Техника сварки плавящимся электродом

В зависимости от свариваемого металла и его толщины в качестве за-щитных газов используют инертные, активные газы или их смеси. В силу фи-зи­ческих особенностей стабильность дуги и ее технологические свой­ства вы-ше при использовании постоянного тока обратной поляр­ности. При исполь-зовании постоянного тока прямой полярности количество расплавляемого электродного металла увеличиваетсяна25-30%, но резко сни­жаетсястаби-льность дуги и повышаются потери ме­талла на разбрызгивание. Применение переменного тока невозможно из-за не­стабильного горения дуги.

При сварке плавящим­ся электродом шов обра­зуется за счет проплавле-

ния основного металла и расплавления дополнительного ме­талла – электрод-ной проволоки. Поэтому форма и размеры шва, помимо прочего (скорости сварки, пространственного по­ложения электрода и изделия и др.), зависят также от харак­тера расплавления и переноса электродного металла в свароч-ную ванну. Характер переноса электродного металла определяется в основном материалом электрода, составом защитного газа, плотностью сварочного тока и рядом других факторов.

Можно выделить три основные формы расплавления электрода и пере-носа электродного металла в сварочную ванну. Процесс сварки с периодичес-кими короткими замыканиями характерен для сварки электродными прово-локами диаметром 0,5-1,6 мм при короткой дуге с напряжением 15-22 В. После очередного короткого замыкания (1и 2 на рис. 47, а) силой поверхностного натяжения расплавленный металл на торце электрода стягивается в каплю. В результате длина и напряжение дуги становятся мак­симальными.

Рисунок 47– Основные формы расплавления и переноса электродногометалла:

а–короткими замыканиями; б - капельный;в- струйный

Во все стадии процесса скорость подачи электродной прово­локи пос-тоянна, а скорость ее плавления изменяется и в пе­риоды 3 и 4меньше скорости подачи. Поэтому торец элект­рода с каплей приближается к сварочной ванне (длина дуги и ее напряжение уменьшаются) до короткого замыкания 5. При коротком замыкании резко возрастает величина сварочного тока и, как результат этого, сжимающее действие электромагнитных сил, совместное действие которых разрывает перемычку жидкого металла между электродом и изделием. Во время короткого замы­кания капля расплавленного электродного металла переходит в сварочную ванну. Далее процесс повторяется.

Частота периодических замыканий дугового промежутка может изме-няться в пределах 90 - 450 в секунду. Для каждого диаметра электродной проволоки в зависимости от его материала, защит­ного газа и т. д., существует диапазон сварочных токов, в котором возможен процесс свар­ки с короткими замыкания­ми. При оптимальных пара­метрах процесса сварка воз­можна в раз-личных прост­ранственных положениях, а потери электродного метал­ла на разбрызгивание не превышают 7%. Периодиче­ские короткие замыкания могут осуществляться и при­нудительно, например меха­ническим путем (вибродуго­вая наплавка).Увеличение плотности сварочного тока и длины (напряжения) дуги ведет к изменению характера расплавления и переноса электродного металла, перехода от сварки короткой дугой с короткими за­мыканиями к процессу с редкими короткими замыканиями или без них. В сварочную ванну электродный металл перено­сится нерегулярно, отдельными крупными каплями различ­ного размера (рис. 47, б), хорошо заметными невооруженным глазом. При этом ухудшаются технологические свойства дуги, затрудняется сварка в потолочном положении, а потери электрод­ного металла на угар и разбрызги-вание возрастают до 15%.

Для улучшения технологических свойств дуги применяют периодичес-кое изменение ее мгновенной мощности - импульсно-дуговая сварка (рис. 48).

Рисунок 48 – Изменение тока и напряжения дуги при импульсно-дуговой сварке; I_n, U_n- ток и напряжение основной дуги; I_и , U_и- ток и напряжение дуги во время импульса; Т_п, Т_и- длитель­ность паузы и импульса

Теплота, выделяемая основной дугой, недостаточна для плавления электродной проволоки со скоростью, равной скорости ее подачи. Вследствие этого длина дугового промежутка уменьшается. Под действием импульса тока про­исходит ускоренное расплавление электрода, обеспечивающее фор-мирование капли на его конце. Резкое увеличение электро­динамических сил сужает шейку капли и сбрасывает ее в направлении сварочной ванны в любом пространственном по­ложении.

Можно использовать одиночные импульсы (рис. 48) или группу импу-льсов с одинаковыми и различными параметрами. В послед­нем случае первый или первые импульсы ускоряют расплавление электрода, а последующие сбрасывают каплю электродного ме­талла в сварочную ванну. Устойчивость процесса зависит от соот­ношения основных параметров (величины и длительности импуль­сов и пауз). Соответствующим подбором тока основной дуги и импульса можно повысить скорость расплавления электродной проволоки, изменить форму и размеры шва, а также уменьшить нижний предел свароч-ного тока, обеспечивающий устойчивое горение дуги.

При достаточно высоких плотностях постоянного по величине (без им-пульсов или с импульсами) сварочного тока обратной по­лярности и при горе-нии дуги в инертных газах может наблю­даться очень мелкокапельный перенос электродного металла. Название «струйный» он получил потому, что при его наблюде­нии невооруженным глазом создается впечатление, что расплав­ленный металл стекает в сварочную ванну с торца электрода непрерывной струей (рис. 47, в). Изменение характера переноса электродного металла с капельного на струйный происходит при увеличении силы сварочного тока до «критического» для данного диаметра электрода.

Величина критического тока уменьшается при активировании электрода (нанесении на его поверхность тем или иным способом некоторых легко-ионизирующих веществ), увеличении вылета электрода. Изменение состава защитного газа также влияет на величину критического тока. Например, добавка в аргон до 5% кислорода снижает значение критического тока. При сварке в угле­кислом газе без применения специальных мер получить струй­ный перепое электродного металла невозможно. Он не получен и при использовании тока прямой полярности.

При переходе к струйному переносу поток газов и металла от электро-да в сторону сварочной ванны резко интенсифицируется благодаря сжимаю-щему действию электромагнитных сил. В ре­зультате под дугой уменьшается прослойка жидкого металла, в сварочной ванне появляется местное углубле-ние. Повышается теплопередача к основному металлу, и шов приобретает специ­фическую форму с повышенной глубиной проплавления по его оси. При струйном переносе дуга очень стабильна - колебаний сварочного тока и напряжений не наблюдается. Сварка возможна во всех пространственных положениях.

При сварке плавящимся электродом, так же как и при сварке неплавя-щимся электродом, внешние магнитные поля отклоняют дугу. Однако эф-фект от использования внешнего магнитного поля наблюдается при сварке длинной дугой и наиболее заметен при струйном переносе электродного металла. В этом случае расплавленный торец электрода колеблется синхронно с частотой внешнего магнитного поля. При поперечных колебаниях увели­чивается ширина шва и уменьшается глубина проплавления. В ре­зультате образующийся шов не имеет повышенной глубины про­плавления по его оси.

Изменять технологические характеристики дуги можно, ис­пользуя цен-тральную подачу защитного газа с высокой скоростью. Высокие скорости ис-течения газа при обычных расходах дости­гаются применением сопл с умень-шенным выходным отверстием. Обдувание дуги газом способствует умень-шению ее поверхности, т. е. сжатию. В результате ввод теплоты дуги в изделие стано­вится более концентрированным. Кинетическим давлением по­тока газа расплавленный металл оттесняется из-под дуги, и дуга углубляется в изделие. В результате глубина проплавления уве­личивается в 1,5—2 раза. Однако при этом повышается и воз­можность образования в швах дефектов.

В последние годы в отечественной и зарубежной практике находит применение способ сварки по узкому или щелевому зазору. При этом способе изделия толщиной до 200 мм без скоса кромок собирают с зазором между ними 6 -12 мм(рис.3.36).

Сварку осу­ществляют на автоматах плавящимся и неплавящимся электро­дом, одной или двумя последовательными дугами (при плавя­щемся электроде сварочные проволоки диаметром до 2 мм). При сварке сталей плавящимся электродом для защиты лучше исполь­зовать смесь из 75-80% аргона и 25-20% углекислого газа. Для сварки алюминия и его сплавов применяют смесь аргона и гелия. Разделку заполняют путем наложения оди-наковых по сечению валиков. Метод характеризуется уменьшенной протя-женностью зоны термического влияния и равномерной мелко­кристаллической структурой швов. Возможна сварка не только в нижнем, но и в других пространственных положениях.

І - токопроводящий мундштук; 2 - электродная проволока; 3 - сопло;

4, 5 - сварочные детали;6 - остающая подкладка из основного материала

Рисунок 3.36- Схема импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом в защитном газе при узкощелевой обработке кромок

Экономичность способа определяется уменьшением числа про­ходов в шве за счет отсутствия разделки кромок. Повышение производительности достигается также повышением скорости расплавления электродной прово-локи с увеличенным вылетом. Нагрев электрода в вылете протекающим по нему сварочным током обеспечивает повышение коэффициента расплавления. Однако при этом уменьшается глубина проплавления, поэтому способ целесообразно применять для сварки швов, требующих большого количества наплавленного металла.

При сварке плавящимся электродом в защитных газах зави­симости фор-мы и размеров шва от основных параметров режима такие же, как и при сварке под флюсом (см. рис. 28). Для сварки используют электродные проволоки ма-лого диаметра (до 3 мм). Поэтому швы имеют узкую форму провара и в них может наблю­даться повышенная зональная ликвация (см. рис. 29). Применяя поперечные колебания электрода (см. рис. 30, а), изменяют форму шва и ус-ловия кристаллизации металла сварочной ванны и умень­шают вероятность зональной ликвации. Имеется опыт примене­ния для сварки в углекислом газе электродных проволок диа­метром 3—5 мм. Сила сварочного тока в этом случае достигает 2000 А, что значительно повышает производительность сварки. Од-нако при подобных форсированных режимах наблюдается ухуд­шенное форми-рование стыковых швов и образование в них под­резов. Формирование и качес-тво угловых швов вполне удовлет­ворительны.

Ввиду высокой проплавляющей способности дуги повышаются требова-ния к качеству сборки кромок под сварку. Качественный провар и формиро-вание корня шва обеспечивают теми же прие­мами (см. рис. 16, 17 и 45), что и при ручной сварке или сварке под флюсом (подкладки, флюсовые и газовые подушки и т. д.).

С уменьшением плотности тока стабильность дуги понижается (табл.4). Величина вылета электрода также влияет на стабиль­ность процесса и размеры шва. Ниже приведен оптимальный вылет плавящегося электрода при сварке в защитных газах:

Диаметр электродной

проволоки, мм..... 0,5 0,8 1,0 1,6 2,0

Вылет электрода, мм . . 5—7 6—8 8—10 10-12 12—14

Расстояние от сопла горелки до изделия обычно выдерживают в пре-делах 8-15 мм. Токоподводящий наконечник должен на­ходиться на уровне краев сопла или утапливаться до 3 мм. При сварке угловых и стыковых швов с глубокой разделкой допу­скается выступание токоподводящего наконечника из сопла на 5-10 мм. Полуавтомати­ческую сварку в нижнем положении мож-но выполнять правым или левым методом узким валиком или с поперечными коле­баниями.

При сварке тонколис­тового металла электрод отклоняют от вертикали на 20—30° в сторону на­правления сварки. При сварке угловых швов в соединени-ях с вертикаль­ной стенкой держатель дополнительно отклоняют от вертика-льной стенки на угол 30- 45°.

Вертикальные швы на тонколистовом металле обычно выпол­няют на спуск (электрод под углом назад для лучшего удержания расплавленного металла от стекания). Сварку на подъем приме­няют при необходимости обеспечить глубокий провар кромок. При сварке горизонтальных швов электрод располагают на ниж­ней части кромок и перемещают с поперечными колебаниями. Потолочные швы выполняют вертикальным электродом или с на­клоном углом назад с поперечными колебаниями.