Формообразование сварного шва при полуавтоматической сварке плавящимся электродом в защитном газе

ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В ЗАЩИТНОМ ГАЗЕ

1. Цель работы

Ознакомление со сваркой плавящимся электродом в среде защитных газов. Приобретение навыка управления полуавтоматом и процессом полуавтоматической сварки плавящимся электродом в защитном газе. Определение коэффициента наплавки.

Общие сведения

Полуавтоматическая сварка плавящимся проволочным электродом в защитном газе относится к группе электродуговых способов сварки в среде защитных газов, в которую входят: автоматическая сварка плавящимся электродом в углекислом газе, в инертных газах, в смесях углекислого газа с аргоном с добавками кислорода, и сварка самозащитными порошковыми проволоками. Эти способы сварки находят всё более широкое применение в промышленности, с успехом заменяя ручную электродуговую – электродами с покрытием и автоматическую под флюсом.

Применимость

Полуавтоматическая сварка плавящимся электродом в защитном газе в смесях углекислого газа с кислородом и аргоном применяют при изготовлении изделий из низко - и среднеуглеродистых, низко-среднелегированных и легированных сталей. Благодаря своим преимуществам она успешно заменяет ручную электродуговую сварку электродами с покрытием, как на производстве, так и в строительстве. Полуавтоматическая сварка в среде защитного газа исключительно эффективна при сварке тонколистовых сталей, где газовая и электродуговая сварка широкого применения не находят.

Преимущества

1. Высокая степень концентрации дуги и низкая погонная энергия вызывают относительно небольшие деформации сварных изделий по сравнению с другими способами сварки плавлением.

2. Возможность визуального контроля и регулирования процесса сварки.

3. Возможность сварки металлов толщиной от 0,5 до десятков миллиметров

в различных пространственных положениях.

4. Высокоэффективная защита расплавленного металла сварочной ванны позволяет получать качество сварных швов лучше, чем при сварке покрытыми электродами за счёт меньшего содержания кислорода, азота и водорода в металле шва.

5. Производительность сварки в защитном газе в 1,4 – 4 раза выше, чем при ручной сварке электродами с покрытиями, и в 1,5 раза выше, чем при сварке под флюсом.

6. Стоимость наплавки 1кг металла в 2 – 2,5 раза меньше чем при ручной сварке, и на 10-20 % меньше чем при автоматической сварке под флюсом.

Теоретическая часть

Определения процессов сварки, физическая сущность и характеристика источника энергии для дуговых способов сварки плавящимся электродом в углекислом газе

Полуавтоматическая сварка плавящимся электродом в защитном газе – процесс сварки, при котором подача сварочной проволоки в зону сварки механизирована, а возбуждение дуги и перемещение газосварочной горелки в направлении сварки и её завершения осуществляются сварщиком вручную. Источник энергии для дуговых способов сварки в защитных газах - электрическая сварочная дуга, представляющая собой мощный, электрический дуговой разряд, характеризующийся стабильностью и возможностью его регулирования по мощности и времени действия. Дуга состоит из столба с температурой плазмы 7000…10000 °С, факела с плазменными потоками, катодного и анодного активных пятен, в которых металл нагревается до температур 2000 и 3000 °С соответственно.

При всех видах дуговой сварки различают полную тепловую мощность дуги Q и эффективную мощность q, которые определяют расчётами по формулам:

Q = I·U

q = η·I·U, Вт,

где I – сила тока в дуге, А;

U – напряжение на дуге, В.

Потери тепловой мощности дуги в атмосферу определяют с помощью коэффициента η = 0,6. – для открытой дуги.

При движении дуги вдоль шва со скоростью сварки υсв. количество вводимой теплоты оценивают соотношением q/ υ cв., называемым погонной энергией, а также удельной погонной энергией q/ (υсв. ·δ), приходящейся на единицу толщины свариваемого металла (высоту шва – δ мм).

Величины q, υ св., δ и их отношение q / (υсв.·δ), определяют скорость нагрева металла перед дугой, скорость охлаждения за дугой, ширину зоны нагрева в поперечном сечении соединения, а также время пребывания металла при тех или иных температурах.

Формообразование сварного шва при полуавтоматической сварке плавящимся электродом в защитном газе

При сварке плавящимся электродом дуговой разряд существует между концом непрерывно расплавляемой сварочной электродной проволоки и изделием. Жидкий металл на торце электродной проволоки силами поверхностного натяжения стягивается в каплю, которую, электромагнитные силы переносят в сварочную ванну, как показано на рисунках 1 и 2. Сварка в защитном газе сопровождается частичным выбросом металла за пределы сварочной ванны. Данное явление называется разбрызгиванием. Брызги в виде капель, оседая на прилегающих к шву участках изделия, привариваются к металлу, что требует последующей трудоёмкой операции по их удалению.

В зависимости от диаметра электродной проволоки и параметров режима сварки изменяется перенос металла и формирование шва. Разновидности переноса металла через дугу показаны на рисунках 1 и 2.

а                             б

Рис.1. Разновидности переноса металла в дуге: а) крупнокапельный,

б) мелкокапельный, 1- сварочная проволока; 2 - капля расплавленного металла;

3 - сварочная дуга; 4 - сварочная ванна.

Рис.2 Струйный перенос металла. Пунктиром показана область расплавления электрода теплом дуги, а стрелками – направления электромагнитных сил, формирующих и перебрасывающих мелкие капли в сварочную ванну.

При струйном переносе достигается минимальное разбрызгивание и лучшее формирование шва. Крупнокапельный перенос приводит к усиленному разбрызгиванию металла, ухудшению качества шва и необходимости выполнения специальных мероприятий для исключения приварки брызг к металлу свариваемого изделия. Сварку в защитном газе сталей толщиной до 3 мм выполняют тонкой проволокой при короткой дуге с периодическими замыканиями.

Режимы струйного и крупнокапельного переноса применяют при сварке металла толщиной более 3 мм. Они связаны со сравнительно высокой энергией дуги, большим объёмом жидкого металла сварочной ванны, ограничивающим сварку нижним и горизонтальным пространственными положениями.

Для защиты сварочной ванны, уменьшения разбрызгивания и улучшения формирования шва при струйном и крупнокапельном режимах, используются смеси углекислого газа с инертными газами и с небольшими добавками кислорода.

Электрическая дуга, одновременно расплавляя проволочный электрод и кромки свариваемых заготовок, образует общую сварочную ванну с жидким металлом. Перемещение дуги вдоль соединения со сварочной скоростью приводит к охлаждению металла в хвостовой части ванны и адгезии (прилипанию) атомов наиболее тугоплавких элементов к её дну и стенкам. От этих атомов, являющихся центрами зарождающихся кристаллитов, растут удлинённые кристаллы. Кристаллизация заканчивается их смыканием, с образующейся зернистой структурой в сварном шве.