкциях, служит для этой цели, а также позволяет получить необходимые механические свойства сварных соединений (высокую прочность или пластичность, или их необходимое сочетание).
Подготовку кромок и сборку соединения под сварку производят в зависимости от толщины металла, типа соединения и способа сварки согласно соответствующим ГОСТам или техническим условиям. Свариваемые детали для фиксации положения кромок относительно друг друга и выдерживания необходимых зазоров перед сваркой собирают в универсальных или специальных сборочных приспособлениях или с помощью прихваток. Длина прихватки зависит от толщины металла и изменяется в пределах 20—120 мм при расстоянии между ними 500— 800 мм. Сечение прихваток равно примерно 1/3 сечения шва, но не более 25—30 мм2. Прихватки выполняют покрытыми электродами или на полуавтоматах в углекислом газе. При сварке прихватки следует переплавлять полностью, так как в них могут образовываться трещины из-за высокой скорости теплоотвода. Перед сваркой прихватки тщательно зачищают и осматривают. При наличии в прихватке трещины ее вырубают или удаляют другим способом. При электрошлаковой сварке детали, как правило, устанавливают с зазором, расширяющимся к концу шва. Фиксацию взаимного положения деталей производят скобами, установленными на расстоянии 500—1000 мм друг от друга, удаляемыми по мере наложения шва. При автоматических способах дуговой и электрошлаковой сварки в начале и конце шва устанавливают заходные и выходные планки.
Сварка стыковых швов вручную или полуавтоматами в защитных газах и порошковыми проволоками выполняется на весу. При автоматической сварке требуются приемы, обеспечивающие предупреждение прожогов и качественный провар корня шва. Это достигается применением остающихся или съемных подкладок, ручной или полуавтоматической в среде защитных газов подварки корня шва, флюсовой подушки и других приемов. Для предупреждения образования в швах пор, трещин, непроваров и других дефектов свариваемые кромки перед сваркой тщательно зачищают от шлака, оставшегося после термической резки, ржавчины, масла и других загрязнений. Дуговую сварку ответственных конструкций лучше производить с двух сторон. Выбор способа заполнения разделки при многослойной сварке зависит от толщины металла и термической обработки стали перед сваркой. При появлении в швах дефектов (пор, трещин, непроваров, подрезов и т. д.) металл в месте дефекта удаляют механическим путем или воздушно-дуговой или плазменной резкой и после зачистки подваривают. При сварке низколегированных сталей от выбора техники и режима сварки (при изменении формы провара и доли участия основного металла в формировании шва) зависят состав и свойства металла шва.
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами
Электроды выбирают в зависимости от назначения конструкций и типа стали , а режим сварки — в зависимости от толщины металла, типа сварного соединения и пространственного положения сварки.
Сварку низкоуглеродистых сталей производят электродами: АНО-4, МР-3, МР-3С синие, ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55.
Вы можете заказать сварочные элетроды позвонив по телефонам (495) 799-59-85, 967-13-04
Рекомендуемые для электрода данной марки значения сварочного тока, его род и полярность выбирают согласно паспорту электрода, в котором приводят его сварочно-технологические свойства, типичный химический состав шва и механические свойства. При сварке рассматриваемых сталей обеспечиваются высокие механические свойства сварного соединения и поэтому в большинстве случаев не требуются специальные меры, направленные на предотвращение образования в нем закалочных структур.
Техника заполнения швов и определяемый ею термический цикл сварки зависят от предварительной термической обработки стали. Сварка толстого металла каскадом и горкой, замедляя скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны, предупреждает образование в них закалочных структур. Это же достигается при предварительном подогреве до 150—200 0С. Поэтому эти способы дают благоприятные результаты на нетермоупрочненных сталях. При сварке термоупрочненных сталей для уменьшения разупрочнения стали в околошовной зоне рекомендуется сварка длинными швами по охлажденным предыдущим швам. Следует выбирать режимы сварки с малой погонной энергией. При этом достигается и уменьшение протяженности зоны разупрочненного металла в околошовной зоне. При исправлении дефектов в сварных швах на низколегированных и низкоуглеродистых сталях повышенной толщины швами малого сечения вследствие значительной скорости остывания металл подварочного шва и его околошовная зона обладают пониженными пластическими свойствами. Поэтому подварку дефектных участков следует производить швами нормального сечения длиной не менее 100 мм или предварительно подогревать их до 150—200 0С.
Сварка под флюсом:
Автоматическую сварку выполняют электродной проволокой диаметром 3—5 мм, полуавтоматическую — диаметром 1,2—2 мм. Равнопрочность соединения достигается подбором флюсов и сварочных проволок и выбором режимов и техники сварки. При сварке низкоуглеродистых сталей в большинстве случаев применяют флюсы АН-348-А и ОСЦ-45 и низкоуглеродистые электродные проволоки Св-08 и Св-08А. При сварке ответственных конструкций, а также ржавого металла рекомендуется использовать электродную проволоку Св-08ГА. Использование указанных материалов позволяет получить металл шва с механическими свойствами, равными или превышающими механические свойства основного металла. При сварке низколегированных сталей используют те же флюсы и электродные проволоки Св-08ГА, Св-ЮГА, Св-10Г2 и др. Легирование металла шва марганцем из проволок и кремнием при проваре основного металла, при подборе соответствующего термического цикла (погонной энергии) позволяет получить металл шва с требуемыми механическими свойствами. Использованием указанных материалов достигается высокая стойкость металла швов против образования пор и кристаллизационных трещин. При сварке без разделки кромок увеличение доли основного металла в металле шва и поэтому некоторое повышение в нем углерода может повысить прочностные свойства и понизить пластические свойства металла шва.
Режимы сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей различаются незначительно и зависят от конструкции соединения, типа шва и техники сварки. Свойства металла околошовной зоны зависят от термического цикла сварки. При сварке угловых однослойных швов и стыковых и угловых швов на толстой стали типа ВСтЗ на режимах с малой погонной энергией в околошовной зоне возможно образование закалочных структур с пониженной пластичностью.
Предупреждение: этого достигается увеличением сечения швов или применением двухдуговой сварки.
При сварке низколегированных термоупрочненных для предупреждения разупрочнения шва в зоне термического влияния следует использовать режимы с малой погонной энергией, а при сварке не термоупрочненных сталей — режимы с повышенной погонной энергией. Для обеспечения пластических свойств металла шва и околошовной зоны на уровне свойств основного металла во втором случае следует выбирать режимы, обеспечивающие получение швов повышенного сечения, применять двухдуговую сварку или производить предварительный подогрев металла до 150—200 0С.
Сварка в защитных газах
При сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей для защиты расплавленного электродного металла и металла сварочной ванны используют углекислый газ. В качестве защитных находят применение и смеси углекислого газа с аргоном или кислородом до 30%. Аргон и гелий в качестве защитных газов применяют только при сварке конструкций ответственного назначения. Сварку в углекислом газе выполняют плавящимся электродом. В некоторых случаях для сварки используют неплавящийся угольный или графитовый электрод.
Этот способ применяют при сварке бортовых соединений из низкоуглеродистых сталей толщиной 0,3—2,0 мм (например, канистр, корпусов конденсаторов и т. д.). Так как сварку выполняют без присадки, содержание кремния и марганца в металле шва невелико. В результате прочность соединения составляет 50—70% прочности основного металла.
При автоматической и полуавтоматической сварке плавящимся электродом швов, расположенных в различных пространственных положениях, используют электродную проволоку диаметром до 1,2 мм, а при сварке швов, расположенных в нижнем положении — проволоку диаметром 1,2—3,0 мм.
Проволока для сварки в углекислом газе низкоуглеродистых и низколегированных сталей:
Свариваемая сталь Сварочная проволока
Ст1, Ст2, Ст3 Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС
10ХСНД, 15ХСНД, 14ХГС, 09Г2С Св-08Г2С, Св-08ХГ2С
Структура и свойства металла швов и околошовной зоны на низкоуглеродистых и низколегированных сталях зависят от использованной электродной проволоки, состава и свойств основного металла и режима сварки (термического цикла сварки, доли участия основного металла в формировании шва и формы шва). Влияние этих условий и технологические рекомендации примерно такие же, как и при ручной дуговой сварке и сварке под флюсом.
На свойства металла шва влияет качество углекислого газа. При повышенном содержании азота и водорода, а также влаги в газе в швах могут образовываться поры. При сварке в углекислом газе влияние ржавчины незначительно. Увеличение напряжения дуги, повышая, угар легирующих элементов, ухудшает механические свойства шва.
Сварка порошковой проволокой и проволокой сплошного сечения без дополнительной защиты
Одним из преимуществ сварки открытой дугой порошковой проволокой по сравнению со сваркой в углекислом газе является отсутствие необходимости в газовой аппаратуре и возможность сварки на сквозняках, при которых наблюдается сдувание защитной струи углекислого газа. При правильно выбранном режиме сварки обеспечивается устойчивое горение дуги и хорошее формирование шва. В качестве источников тока можно использовать выпрямители и преобразователи с крутопадающими внешними вольт-амперными характеристиками. Недостатком этого способа сварки является возможность сварки только в нижнем и вертикальном положениях из-за повышенного диаметра выпускаемых промышленностью проволок и повышенной чувствительности процесса сварки к образованию в швах пор при изменениях вылета электрода и напряжения дуги. Особенностью порошковых проволок является также и малая глубина проплавления основного металла.
При использовании проволоки ПП-1ДСК для соединений с повышенным зазором между кромками в швах могут образовываться поры. Проволока ЭПС-15/2 для получения швов без пор требует соблюдения режимов в узком диапазоне. Большие рабочие токи ограничивают применение этой проволоки для сварки металла малых толщин. Проволоки ПП-АН7 и ПП-2ДСК имеют хорошие сварочно-технологические свойства в широком диапазоне режимов. Для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей рекомендуется использовать проволоки ПП-2ДСК, и ПП-АН4, обеспечивающие получение шва с хорошими показателями хладноломкости.
Электроды для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей — АНО-4, МР-3, МР-3С синие, ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55 вы можете заказать позвонив по телефонам (495) 799-59-85, 967-13-04
Перенос короткого замыкания — обзор
6.09.2.2.2 Газовая дуговая сварка металла
Процесс GMAW обеспечивает значительное повышение производительности по сравнению с GTAW и хорошо подходит как для ручной, так и для автоматической сварки. Хотя уровень контроля ниже по сравнению с GTAW, скорость осаждения WM и простота эксплуатации значительно выше. Режимы переноса металла, которые возможны при GMAW: (1) короткое замыкание, (2) глобулярное, (3) распыление и (4) импульсное распыление.Для выбора режима переноса WM требуется информация о конструкции / толщине соединения, положении сварки, желаемой скорости наплавки и уровне квалификации сварщика.
Режим передачи с коротким замыканием используется во всех положениях сварки, обеспечивает хороший контроль сварочной ванны и считается процессом сварки с низким тепловложением. Однако, поскольку этот режим передачи работает в самом низком диапазоне силы тока, он более подвержен дефектам неполного плавления. Шаровидный режим в основном используется только для наплавки, например, наплавки.Распылительный перенос происходит при самых высоких уровнях тока и напряжения и, таким образом, характеризуется как сварочный процесс со средним и высоким тепловложением с относительно высокими скоростями наплавки. Распылительный перенос хорошо подходит для сварки толстых секций в плоском положении благодаря хорошему сплавлению, высокой производительности и низким характеристикам разбрызгивания. В то время как перенос распылением менее подвержен дефектам неполного плавления по сравнению с коротким замыканием, его относительно высокий подвод тепла может вызвать выделение вторичной фазы в ЗТВ коррозионно-стойких сплавов на основе никеля и снизить их коррозионную стойкость после сварки.Импульсный режим распыления — это вариант распыления, при котором мощность сварки циклически меняется от низкого до высокого уровня. Хотя перенос распылением по-прежнему достигается при самых высоких уровнях тока, более низкая средняя мощность позволяет использовать сварку импульсным распылением на более тонких основных металлах и во всех положениях сварки. Его главное преимущество связано с более низким средним током, что снижает общее тепловложение сварного шва и его сопутствующие преимущества. Для получения импульсного выходного сигнала требуется специально разработанный источник питания.Электрическая полярность в GMAW — положительный электрод постоянного тока (DCEP). Обычно расход защитного газа находится в диапазоне 15–20 л мин. – 1 . Для обеспечения оптимальной защиты рекомендуется, чтобы газовый баллон сварочной горелки был как можно больше. В качестве защитных газов можно использовать чистый Ar и смеси Ar + He, Ar + He + CO 2 и He + Ar + CO 2 . Газы, содержащие CO 2 , создают очень стабильную дугу, отличные сварочные характеристики в нестандартном положении и отличные характеристики сварки углеродистой стали с никелевой основой.Однако из-за присутствия углекислого газа поверхность WM будет сильно окислена. Это окисленное состояние может увеличить вероятность дефектов неполного плавления. Поэтому настоятельно рекомендуется, чтобы многопроходные сварные швы, выполненные с использованием газов, содержащих CO 2 , слегка шлифовали между проходами, чтобы удалить окисленную поверхность. При использовании смесей Ar + He ожидается, что поверхность шва будет яркой и блестящей с минимальным окислением. При многопроходной сварке шлифование между проходами не является обязательным.Если используется 100% Ar, на поверхности сварного шва может наблюдаться некоторое окисление. Рекомендуется чистка толстой проволочной щеткой и / или легкое шлифование (зерно 80) между проходами. Как и в случае GTAW, необходима обратная продувка для предотвращения сильного окисления корневой части сварного шва. В качестве альтернативы производители могут выполнять сварку без обратной продувки, если они шлифуют корневую сторону сварного шва для удаления окисления.
Урок 2 — Общие процессы электродуговой сварки
Урок 2 — Общие процессы электродуговой сварки © АВТОРСКИЕ ПРАВА 1998 ГРУППА ЭСАБ, ИНК.УРОК II 2.4.2.2 Шаровидный передача занимает место при более низких сварочных токах, чем при распылении. Там — переходный ток, при котором передача превращается в шаровидное даже при использовании защитных газов используется высокий процент аргона.Когда углекислый газ (CO 2 ) используется в качестве защитного газа, передача всегда шаровидная. При глобулярном переносе расплавленная капля больше чем диаметр электрода образуется на конце электрода, перемещается к внешнему краю электрода и попадает в расплавленная лужа. Иногда большая капля «закорачивает» через дуга, вызывая дугу, чтобы на мгновение погаснуть, а затем мгновенно снова загореться. Как результат, дуга несколько неустойчивый, высокий уровень разбрызгивания и мелкое проникновение.Глобальный перенос не подходит для сварки в нерабочем положении. См. Рисунок 11. 2.4.2.3. короткий циркуляционный перевод является широко используемым методом дуговой сварки металлическим газом. Это производится используя самые низкие настройки тока-напряжения и провода меньшего диаметра, обычно 0,030 дюйма, Диаметр 0,035 дюйма и 0,045 дюйма. В низкое тепловложение делает этот процесс идеальным для листового металла, работы на рабочем месте и плохой подгонки. Часто называют «сваркой короткой дугой», потому что перенос металла достигается каждый раз, когда провод действительно замыкается (контактирует) с сварочная лужа.Этот происходит очень быстро. Допустимо, чтобы частота короткого замыкания составляла быть в 20-200 раз в секунду, но на практике это происходит от 90 до 100 раз в секунду. Каждый раз электрод касается лужи, дуга гаснет. Это происходит так быстро, что это видно только на высокоскоростных фильмах. 2.4.2.4 Пульс передача режим переноса металла несколько между распылением и коротким кругооборот. Удельная мощность источник встроил в него два уровня вывода: устойчивый фон уровень и высокий выходной (пиковый) уровень.Последний позволяет перенос металла по дуге. Пиковая мощность регулируется между высокие и низкие значения до нескольких сотен циклов в секунду. Результатом такой пиковой мощности является струйная дуга ниже типичной. переходный ток. 2.4.2.4.1 Рисунок 11 показывает способ передачи. Дуга возникает при прикосновении проволоки к работа. На При первом контакте кусок проволоки плавится, образуя лужу расплавленного металла. В проволока подается вперед пока он снова не войдет в контакт с изделием, как в 1 на рисунке 11, и дуга погашен.Короткое замыкание ток заставляет провод перегибаться вниз, как показано в 1, пока он тает, как показано на 2. Как как только проволока освобождается от лужи, дуга зажигается снова и расплавленный шар образуется в конце электрод, как на 3. Проволока продолжает двигаться вперед до тех пор, пока он соприкасается с лужей, и цикл повторяется. 2.4.2.5 Газ металлическая дуга точечная сварка это разновидность процесса точечной сварки из более тонких металлов, или из тонких калибровать металл до более тяжелого сечения.Пистолет размещен прямо против работы и оборудован со специальным соплом для выхода защитного газа. При срабатывании триггерного переключателя происходит следующая последовательность. ЭкранированиеСмеси сварочного газа | Талса
Смеси защитных газов аргон и кислород
Добавление небольшого количества 02 к аргону в значительной степени стабилизирует сварочную дугу, увеличивает количество капель присадочного металла, снижает переходной ток дуги при распылении и улучшает смачивание и форму валика.Сварочная ванна более жидкая и дольше остается расплавленной, позволяя металлу вытекать к носку сварного шва. Это уменьшает подрезы и помогает сгладить сварной шов. Иногда небольшие добавки кислорода используются для цветных металлов. Например, НАСА сообщило, что 0,1% кислорода был полезен для стабилизации дуги при сварке очень чистой алюминиевой пластины.
Аргон-1% кислорода
Эта смесь в основном используется для распыления на нержавеющие стали.Одного процента кислорода обычно достаточно для стабилизации дуги, увеличения количества капель, обеспечения коалесценции и улучшения внешнего вида
Аргон-2% кислород
Эта смесь используется для дуговой сварки распылением углеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей. Обеспечивает дополнительное смачивание смеси 1% 02. Механические свойства и коррозионная стойкость сварных швов, выполненных добавками 1 и 2% 02, эквивалентны.
Аргон-5% кислорода
Эта смесь обеспечивает более плавную, но контролируемую сварочную ванну.Это наиболее часто используемая смесь аргона и кислорода для обычной сварки углеродистой стали. Дополнительный кислород также позволяет увеличить скорость движения.
Аргон-8-12% кислорода
Первоначально популяризованная в Германии, эта смесь недавно появилась в США как в 8%, так и в 12% типах. Основное применение — однопроходные сварные швы, но сообщалось о некоторых применениях в несколько проходов. В отношении химического состава сплава проволоки необходимо учитывать более высокий окислительный потенциал этих газов.В некоторых случаях потребуется более легированная проволока, чтобы компенсировать активную природу защитного газа. Более высокая текучесть ванны и более низкий переходный ток дуги при распылении этих смесей могут иметь некоторые преимущества при некоторых сварочных работах.
Аргон-12-25% кислорода
Смеси с очень высоким содержанием 02 использовались ограниченно, но преимущества 25% 02 по сравнению с 12% 02 спорны. Для этого газа характерна чрезвычайная текучесть лужи.Можно ожидать образования тяжелого слоя шлака / окалины на поверхности валика, который трудно удалить. Звуковые сварные швы могут быть выполнены на уровне 25% 02 с небольшой пористостью или без нее. Перед последующими проходами сварки рекомендуется удаление шлака / окалины для обеспечения наилучшей целостности сварного шва.
Смеси защитных газов аргон-диоксид углерода
Смеси аргона и диоксида углерода в основном используются для углеродистых и низколегированных сталей и ограниченно применяются для нержавеющих сталей.Добавление аргона к СО2 снижает уровень разбрызгивания, обычно возникающий при работе со смесями чистого СО2. Небольшие добавки CO2 к аргону создают те же характеристики дуги струйной печати, что и небольшие добавки 02. Разница заключается в основном в более высоких переходных токах дуги при распылении смесей аргон-CO2. При сварке GMAW с добавлением CO2 необходимо достичь немного более высокого уровня тока, чтобы обеспечить и поддерживать стабильный перенос металла распылением по дуге. Добавки кислорода уменьшают переходной ток распыления.Распыление CO2 выше примерно 20% становится нестабильным и происходит случайное короткое замыкание и глобулярный перенос.
Аргон-3-10% CO2
Эти смеси используются для переноса сварочной дуги и короткого замыкания на углеродистую сталь различной толщины. Поскольку в смесях можно успешно использовать оба режима дуги, этот газ приобрел большую популярность как универсальная смесь. Смесь 5% очень часто используется для импульсной сварки GMAW толстолистовых низколегированных сталей, свариваемых в нерабочем положении.Сварные швы обычно менее окислительны, чем швы с 98 Ar-2% 02. Улучшенное проплавление достигается с меньшей пористостью при использовании добавок CO2 по сравнению с добавками 02. В случае смачивания валика для достижения такого же смачивающего действия требуется примерно вдвое больше СО2, чем при идентичных количествах О2. От 5 до 10% СО2 столб дуги становится очень жестким и четким. Возникающие сильные дуговые силы придают этим смесям большую устойчивость к прокатной окалине и очень контролируемую лужу.
Аргон-11-20% CO2
Этот диапазон смесей использовался для различных применений с узким зазором, смещенным листовым металлом и высокоскоростным GMAW.В большинстве случаев используются углеродистые и низколегированные стали. Смешивая CO2 в этом диапазоне, можно достичь максимальной производительности при работе с тонкостенными материалами. Это достигается за счет сведения к минимуму возможности прожога при одновременном максимальном увеличении скорости наплавки и скорости движения. Более низкие процентные содержания CO2 также повышают эффективность осаждения за счет снижения потерь от разбрызгивания.
Аргон-21-25% CO2
Этот диапазон широко известен как газ, используемый для GMAW с коротким замыканием на низкоуглеродистой стали.Первоначально он был разработан для максимального увеличения частоты короткого замыкания на 0,030 и 0,035 дюйма. Сплошная проволока диаметром, но с годами стала фактически стандартом для сварки сплошной проволокой большинства диаметров и обычно используется с порошковой проволокой. Эта смесь также хорошо работает при сильноточных нагрузках на тяжелые материалы и может обеспечить хорошую стабильность дуги, контроль образования луж и внешний вид валика, а также высокую производительность.
Аргон-50% CO2
Эта смесь используется там, где требуется высокая погонная энергия и глубокое проникновение.Рекомендуемая толщина материала составляет более 1/8 дюйма, и сварные швы можно выполнять в нестабильном положении. Эта смесь очень популярна для сварки труб с использованием короткозамкнутого переноса. Хорошее смачивание и форма валика без чрезмерной текучести луж являются основными преимуществами при сварке труб. Сварка тонких материалов имеет большую тенденцию к прожогу, что может ограничить универсальность этого газа в целом. При сварке на высоких уровнях тока перенос металла больше похож на сварку в чистом CO2, чем на предыдущие смеси, но может быть достигнуто некоторое снижение потерь от разбрызгивания за счет добавления аргона
Аргон-75% CO2
Смесь 75% CO2 иногда используется для толстостенных труб и является оптимальной для хорошего проплавления боковых стенок и глубокого проплавления.Компонент аргона способствует стабилизации дуги и уменьшению разбрызгивания.
Смеси защитных газов аргон-гелий
Независимо от процентного содержания, смеси аргона с гелием используются для цветных материалов, таких как алюминий, медь, никелевые сплавы и химически активные металлы. Эти газы, используемые в различных комбинациях, увеличивают напряжение и тепло дуг GTAW и GMAW, сохраняя при этом благоприятные характеристики аргона.Как правило, чем тяжелее материал, тем выше процентное содержание гелия. Небольшой процент гелия, всего 10%, влияет на дугу и механические свойства сварного шва. По мере увеличения процентного содержания гелия напряжение дуги, разбрызгивание и проплавление увеличиваются при минимизации пористости. Чистый газообразный гелий расширит проникновение и гранулы, но может пострадать глубина проникновения. Однако стабильность дуги также увеличивается. При смешивании с гелием процентное содержание аргона должно составлять не менее 20% для получения и поддержания стабильной дуги при распылении.
Аргон-25% гелий
Эту малоиспользуемую смесь иногда рекомендуют для сварки алюминия, когда требуется увеличение проплавления, а внешний вид валика имеет первостепенное значение.
Аргон-75% гелий
Эта широко используемая смесь широко применяется для механизированной сварки алюминия толщиной более одного дюйма в плоском положении. HE-75 также увеличивает подвод тепла и снижает пористость сварных швов на 1/4 и 1/2 дюйма.толстая проводимость меди.
Аргон-90% гелий
Эта смесь используется для сварки меди толщиной более 1/2 дюйма и алюминия толщиной более 3 дюймов. Он обладает повышенным тепловложением, что улучшает коалесценцию сварного шва и обеспечивает хорошее качество рентгеновского излучения. Он также используется для короткого замыкания с присадочными металлами с высоким содержанием никеля.
аргон-азот
В Ar-1% 02 было добавлено небольшое количество азота для достижения полностью аустенитной микроструктуры в сварных швах, выполненных с присадочным металлом из нержавеющей стали типа 347.Использовались концентрации азота в диапазоне от 1,5 до 3%. При количестве более 10% образуется значительное дымообразование, но сварные швы остаются прочными. Добавки более 2% N2 вызывают пористость в однопроходных сварных швах GMAW, выполненных из низкоуглеродистой стали; добавки менее 1/2% вызвали пористость в многопроходных сварных швах GMAW углеродистой стали. Было предпринято несколько попыток использовать смеси аргона с высоким содержанием N2 для сварки GMAW меди и ее сплавов, но процент разбрызгивания высок.
Аргон-кислород-углекислый газ
Смеси, содержащие эти три компонента, были названы «универсальными» смесями из-за их способности работать с использованием короткозамкнутых, шаровидных, распыляемых, импульсных и высокоплотных переходных характеристик.Доступно несколько тройных смесей, и их применение будет зависеть от желаемого механизма переноса металла и оптимизации характеристик дуги.
Аргон-5-10%, Двуокись углерода 1-3%, Кислород
Эта линейка трехкомпонентных смесей приобрела популярность в США за последние несколько лет. Основным преимуществом является его универсальность для сварки углеродистой, низколегированной и нержавеющей стали любой толщины с использованием любого применимого типа переноса металла.Сварку нержавеющей стали следует ограничивать только струйной дугой из-за жесткости лужи при низких уровнях тока. В некоторых случаях следует также учитывать накопление углерода на нержавеющей стали. Для углеродистых и низколегированных сталей эта смесь обеспечивает хорошие сварочные и механические свойства. На тонких материалах компонент 02 способствует стабильности дуги при очень низких уровнях тока (от 30 до 60 ампер), позволяя поддерживать короткую и контролируемую дугу. Это помогает свести к минимуму прожог и деформацию за счет снижения общего тепловложения в зону сварного шва.
Аргон-10-20 %%, двуокись углерода 5%, кислород
Эта смесь не распространена в США, но нашла применение в Европе. Смесь обеспечивает передачу горячего короткого замыкания и характеристики лужи жидкости. Перенос дуги распылением является хорошим и, по-видимому, дает некоторые преимущества при сварке проволокой с тройным раскислением, поскольку для этих проволок характерна медленная лужа.
аргон-диоксид углерода-водород
Было показано, что небольшие добавки водорода (1-2%) улучшают смачивание валика и стабильность дуги при импульсной сварке нержавеющей стали Mig.Уровень CO2 также поддерживается на низком уровне (1-3%), чтобы минимизировать улавливание углерода и поддерживать хорошую стабильность дуги. Эта смесь не рекомендуется для низколегированных сталей, так как повышенный уровень водорода в металле сварного шва может вызвать растрескивание сварного шва и плохие механические свойства.
Аргон-гелий-диоксид углерода
Гелий и CO2, добавленные к аргону, увеличивают подвод тепла к сварному шву и улучшают стабильность дуги. Достигается лучшее смачивание и профиль валика.При сварке углеродистых и низколегированных сталей добавки гелия используются для увеличения тепловложения и улучшения текучести лужи почти так же, как и кислород, за исключением того, что гелий инертен, а окисление металла шва и потеря сплава не являются проблемой. . При сварке низколегированных материалов легче достичь и поддерживать механические свойства.
Аргон-10-30%, Гелий-5-15%, CO2
Смеси этого диапазона были разработаны и проданы для импульсной дуговой сварки как углеродистой, так и низколегированной стали.Наилучшие характеристики достигаются при работе с тяжелыми профилями в нерабочем положении, когда требуется сварка при максимальной производительности наплавки. Для этой смеси характерны хорошие механические свойства и контроль образования луж. Допускается импульсная дуговая сварка со струйным распылением с низким средним током, но смеси с низким содержанием CO и / или 0 процентов улучшают стабильность дуги.
Гелий-60-70%, Аргон-20-35%, СО2
Эта смесь используется для сварки высокопрочных сталей с коротким замыканием и переносом, особенно в нестандартных положениях.Содержание CO2 поддерживается на низком уровне для обеспечения хорошей ударной вязкости металла шва. Гелий обеспечивает тепло, необходимое для текучести лужи. Высокое содержание гелия не обязательно, так как сварочная ванна может стать слишком жидкой для упрощения контроля.
Гелий-90%, Аргон-7,5%, CO2-2,5%
Эта смесь широко используется для сварки короткой дугой нержавеющей стали во всех положениях. Содержание CO2 поддерживается на низком уровне, чтобы свести к минимуму улавливание углерода и обеспечить хорошую коррозионную стойкость, особенно в многопроходных сварных швах.Добавление CO2 + аргона обеспечивает хорошую стабильность дуги и проплавление. Высокое содержание гелия обеспечивает подвод тепла, чтобы преодолеть вялость сварочной ванны из нержавеющей стали.
Аргон-Гелий-Кислород
Подобно тому, как добавка гелия к аргону увеличивает энергию дуги при сварке цветных металлов, так же добавка гелия к аргоно-кислородной смеси влияет на дугу при сварке черных металлов методом GMAW. Смеси Ar-He-O2 иногда использовались для дуговой сварки распылением и наплавки низколегированных и нержавеющих сталей, чтобы улучшить текучесть ванны и форму валика, а также уменьшить пористость.
Различные газы, используемые при орбитальной сварке TIG
Защитный газ защищает сварочную ванну и металл, попавший в сварочную дугу, от окружающего воздуха. После подробного объяснения роли газов в области орбитальной сварки TIG, давайте объясним, какие газы обычно используются.
Для сварки используются 6 газов в чистом виде или в виде смеси
Аргон, диоксид углерода, гелий, кислород, водород и азот.
№ 1 АРГОНОдноатомный тяжелый нейтральный инертный газ без цвета и запаха, входящий в состав окружающего воздуха. Его плотность немного выше, чем у воздуха (d = 1,6 г / л). Это наиболее часто используемый газ в Европе.
Благодаря своей химической инерции и плотности аргон является наиболее эффективным средством защиты сварочной ванны и электрода. Он довольно легко ионизируется (16 эВ) и не вызывает чрезмерных колебаний напряжения дуги при орбитальной сварке TIG.
№ 2 ГЕЛИЙОдноатомный нейтральный инертный газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух (d = 0,166 г / л). Этот газ в основном используется в США, но в Европе он остается довольно дорогим.
Электрическая дуга под гелием более горячая, чем под аргоном, что обеспечивает более высокую скорость сварки, лучшее проплавление и снижение степени пористости (отлично подходит для сварки алюминиевых сплавов или меди).
Напротив, у этого газа есть определенные недостатки: он не поддается легкой ионизации (25 эВ), а его низкая плотность делает его чувствительным к воздушным потокам и тепловой конвекции.
№ 3 ВОДОРОДЭтот восстановительный газ никогда не используется в чистом виде. Обычно его добавляют к гелию или аргону, чтобы создать бинарный или тройной предварительный газ и азот для резервного газа (Duplex, BN2). Водород увеличивает напряжение дуги и тепловложение, что означает, что скорость сварки может быть увеличена, а проплавление лучше. Это идеальный газ для однослойной сварки, но необходимо соблюдать некоторые меры предосторожности для сталей, склонных к образованию холодных трещин.Следует избегать использования водорода для сварки мартенситной или ферритной стали, а также алюминия и меди, поскольку он вызывает образование раковин в сварном шве.
# 4 АЗОТЭто двухатомный, ленивый, бесцветный и непахучий газ присутствует в окружающем воздухе для приблизительно 80 pct. Обычно этот газ используется в качестве резервного газа, так как он не очень дорогой. Этот газ также положительно влияет на структуру некоторых сталей (дуплекс, супердуплекс, BN2).Когда дело доходит до сварки некоторых медных сплавов, его можно использовать в качестве предварительного газа, поскольку он может передавать большее количество энергии по сравнению с аргоном или гелием.
Но его основное применение — предварительная газовая защита, особенно по финансовым причинам. Этот нестабильный газ может вызвать нестабильность дуги и более высокую скорость разрушения вольфрамового электрода.
Напряжение дуги с разными газами
УВЕДОМЛЕНИЕ : Процент добавленного азота в предварительный газ (аргон) ограничен максимумом от 5 до 8% для орбитальной сварки TIG.При использовании более высокого процента может возникнуть опасность взрыва.
Газовые смесиПоставщики газа предлагают все больше и больше смесей газов: аргон / водород, аргон / гелий / водород, аргон / гелий / азот и так далее.
Не упускайте из виду советы и документацию, предоставленную поставщиками или производителями газа.
Сравнительные испытания газовТип газа имеет прямое влияние на значения проплавления, скорость сварки и тепловую энергию, передаваемую заготовке.Значения, указанные на рисунках ниже, предназначены только для информационных целей. Это испытание было проведено с нержавеющей сталью марки 304L при постоянной скорости и токе. Тип газа напрямую зависит от свариваемого материала. Смеси аргон / водород / гелий кажутся более выгодными с точки зрения производительности, но эта смесь не так универсальна, как аргон и гелий, поэтому их нельзя использовать для всех материалов.
Важность относительной плотности газа по сравнению с окружающим воздухомСреди газов, используемых для защиты, тяжелые газы, такие как аргон и углекислый газ, образуют покров над сварочной лужей.С другой стороны, гелий, азот и водород могут подниматься, как водоворот вокруг сопла. Поэтому расход гелия должен быть больше расхода аргона.
Совместимость предварительных газовВ следующих таблицах представлена совместимость газов, используемых при орбитальной сварке TIG, в зависимости от свариваемых металлов, а также различных газовых смесей, которые могут использоваться для защиты.
Совместимость предварительных газов
*** рекомендуется
** возможно
* не рекомендуется
X запрещено
Различные смеси, используемые в качестве защитного газа:
Стандарт EN 439 дает диапазон составов газовых смесей, учитывая, что каждый поставщик предлагает свои собственные смеси.
Даже для орбитальной сварки TIG правильный защитный газ часто может значительно повысить производительность. Узнайте больше о защитных газах в нашем бесплатном справочнике
.Страница не найдена | Департамент обучения и развития персонала
Страница не найдена
Добро пожаловать на новый веб-сайт Департамента обучения и развития персонала.Вы попали сюда, потому что информация, которую вы искали, имеет новое местоположение, больше не доступна или URL-адрес, который вы использовали, неверен. Используйте главное меню, чтобы найти то, что вы искали, воспользуйтесь функцией поиска в верхней части страницы или просмотрите следующий обзор содержания нового веб-сайта, чтобы найти нужную информацию. Или вы можете перейти на нашу домашнюю страницу, чтобы узнать больше о том, что доступно.
Этот веб-сайт был запущен 15 декабря 2016 года с новым дизайном и реорганизацией контента, так что теперь он более согласован с нашими клиентами и заинтересованными сторонами, а информацию легче найти.Кроме того, новый веб-сайт соответствует всем требованиям правительства штата, включая доступность, и удобен для мобильных устройств.
Мы будем рады вашим отзывам о новом веб-сайте. Пожалуйста, напишите нам по адресу [email protected].
1513913721
Что на сайте
Обучение
В этом разделе представлена информация о профессиональном образовании и обучении для учащихся, родителей и сотрудников, такая как выбор учебного курса и / или учебного заведения, ученичество и стажировка, курсы базовых и справедливых навыков, плата за курс и ПОО для учащихся средних школ программы.
Работа и навыки WA
Информация о вакансиях и навыках WA, включая подробную информацию о субсидируемых учебных курсах. В этом разделе доступен отраслевой квалификационный список Priority (PIQL).
Карьерный рост
В этом разделе вы найдете информацию и ссылки на ресурсы и инструменты, которые помогут вам в развитии вашей карьеры и планировании.
Развитие персонала
В этом разделе представлена информация о модели планирования и развития персонала в Западной Австралии, а также информация о рынке труда Западной Австралии.Список приоритетных занятий штата — SPOL — находится в этом разделе.
Онлайн-сервисы
Здесь мы предоставили ярлыки к услугам, которые Департамент предлагает в Интернете.
О нас
В этом разделе содержится корпоративная информация Департамента, включая политики и инструкции. Контактная информация наших сервисных центров также доступна здесь.
Кабинет ученичества
Управление ученичества регистрирует и управляет контрактами на обучение и регулирует систему ученичества / стажировки в Западной Австралии.
1513820918
Провайдеры обучения, практики ПОО и школы
Вся информация, инструменты и ресурсы, относящиеся к программам ПОО, доставке и оценке, доступны через «стикер» на главной странице или значок в правом углу главного меню.
Это включает в себя нашу программу профессионального развития, навыки грамотности и счета, политику и руководящие принципы, SPOL, информацию о требованиях к отчетности, регистр квалификаций классов A и B , справочники по номинальным часам и Поиск продуктов для обучения, учебный центр управление и ресурсы для поставщиков, работающих по контракту, и реферальных агентов по участию.
1486449314
Последнее обновление страницы: 22 января 2021 г.
Защитные газы для сварки и их влияние на свойства нержавеющей стали
Защитные газы являются неотъемлемой частью всех традиционных сварочных процессов.
Они выполняют несколько функций, но в первую очередь предназначены для защиты сварочной ванны от атмосферы и обеспечения среды, которая может пропускать электрический ток от электрода к заготовке.Даже процессы, не имеющие внешнего источника газа, такие как ручная дуговая сварка металла (MMAW или MMA или SMAW) и безгазовая порошковая сварка (FCAW), имеют защитный газ, который образуется при разложении флюса в присутствии сварочной дуги.
Защитный газ может также влиять на стабильность дуги, форму сварного шва и глубину проплавления, а также на механические свойства и металлургию сварных деталей из нержавеющей стали.
В процессах в среде защитных газов, таких как газовая дуговая сварка вольфрамовым электродом (GTAW или TIG) и газовая дуговая сварка металла (GMAW или MIG), используются защитные газы различного состава в зависимости от области применения.Поскольку электрод в GTAW изготовлен из вольфрама, в качестве защитного газа обычно используется аргон или гелий, чтобы предотвратить окисление электрода. Это ограничение не распространяется на GMAW, и поэтому в состав газа могут входить активные газы, такие как диоксид углерода и кислород. В обоих этих процессах можно использовать небольшие количества других газов, таких как азот и водород, поскольку они особенно полезны для сварки нержавеющей стали. Хотя ни один из газов не является инертным по определению, их можно использовать с GTAW, поскольку ни один из них не вступает в реакцию с вольфрамом.
Существует три основных свойства защитного газа, которые определяют поведение сварочной ванны; потенциал ионизации (насколько легко атом отдает электрон), теплопроводность газа и, наконец, поверхностное натяжение между сварочной ванной и защитным газом.
Потенциал ионизации
Защитный газ обеспечивает перенос электронов между электродом и заготовкой. При зажигании дуги электроны испускаются либо из заготовки, либо из электрода, в зависимости от того, какой из них заряжен положительно.Эти электроны сталкиваются с газовыми атомами, в результате чего эти атомы высвобождают один из своих электронов, что приводит к цепной реакции, поддерживающей дугу. Потенциал ионизации газа — это легкость, с которой они отдают электрон. «Более горячие» газы — это те газы, которым требуется больше энергии для ионизации или высвобождения электрона. Гелий имеет более высокий потенциал ионизации, чем аргон, поэтому имеет более высокое напряжение дуги и, следовательно, более высокий подвод тепла при том же токе и длине дуги.
Аналогичный принцип применяется к молекулярным газам (H 2 , N 2 , O 2 , CO 2 ), которые диссоциируют в дуге на отдельные атомы, а затем рекомбинируют при охлаждении, высвобождая энергию в процессе.Аргон часто смешивают с небольшими количествами других газов для улучшения проплавления шва.
Теплопроводность
Теплопроводность защитного газа влияет на его способность передавать тепло по дуге. Он влияет на радиальные потери тепла от центра к периферии столба дуги, а также на передачу тепла от дуги к расплавленной сварочной ванне. Газы с низкой теплопроводностью, такие как аргон, будут иметь узкую горячую сердцевину в центре дуги и значительно более холодную внешнюю зону.В результате получается сварной шов с узким «пальцем» в основании сварного шва и более широким верхом. С другой стороны, гелий обладает высокой теплопроводностью, поэтому тепло более равномерно распределяется по дуге, но в результате глубина проникновения меньше. Смешивание газов позволяет комбинировать полезные свойства каждого газа, ограничивая при этом недостатки.
Поверхностное натяжение
Поверхностное натяжение влияет на профиль валика сварного шва. Представьте себе, как вода капает на только что отполированную машину.Это нежелательно при сварке, так как при этом образуется крутой угол между сварным швом и основанием, что может привести к таким дефектам, как поднутрение, отсутствие плавления боковых стенок и снижение усталостных характеристик. Это еще одна причина, по которой чистый аргон не используется в качестве защитного газа для процесса GMAW.
Компоненты газа
Кислород
Хотя это может показаться нелогичным, поскольку хорошо известно, что горячие металлы окисляются, небольшие количества кислорода часто добавляют в защитные газы для процесса GMAW.Небольшие количества кислорода снижают поверхностное натяжение между расплавленной сварочной ванной и окружающей атмосферой. Более низкая поверхностная энергия приводит к более плоскому и гладкому сварному шву с меньшей склонностью к подрезанию основного металла. Чтобы свести к минимуму потери сплава при окислении, содержание кислорода обычно ограничивают до 2%. Тепловой оттенок будет более сильным, чем при сварке без добавления кислорода в защитный газ.
Двуокись углерода
GMAW также использует CO 2 как компонент защитного газа.Общей проблемой для нержавеющих сталей является охрупчивание и коррозия из-за сенсибилизации из-за образования карбида хрома, но было продемонстрировано, что поглощение углерода из CO 2 достаточно низкое, чтобы полученный металл шва по-прежнему достиг необходимого (≤0,03%) содержания углерода. для обозначения класса L. Таким образом, выбранное содержание CO 2 больше связано с проникновением и смачиванием, чем с улавливанием углерода. Содержание углекислого газа в GMAW обычно составляет 2-5%, в то время как в порошковой проволоке используется 20% смеси с аргоном или даже 100% CO 2 .
Водород
Уникальной особенностью аустенитных нержавеющих сталей является их невосприимчивость к водородному растрескиванию, за исключением, возможно, очень сильно обработанных холодным способом материалов. Это позволяет добавлять водород в защитный газ в количестве от 2 до 15%, обеспечивая больший нагрев дуги и лучшее проплавление. Количество водорода для ручной сварки обычно ограничивается до 5%, а более высокие концентрации ограничиваются автоматизированным процессом, таким как орбитальная GTAW. Водород нельзя использовать в качестве компонента защитного газа для ферритных, мартенситных или дуплексных нержавеющих сталей из-за риска растрескивания.
Азот
Азот — полезная добавка к защитному газу для дуплексных нержавеющих сталей, содержащих растворенный азот. Он добавляется для увеличения сопротивления точечной коррозии и в качестве стабилизатора аустенита для создания сбалансированной «дуплексной» микроструктуры в сварном шве, особенно для тонких материалов, которые охлаждаются слишком быстро, чтобы образовалось достаточное количество аустенита. Азот можно добавлять как в сварочный, так и в продувочный газ, чтобы предотвратить потери азота во время сварки.
В этой статье рассматриваются газы для активной стороны сварного шва. При сварке трубы или трубы, нормально подавать инертный газ, такой как аргон или азот, в трубу или трубу, чтобы поддерживать низкий уровень кислорода и минимизировать образование теплового оттенка до уровня бледной соломы. Обычно для этого требуется чувствительный кислородный измеритель или, возможно, ранее проверенные методы продувки. На толстых участках продувка должна продолжаться для всех проходов. Продувка дуплексных корневых проходов азотом улучшит коррозионную стойкость, но также может нарушить фазовый баланс.Добавки водорода использовались в продувочных газах как для аустенитных, так и для дуплексных сварных швов, чтобы минимизировать тепловые оттенки.
Преимущества и ограничения GMAW
GMAW — это широко используемый процесс дуговой сварки. Как и все другие процессы, у него есть свои преимущества и ограничения.
Процесс сварки металлическим электродом в газовой среде, наиболее известный как MIG, сегодня является одним из наиболее часто используемых процессов соединения в мире. Этот процесс зародился более 60 лет назад, но он все еще совершенствуется каждый день.Ведущие производители сварочной промышленности тратят миллионы долларов на исследования и разработки, чтобы улучшить этот процесс. Как и во многих других отраслях промышленности, развитие технологий производства, снижение затрат и повышение эффективности сделали высокотехнологичные технологии доступными для начинающих сварщиков.
Основы процесса
Прежде всего несколько определений. Процесс газовой металлической дуги обычно называют MIG. MIG расшифровывается как Metal Inert Gas.Обычно для этого процесса используется аргон, инертный газ, т.е. инертный газ. Однако также используется диоксид углерода в чистом виде или в смеси с аргоном. Двуокись углерода является химически активным газом, поэтому при сварке с использованием 100% защитного газа из двуокиси углерода следует использовать термин MAG (Metal Active Gas). Для простоты мы будем называть процесс GMAW MIG.
Проще говоря,GMAW — это соединение двух металлов с помощью электрической дуги и непрерывной подачи присадочного материала.Оборудование, необходимое для этого процесса, состоит из источника питания постоянного напряжения, механизма подачи проволоки, узла сварочной горелки, кабеля питания и кабеля управления, идущего от источника питания к устройству подачи, а также кабеля заземления и зажима (правильно называемого узлом рабочего кабеля. ).
Преимущества процесса GMAW
Как упоминалось выше, процесс GMAW, возможно, является наиболее широко используемым процессом в Соединенных Штатах. Это связано с рядом преимуществ. Ниже перечислены некоторые из этих преимуществ:
- Недорогое оборудование — сварщик-любитель может получить сварочный аппарат от известного производителя, такого как Lincoln Electric или ITW, менее чем за 600 долларов.Добавьте несколько долларов на защитный газ и мигрирующую проволоку, и вы начнете сварку менее чем за 700 долларов.
- Недорогие расходные материалы — из всех технологических процессов расходные материалы для сварки MIG имеют самую низкую стоимость. Вы можете приобрести проволоку для миграции в большом магазине по цене менее 3 долларов за фунт. Или вы можете пойти к местному промышленному дистрибьютору и купить его по цене около 2 долларов за фунт.
- Высокая производительность наплавки — особенно по сравнению со сваркой штучной сваркой. С помощью процесса GMAW вы можете наплавить до 10 фунтов в час (наплавленный металл шва).
- Низкое количество водородных отложений — поскольку твердый материал не впитывает влагу, как порошковая проволока и электроды, он постоянно наносит сварные швы с низким уровнем диффундирующего водорода. Вы можете узнать больше о том, почему это важно, прочитав «ПОЧЕМУ WELDS CRACK»
- Может сваривать почти все металлы — просто заменив присадочную проволоку и иногда защитный газ, можно сваривать углеродистую сталь, нержавеющую сталь, никелевые сплавы и алюминий.
- Низкий уровень разбрызгивания — низкий уровень разбрызгивания достигается путем выбора правильного режима переноса металла.Это преимущество может обеспечить сварка распылением и импульсная сварка.
- Неограниченная толщина — этот процесс позволяет сваривать легкие материалы до неограниченной толщины за несколько проходов. Для сварки требуются более высокие значения силы тока и правильная конфигурация соединения.
- Легко освоить — в отличие от сварки TIG или сварки штучной сваркой, сварку mig легко освоить.
- Небольшая очистка — поскольку сварка MIG является бесшлаковым процессом, она не требует измельчения шлака, очистки флюса или удаления неиспользуемых стержней стержня.
- Высокий КПД электродов — процесс GMAW обеспечивает КПД 93-97%. Это означает, что если вы купите 100 фунтов проволоки MIG, вы получите от 93 до 97 фунтов сварочного металла. Такой процесс, как SMAW (сварка штучной сваркой), имеет КПД электрода около 65%. Это происходит из-за потерь из-за разбрызгивания, шлака, а не из-за расхода всего электрода.
- Входное напряжение — Если у вас есть электричество, вы можете сваривать. Меньшие машины могут работать на входе 115 вольт.Эти аппараты ограничены сваркой толщиной около дюйма. Некоторые из новых промышленных машин способны работать или работать с входным напряжением от 208 до 575 входных напряжений в одно- или трехфазных цепях. Большинство сварочных аппаратов MIG также могут работать без портативных генераторов.
Несмотря на все эти преимущества, процесс GMAW также имеет некоторые ограничения.
Ограничения процесса GMAW
- Чувствительность к загрязнениям — в процессе могут обрабатываться поверхностные загрязнения от низкого до среднего уровня, такие как ржавчина, прокатная окалина, грязь, масло и краска.Все это может вызвать такие проблемы, как пористость, неполное плавление, плохой внешний вид валика и даже растрескивание.
- Портативность — перемещение сварочного оборудования может оказаться не таким сложным, но вам также придется обращаться с баллонами высокого давления, содержащими защитный газ. Необходимо соблюдать надлежащую осторожность.
- Чувствительность к ветру — защитный газ, используемый для сварки MIG, можно легко унести при сварке на открытом воздухе. Даже внутри достаточно вентилятора или скорости ветра до 5 миль в час, чтобы вызвать пористость.