Режимы сварки полуавтоматом в среде защитных газов. Выбор параметров режима полуавтоматической сварки Расчет режимов сварки в защитных газах полуавтоматическая

Один из самых востребованных типов сварки. С помощью полуавтомата можно варить даже разнородные металлы, не говоря уже о работе со сложными сплавами, вроде алюминия или меди. По этой причине на производствах любого масштаба всегда нужны сварщики, которые будут владеть навыками сварки полуавтоматом.

Однако, помимо технологии мастер также должен знать, как рассчитать оптимальный , в частности ее скорость. В этой статье мы кратко расскажем, как рассчитать не только скорость сварки, но и силу тока или напряжение дуги в зависимости от толщины металла и прочих показателей. Вы узнаете несколько полезных формул, а для новичков мы составили небольшую таблицу-подсказку.

Режим сварки - это совокупность параметров, настроив которые мы можем выполнить сварку. Проще говоря, это набор настроек, которые мы применяем в той или иной ситуации. Мы посвятили теме выбора режима сварки при работе с полуавтоматом. Обязательно прочтите ее. А мы расскажем об основах, и в частности о скорости сварки.

Основные параметры режима сварки, которые нужно уметь рассчитывать - это сварочный ток, напряжение дуги и скорость сварки. При этом скорость сварки невозможно рассчитать, не зная силу тока и напряжение сварочной дуги. Так что в рамках этой статьи мы научим вас определять все три параметра.

Почем эти параметры так важны? Все просто: от них напрямую зависит качество готового шва, его размеры и прочие характеристики. Если вы правильно подберете эти параметры, сможете существенно упростить свою работу. А швы получатся не только качественным, но и долговечными.

Ниже представлена таблица с рекомендуемыми показателями скорости сварки и не только. Такая таблица будет полезна для новичков, но опытные мастера должны сами рассчитывать все показатели или просто знать их наизусть. Так что пользуйтесь данной таблицей на начальном этапе, со временем начинайте сами рассчитывать все показатели.

Расчет скорости сварки

Прежде чем рассчитать скорость сварки при работе с полуавтоматом нам нужно посчитать силу сварочного тока и напряжение дуги. В качестве примера возьмем сталь, которую будем варить тавровым, односторонним швом без кромок или скосов.

Чтобы определить силу тока нам понадобится формула. Обращаем ваше внимание, что сила тока должна определяться в зависимости от того, какой диаметр у электрода, также нужно знать плотность тока. Чтобы произвести расчет сварочного тока воспользуйтесь формулой ниже:

Здесь dэ2 - это диаметр электрода, в нашем случае 1.6 миллиметра. А j - это плотность тока, в нашем случае она равна 175 А/мм2.

Теперь, зная силу тока и диаметр электрода мы можем посчитать напряжение сварочной . Воспользуйтесь формулой ниже:

И наконец подходим к расчету оптимальной скорости сварки. Ниже формулы:

Режимы сварки выбираются после назначения способа сварки, выбора разделки кромок с учетом свойств, свариваемого материала. На основании большого количества экспериментального материала и расчетных методик созданы таблицы режимов и номограммы, которые позволяют устанавливать оптимальный режим, обеспечивающий высокое качества сварного соединения.

Основными параметрами режима при ручной сварке покрытыми электродами являются: род тока и его полярность, диаметр электрода и сила тока. Род тока и полярность выбираются в зависимости от состава покрытий, диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, сила тока жестко связана с диаметром электрода. При автоматической сварке основными параметрами режимов являются: род тока и полярность, диаметр электродной проволоки, сила тока, Iсв, напряжение на дуге Uд, скорость сварки Vcв, скорость подачи электродной проволоки Vпод, марка флюса или газа.

В случае сварки в защитной среде обязательно указывается расход газа, обеспечивающий защиту зоны сварки. Выбор всех этих параметров осуществляется в зависимости от марки свариваемого материала, способа сварки и типа сварного соединения, используя таблицы и номограммы, либо расчетные формулы.

Сварочное оборудование выбирается из условия обеспечения режимов сварки, применяемогоспособа сварки и свойств свариваемого материала, апри ручной сварке штучными электродами в зависимостиот химического состава покрытия и режимов сварки.

Для приварки люка выбран полуавтоматический метод сварки сплошной проволокой. Это связано с тем, что в монтажных условиях не всегда возможно устранить фактор нарушения газовой защиты от ветровых нагрузок. Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла.

Исходя из конструкции базовая толщина свариваемых изделий 5...8 мм, поэтому за основу принимаем катет 6 мм. Руководствуясь данными приведёнными в таблице 2, выбираем диаметр электродной проволоки равным 1,6 мм.

Данные по выбору диаметра электродной проволоки

Таблица 2

Характер расчета зависит от вида соединения, типа разделки, количества наплавленного металла.

Произведем расчет режимов сварки углового однопроходного шва с катетом 6.

Ширина шва Е ш зависит от катета, который для различных толщин задан ГОСТ 14771-76 применительно к угловым, тавровым соединениям.

Еш= 1,41 * k , (1)

где k – катет шва.

В данном расчете катет шва равен k = 6 мм

Еш = 1,4 *6 = 8,4 мм (2)

Для получения качественного сварного шва расчетное значение увеличиваем на 2…3 мм, т. е. Е=12 мм

Глубина проплавления рассчитывается из условия

h пр = (0,85 … 1) * k - 0,035 * k 2 , (3)

где k- катет шва.

Значение в скобках принимаем равное 0,85

h пр = 1*6 – 0,035 * 36 мм = 4.74 мм

По диаметру электродной проволоки определяем значение сварочного тока.

I св = 200 * d эл * (d эл – 0,5) + 50 , (4)

где d эл - диаметр электродной проволоки.

Для сварки данного изделия будет использоваться сварочная проволока диаметром равный 1,6 мм.

I св = 100 * 1,6 * (1,6 – 0,5) + 50 = 226 А.

Напряжение на дуге рассчитывается по формуле

U g = 20 + 0,05 * I св * d эл -0,5 (5)

где I св – значение сварочного тока, А;

d эл – диаметр электродной проволоки, мм.

U g = 20 + 0,05 * 226 * 1,6 -0,5 = 48.25 В.

Площадь сечения наплавленного металла F н определяется из соотношения

F н = 0,5 * k 2 * k у, (6)

где k – катет шва;

k у – коэффициент, учитывающий выпуклость шва.

Для катета 6 этот коэффициент равен 1,45

Подставляя данные в формулу (6) получим

F н = 0,5 * 36 * 1,45 = 26 мм 2

Скорость сварки определяется по формуле:

V св = α н * I св */ р * F н (7)

где р - плотность свариваемого металла (7,8 г/см 3);

α н -коэффициент наплавки.

Для механизированной сварки в защитных газах α н составляет 15 – 18 г/А*ч.

Коэффициент наплавки принимаем равный 15 г/А*ч.

V св = 15 *226 / 7,8 * 26 = 113 м/ч

Скорость подачи электродной проволоки равна,

V пп = 4 * V св * F н / *П * d эл 2 (8)

где V св – скорость сварки;

F н – площадь сечения наплавленного металла шва;

d эл – диаметр электродной проволоки.

V пп = 4 * 113 * 24/ 3,14 * 1.6 = 552 м/ч.

Значение расхода защитного газа принимаем в соответствие с таблицей 3

В рассматриваемом случае расход газа составит 10л/мин.

Зависимость напряжения и расхода углекислого газа от силы тока

Таблица 3

Таблица режимов сварки в среде защитных газов

Таблица 4

Таким образом, сварку предлагается выполнять методом механизированной сварки цельной проволокой. Применяемая проволока СВ08Г2С относится к разряду омедненных. Характеристики проволоки сварочной СВ08Г2С соответствуют ГОСТ 2246-70. СВ08Г2С обеспечивает надежность соединений благодаря ее высоким сварочно-технологическим свойствам. Диаметр стальной сварочной проволоки СВ08Г2С варьируется от 0,8 до 4,0 мм, она поставляется в мотках и на кассетах. Проволока СВ08Г2С применяется для сварочных работ малоуглеродистых и низколегированных сталей. Сварка проводится и в смеси аргона AR и углекислого газа СО2 (соотношение рабочих газов в смеси 80/20) и в среде чистого углекислого газа.
В процессе сварки сварочная проволока расплавляется и сваривает раскаленным металлом свариваемые поверхности. Проволока омедненная для сварки соответствует ГОСТу 2246-70.

Рис.8 Сварочная проволока

Параметрами режима сварки в углекислом газе являются диаметр используемой проволоки, величина сварочного тока, скорость подачи электродной проволоки, напряжение дуги, скорость сварки, расход углекислого газа, вылет электрода.

В настоящее время сварка в углекислом газе выполняется постоянным током обратной полярности (плюс на электроде). Переменный и постоянный ток прямой полярности пока еще не применяется из-за недостаточной устойчивости процесса и неудовлетворительного формирования и качества сварного шва.

Режим сварки в углекислом газе выбирают в зависимости от толщины и марки свариваемой стали, типа соединения и формы разделки кромок, положения шва в пространстве, а также с учетом обеспечения стабильного горения дуги, которое ухудшается с понижением сварочного тока.

Следует также помнить, что с увеличением напряжения дуги при неизменном токе возрастает ширина шва и несколько уменьшается величина его усиления, повышается разбрызгивание жидкого металла. Чрезмерное увеличение напряжения дуги может привести к образованию пор в шве.

При увеличении сварочного тока и уменьшении напряжения дуги резко увеличивается глубина провара, уменьшается ширина и увеличивается высота усиления шва. Если сварочный ток и напряжение дуги чрезмерно увеличены, то шов получается очень выпуклым.

При сварке на одном и том же токе более тонкой проволокой повышается устойчивость горения дуги, уменьшается разбрызгивание жидкого металла, увеличивается глубина проплавления основного металла, повышается производительность сварки.

Чтобы получить качественные плотные швы, необходимо не только использовать проволоку соответствующей марки с чистой поверхностью, но и обеспечить хорошую защиту сварочной ванны от соприкосновения с воздухом.

Для этого расход углекислого газа должен составлять 5-12 л/мин при сварке проволокой диаметром 0,5-1,2 мм и 14-25 л/мин при сварке проволокой диаметром 1,6-3,0 мм. С повышением сварочного тока, напряжения дуги и вылета электрода расход углекислого газа соответственно увеличивается.

В табл. 68 приведены рекомендуемые в зависимости от толщины свариваемого металла диаметры электродной проволоки, а в табл. 69 - пределы сварочного тока, напряжения дуги, величины вылета электрода и расход углекислого газа в зависимости от диаметра электродной проволоки.

При сварке соединений с зазором без подкладок сварочный ток устанавливают по нижнему пределу, а при сварке соединений без зазора либо с зазором, но на подкладке - по верхнему пределу. При полуавтоматической сварке величина сварочного тока может быть несколько большей, чем при автоматической.

При сварке в горизонтальном, вертикальном и потолочном положениях сварочных ток должен быть на 10-20% меньше, чем при сварке в нижнем положении. Ток также уменьшают при сварке легированных и высоколегированных сталей.

Скорость сварки стыковых соединений принимают в зависимости от толщины свариваемого металла, а тавровых соединений - также и от катета шва.

Скорость полуавтоматической сварки обычно меньше, чем автоматической. При полуавтоматической сварке скорость перемещения электрода неравномерна, что приводит к неравномерной глубине провара по длине соединения, а при сварке тонкого металла - к прожогам.

Стыковые соединения на металле толщиной до 2 мм лучше сваривать в вертикальном положении сверху вниз. Угловые вертикальные швы катетом до 5 мм также выполняют сверху вниз. Соединения на металле толщиной до 1 мм с отбортовкой кромок более рационально сваривать неплавящимся угольным электродом в углекислом газе.

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

Принципы процесса, характеристики дуги

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

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

Рис. 1. Схема полуавтоматической сварки

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

В зависимости от уровня механизации и автоматизации процесса различают сварку:

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

Сварочное оборудование

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

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

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

Принцип дуговой сварки в защитных газах определяет основные функции оборудования:

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

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

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

Q г U V п lcUc Vc

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

Vc Vn lc Uc U Q г

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Сварочные материалы

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

Таблица 1. Типы защитных газов.

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

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

Нг = (Нуг х Т + Ндг)

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

Таблица 2. Удельный расход защитного газа.

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

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

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

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

Типы переноса электродного металла и их применение

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

Можно выделить следующие виды переноса электродного металла:

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

Наиболее благоприятные условия для переноса электродного металла наблюдаются при сварке в инертных одноатомных газах аргоне и гелии. В аргоне имеет место два вида переноса: крупнокапельный без коротких замыканий с небольшим разбрызгиванием на докритическом токе и струйный на токе больше критического. Вид переноса влияет на форму проплавления Рис. 3:

Рис. 3. Форма проплавления металла.

а) меньше критического;

б) больше критического.

Сварка со струйным переносом рекомендуется на металле средней толщины. В гелии наблюдается капельный перенос с короткими замыканиями (к.з.) дуги (малые ток и напряжение) и без к.з. на повышенном токе и напряжении при незначительном мелкокапельном разбрызгивании. Сварка в гелии имеет меньшую выпуклость, чем в аргоне, так как аргон повышает поверхностное натяжение в сталях. Применение смеси Аг+Не позволяет использовать преимущества обоих газов. При сварке в СО2 имеют место перенос мелкокапельный с к.з. и небольшим разбрыз гиванием, крупнокапельный с к.з. и без к.з. с большим разбрызгиванием. На больших токах, когда дуга погружается в основной металл, перенос становится мелкокапельным, разбрызгивание уменьшается, однако валик имеет чрезмерную выпуклость.

Типы переноса металла при сварке MIG/MAG

При сварке MIG/MAG перенос металла осуществляется, в основном, двумя формами. При первой форме капля касается поверхности сварочной ванны ещё до отделения от торца электрода, образуя короткое замыкание, отчего этот тип переноса получил название переноса с короткими замыканиями. При второй форме капля отделяется от торца электрода без касания поверхности сварочной ванны и, поэтому, этот тип переноса называется переносом без коротких замыканий. Последняя форма переноса металла подразделяется на 6 отдельных типов согласно особенностям формирования и отделения капель электродного металла от торца электрода. Таким образом, согласно классификации предложенной Международным Институтом Сварки, существует 7 основных типов переноса металла, проиллюстрированных на Рис. 4 (условия этих сварок приведены в Табл. 3)

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

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

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

При переносе металла с короткими замыканиями торец электрода с находящейся на нём каплей расплавленного электродного металла периодически касается поверхности сварочной ванны, вызывая короткие замыкания и погасания дуги. Обычно, перенос металла с короткими замыканиями имеет месте при низких режимах сварки, т.е., малом токе сварки и низком напряжении дуги (короткая дуга гарантирует, что капля коснётся поверхности ванны раньше своего отделения от торца электрода). Этот тип переноса металла имеет место как при сварке MIG , так и при сварке MAG. В начале короткого замыкания напряжение дуги резко падает (до уровня напряжения короткого замыкания) и остаётся низким до его окончания, в то время как ток короткого замыкания быстро повышается. Разогрев перемычки жидкого металла между торцом электрода и сварочной ванной (вызываемый проходящим высоким током короткого замыкания) способствует её разрыву.

Перенос металла при импульсном режиме дуговой сварки

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

Рис. 5. Импульсная дуговая сварка

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

Плавление торца электрода, формирование капли определённого размера и срыв этой капли с торца электрода происходит под действием электромагнитной силы (Пинч-эффект). В течение одного импульса тока может быть сформировано и перенесено в сварочную ванну от одной до нескольких капель. Частота следования импульсов тока, их амплитуда и длительность (tи) определяют выделяемую энергию дуги, а следовательно, скорость расплавления электрода. Сумма длительностей импульса tu и паузы (tп) определяет период пульсации тока, а её обратная величина даёт частоту пульсации. Перенос электродного металла при дуговой сварке с импульсом характеризуется следующими параметрами:

• числом капель сформированных и перешедших в сварочную ванну под действием одного импульса тока;
• размером капли;
• временем от начала импульса тока до срыва первой капли;
• моментом, когда происходит отделение капли от электрода (на фазе импульса или на фазе паузы).

Рис. 6. Перенос капли электродного металла.

В связи с тем, что формирование и отрыв капли управляется амплитудой и длительностью тока импульса (Iи и tu), базовый ток сварки (Iб) может быть уменьшен существенно ниже уровня критического тока, что достигается либо простым увеличением времени базы (tб), т.е., снижением частоты импульсов, либо снижением базового тока (Iб). Например, применительно к малоуглеродистой электродной проволоке диаметром 1 мм при сварке в защитной среде на базе аргона можно поддерживать управляемый мелкокапельный перенос металла на токе сварки менее 50 А, хотя критический ток для этих условий равен примерно 180 ... 190 А. Благодаря низкой мощности дуги и скорости расплавления электрода, сварочная ванна имеет малые размеры и легко управляема. Таким образом, становится возможным реализация желаемого мелкокапельного переноса электродного металла, как при сварке тонколистового металла, так и при сварке металла больших толщин во всех пространственных положениях.

Другим преимуществом импульсного режима является возможность использования проволок больших диаметров для скоростей наплавки характерных для проволок малых диаметров, что снижает стоимость единицы веса наплавленного металла. При этом также возрастает эффективность наплавки благодаря снижению потерь на разбрызгивание электродного металла.

К недостаткам этого процесса можно отнести возможное отсутствие проплавления, вследствие низкого тепловложения в сварочную ванну. Кроме того, повышенные требования к квалификации сварщиков, а также использование значительно более сложного и дорогого сварочного оборудования в совокупности с более низкой гибкостью (универсальностью) процесса.

Особенности сварки в среде углекислого газа

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

2СО 2 2СО + О 2

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

О 2 2О

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

Si + 2O = SiО2.

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

FeO + Mn = MnO + Fe,

2FeO + Si = SiО2 + 2Fe и т.д.

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

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

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

Выбор режимов сварки в среде углекислого газа

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

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

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

Сварочный ток устанавливается в зависимости от выбранного диаметра электродной проволоки.

Основные режимы полуавтоматической сварки приведены в Таблице 5.

Таблица 5. Основные режимы сварки.

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

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

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

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

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

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