Оборудование полуавтоматической сварки защитных газах. Технология полуавтоматической сварки в защитном газе. Дефекты сварных швов
К атегория:
Наплавка
Технология полуавтоматической сварки в защитном газе
В качестве защитных используются активные газы, т. е. такие, которые могут вступать во взаимодействие с другими элементами в процессе сварки. К Таким газам относятся углекислый газ (С02) или смеси: 70% углекислого газа и 30% аргона (или кислорода) -I для сварки углеродистых сталей; 70% аргона и 30% углекислого газа - для сварки легированных сталей.
Его также обычно называют облицовкой или обивкой. Благодаря улучшенным свойствам наплавки материалов срок службы детали продлевается. Наплавка может быть применена к новой детали, чтобы предложить функцию с добавленной стоимостью или она может также применяться для ремонта ранее поврежденных деталей.
Наиболее популярными процедурами, применяемыми для наплавки, являются. Этот процесс обычно требует непрерывного питания трубчатого электрода, содержащего поток и постоянное напряжение. Этот процесс сварки часто выбирается в строительных приложениях, поскольку он быстро и легко переносится.
Применение газовых смесей вместо 100% углекислого газа повышает производительность, экономичность, качество сварки и снижает возможность поражения дыхательных органов сварщика.
Достоинством сварки в защитном газе является также то, что на сварные изделия, выполненные этим процессом, без особой подготовки можно наносить прочные антикоррозионные покрытия (оцинкование и др.). Сварку в защитных газах целесообразно применять для соединения тонких металлов (0,1 -1,5 мм).
Этот процесс обычно требует непрерывного питания трубчатого электрода, который может содержать или не содержать поток, и постоянное напряжение. Этот процесс сварки часто выбирается в полевых приложениях, потому что он быстрый, легко переносимый и не требует подключения газа.
При этом обычно используется постоянное напряжение. Он также универсален тем, что его можно использовать с широким спектром сплавов и работать по-разному. Он передается, когда приложение требует мобильной гибкости, поскольку оно не может использоваться в вертикальном или верхнем положении сварки.
Из всех видов дуговой сварки полуавтоматическая сварка в защитных газах имеет наименьшую трудоемкость.
Углекислый газ. При нормальном атмосферном давлении удельная плотность углекислого газа 0,00198 г/см3. При температуре 31° С и давлении 75,3 кгс/см2 углекислый газ сжижается. Температура сжижения газа при атмосферном давлении -78,5° С. Хранят и транспортируют углекислый газ в стальных баллонах под давлением 60-70 кгс/см2. В стандартный баллон емкостью 40 дм3 вмещается 25 кг жидкой углекислоты, которая при испарении дает 12 625 дм3 газа. Жидкая углекислота занимает 60-80%’ объема баллона, остальной объем заполнен испарившимся газом.
Электрический ток образует электрическую дугу между электродом и основным металлом. По мере укладки сварного шва флюсовое покрытие разрушается и образует защитный газ и слой шлака, который защищает сварной шов, пока он не остынет. Это общий метод сварки, поскольку процесс и оборудование относительно просты.
Этот процесс использует поток для создания защитных газов и шлаков в сварочной ванне. Перед сваркой тонкий слой порошка флюса помещается на поверхность заготовки. Затем дуга перемещается вдоль линии, а избыточный поток рециркулируется через бункер подачи флюса.
Жидкая углекислота способна растворять воду; поэтому выделяющийся в баллоне углекислый газ перед подачей в зону дуги должен осушаться; концентрация его должна быть не менее 99%.: Если углекислый газ содержит влагу, то неизбежна пористость шва.
Для сварки пользуются специально выпускаемой сварочной углекислотой; можно пользоваться также пищевой углекислотой.
Недостатки процесса сварки FCAW
Основным недостатком является то, что его можно сваривать только в плоском или горизонтальном положении. Сварка защищена защитным газом, который образуется вокруг области сварки. Этот процесс очень универсален, поскольку его можно сваривать во всех положениях и с большинством металлов. Этот процесс обычно выбирается для важнейших приложений в ядерной, химической и аэрокосмической промышленности.
Основным недостатком этого процесса является то, что скорости осаждения при ручной сварке являются низкими. Из-за контроля сварщик имеет скорость подачи тепла и температуру зоны сварки, он хорошо подходит для сварки тонких листов, труб и труб малого диаметра.
Пищевая углекислота содержит много влаги; поэтому перед сваркой газ следует подвергать сушке пропусканием через патрон, заполненный обезвоженным медным купоросом или через силикагелевый осушитель.
Сварочный углекислый газ (ГОСТ 8050-76) отвечает следующим техническим требованиям: для I сорта СОг не менее 99,5%, II сорта - 99%; водяных паров для I сорта не более 0,18%, Для II сорта -0,51%.
Термическое распыление представляет собой процесс нанесения покрытия, который состоит из источника тепла и материала покрытия в виде порошка или проволоки, который расплавляется и распыляется на поверхности с высокой скоростью. В семействе термических распылителей имеются три основные категории: распыление пламени, электродуговое распыление и плазменная дуговая спрей. Под каждым из них есть подкатегории.
Преимущества термического разбрызгивания включают. Высокая пропускная способность Низкие коэффициенты ввода тепла Широкий спектр материалов может быть использован Благоприятная экономика Легко повторяемый процесс. Если у вас есть какие-либо вопросы относительно процессов или приложений, и мы свяжемся с одним из наших технических экспертов.
При количестве сварочных постов более 20 целесообразно иметь централизованное питание их углекислым газом, подаваемым по трубопроводу от рампы или от газификационной установки. Сварочные посты рекомендуется оборудовать электромагнитными клапанами, позволяющими автоматически перед зажиганием дуги включать подачу газа и после гашения дуги - выключать газ. На каждом посту должен быть расходомер (ротаметр).
Современная сварка была разработана в конце девятнадцатого века и часто использовалась военными. В настоящее время существует множество видов сварки и используется во многих областях, в том числе в автомобильной промышленности. Каждый тип сварки имеет свои преимущества и назначение.
Короткое замыкание создает тепло и нереактивный газ. Это расплавляет металл, что позволяет смешивать его. После удаления тепла металл охлаждается, а затем затвердевает, создавая новый сплавленный металл. Этот тип сварки может быть выполнен как полуавтоматически, так и автоматически.
В атомарном состоянии кислород, азот и водород вступают в химическое соединение с расплавленными элементами, находящимися в сварочной проволоке и свариваемом металле.
Образование газа СО приводит к образованию пор. Кроме того, поры при сварке в углекислом газе могут быть следствием влаги, ржавчины и влияния азота воздуха.
Вольфрамовая инертная газовая сварка использует нерасходуемый вольфрамовый электрод, который производит электрическую дугу для сварного шва. Однако он может быть добавлен через отдельный шток наполнителя. Тем не менее, он производит чистый сварной шов.
Эти два метода используются при разных обстоятельствах. Это включает в себя оружейное или сварку рамы велосипеда, газонокосилки или крыла. Фактически, он лучше всего подходит для большинства кузовов автомобилей. Кристина ДиМариа начала писать в Она написала для «Голубой горы»и различных онлайн-изданий.
Для подавления СО, повышения количества марганца и кремния, интенсивно выгорающих из сварочной проволоки при сварке, применяют электродную проволоку с повышенным содержанием марганца и кремния (марки Св-08Г2С, Св-08ГС и др.). При сварке низкоуглеродистых сталей содержание в металле шва кремния более 0,2 и марганца более 0,4% препятствует образованию пор. На степень окисления металла и образования пор влияют технологические условия сварки (длина дуги, количество подаваемого в дугу газа, род и полярность тока, диаметр проволоки и плотность тока на электроде). Сварка на постоянном токе обратной полярности дает меньшее окисление и более высокое качество шва, чем на прямой полярности. При сварке проволокой диаметром 0,3-1,2 мм, выполняемой с высокими скоростями подачи проволоки в дугу, происходит значительно меньшее окисление элементов, чем при сварке проволокой диаметром 1,6-2 мм с малыми скоростями подачи проволоки.
Газовая металлическая дуговая сварка, иногда называемая ее подтипами Металлическая инертная газовая сварка или сварка металлов с активным газом, представляет собой процесс сварки, при котором электрическая дуга образуется между расходуемым проволочным электродом и металлом заготовки, который нагревает металлический заготовку, заставляя их расплавиться и присоединиться. Наряду с проволочным электродом через сварочный пистолет подается защитный газ, который защищает процесс от загрязняющих веществ в воздухе.
Процесс может быть полуавтоматическим или автоматическим. Это более быстрый и экономичный процесс сварки. Иногда используются изгибные порошковые проволоки. Выходное напряжение выбирается шагами. Выбранное напряжение остается почти постоянным, но изменяется с изменением входного напряжения питания. Для поддержания постоянного напряжения нет управления с обратной связью. Устройство подачи проволоки используется для подачи питаемого электрода. Электрод и защитный газ подаются через факел. Расход газа контролируется вручную с помощью расходомера и регулятора.
Плотность тока на электроде при сварке в углекислом газе Должна быть не ниже 80 А/мм2. При таком режиме потери на разбрызгивание электродного металла не превышают 10-15%.
В институте электросварки им. Е. О. Патона разработана сварочная проволока марки Св-08Г2СНМТ для сварки конструкционных сталей, обладающая более высокими свойствами, чем проволока Св-08Г2С. Эта проволока позволяет значительно снизить разбрызгивание электродного металла по сравнению с проволокой Св-08Г2С и улучшает формирование сварных швов, поверхность которых получается гладкой, без чешуек.
Подогреватель используется в линии подачи газа вскоре после цилиндра для нагрева газа, поскольку влажный газ портит качество сварного шва. Это имеет управление обратной связью для поддержания заданного постоянного напряжения. Выходное напряжение можно установить бесступенчато. Такие источники питания также доступны с программируемыми функциями и синергетическими параметрами. Устройство подачи проволоки, сварочная горелка, газовый расходомер и регулятор, газовый подогреватель являются необходимыми принадлежностями для сварки.
Этот тип источника питания обеспечивает более надежное качество сварки по сравнению с источником питания на основе диодов. Качество сварки, эффективность и общая производительность с этим типом источника питания являются максимальными. Выходные характеристики источника питания и подачи проволоки могут быть запрограммированы для достижения желаемых параметров сварки для превосходного качества сварки. Удобнее интегрировать такие источники питания для приложений автоматизации.
При сварочном токе 400-420 А и более (диаметр проволоки 2 мм, обратная полярность) происходит струйный перенос электродного металла. Проволокой Св-08Г2СНМТ можно успешно производить сварку на ветру, с зазорами и в других условиях, при которых трудно избежать попадания воздуха в зону дуги. Сварка этой проволокой позволяет также применять форсированные режимы, без образования в швах пор.
Сварка - это процесс изготовления, который соединяет материалы, обычно металлы или термопластики, вызывая коалесценцию. Это часто делается путем плавления заготовок и добавления наполнителя для формирования пула расплавленного материала, который охлаждается, чтобы стать сильным суставом. Иногда сварной шов производится с использованием давления, с нагревом или без него. Напротив, пайка и пайка включают плавление материала с низкой температурой плавления между деталями для образования связи между ними, без плавления заготовок.
Для сварки можно использовать различные источники энергии, включая газовый пламя, электрическую дугу, лазер, электронный пучок, трение и ультразвук. Хотя это часто является промышленным процессом, сварку можно проводить во многих различных средах, в том числе на открытом воздухе, под водой и в космосе. Однако независимо от местоположения сварка остается опасной, и необходимо принять меры предосторожности, чтобы избежать ожогов, поражения электрическим током, ядовитых паров и чрезмерного воздействия ультрафиолетового излучения.
Технология сварки в С02 и в смесях С02 + Аг или С02 + 02. При сварке в углекислом газе основные типы сварных соединений и их конструктивные элементы выбираются по ГОСТ 14771-76.
Ориентировочные режимы сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей в углекислом газе приведены в табл. 58, 59.
Источником питания дуги служит сварочный выпрямитель или преобразователь с жесткой или возрастающей внешней характеристикой. Сварка выполняется на обратной полярности.
Контроль сварных швов
До конца девятнадцатого века единственным процессом сварки была кузнечная сварка, которую кузнецы использовали в течение столетий для соединения металлов, нагревая и колотя их. Сварка дуговой сваркой и кислородной сваркой была одним из первых процессов, которые должны были быть разработаны в конце века, и вскоре после этого была проведена резистивная сварка. После войн были разработаны несколько современных методов сварки, в том числе ручные методы, такие как экранированная дуговая сварка металлов, теперь один из самых популярных методов сварки, а также полуавтоматические и автоматические процессы, такие как газовая дуговая сварка, подводная дуговая сварка и флюсовая дуговая сварка.
Расстояние между мундштуком и изделием (вылет проволоки)’ при токе 60-150 А и напряжении на дуге 22 В обычно берется 7-14 мм, при токе 200-500 А и напряжении 30-32 В - 15- 25 мм.
Металл толщиной 1,5-3 мм сваривают стыковыми швами электродом на весу. Более тонкий металл (0,8-1,2 мм) сваривают на медной или остающейся стальной подкладке.
Механизированная дуговая сварка плавящимся электродом в среде защитного газа - это разновидность электрической дуговой сварки, при которой электродная проволока подается автоматически с постоянной скоростью, а сварочная горелка перемещается вдоль шва вручную. При этом дуга, вылет электродной проволоки, ванна расплавленного металла и ее застывающая часть защищены от воздействия окружающего воздуха защитным газом, подаваемым в зону сварки.
Разработки продолжались с изобретением лазерной сварки и электронно-лучевой сварки во второй половине века. Сегодня наука продолжает развиваться. Сварка роботов становится все более распространенной в промышленных условиях, и исследователи продолжают разрабатывать новые методы сварки и лучше понимать качество и свойства сварного шва.
В будущем сварка будет играть важную роль в развитии новых исследований и строительства человека. Похоже, что использование сварки не будет заменено просто из-за эффективности и долговечности процесса. История объединения металлов насчитывает несколько тысячелетий, с самыми ранними примерами сварочных работ, связанных с бронзовым веком и железным веком в Европе и на Ближнем Востоке. Сварка была использована при строительстве железного столба в Дели, Индия, возведено около 310 и весом 4 метрических тонны.
Главными компонентами этого процесса сварки являются:
Источник питания, который обеспечивает дугу электрической энергией;
- подающий механизм, который подает в дугу с постоянной скоростью электродную проволоку, которая плавится теплом дуги;
- защитный газ.
Дуга горит между изделием и плавящейся электродной проволокой, которая непрерывно поступает в дугу и которая служит присадочным металлом. Дуга расплавляет кромки деталей и проволоку, металл которой переходит на изделие в образующуюся сварочную ванну, где металл электродной проволоки перемешивается с металлом изделия (то есть основным металлом). По мере перемещения дуги расплавленный (жидкий) металл сварочной ванны затвердевает (то есть кристаллизируется), образуя сварной шов, соединяющий кромки деталей. Сварка выполняется постоянным током обратной полярности, когда плюсовая клемма источника питания подключается к горелке, а минусовая – к изделию. Иногда применяется и прямая полярность тока сварки.
Средневековье приносило успехи в кузнечной сварке, в ходе которой кузнецы неоднократно били нагретый металл до тех пор, пока не произошло склеивание. Ренессанс ремесленники были опытными в этом процессе, и промышленность продолжала расти в течение следующих столетий. Сварка, однако, была преобразована в течение девятнадцатого века.
Сначала кислородная сварка была одним из наиболее популярных способов сварки благодаря своей мобильности и относительно низкой стоимости. Однако, как и в ХХ веке, он не понравился промышленным применениям. Он был в значительной степени заменен дуговой сваркой, поскольку металлические покрытия для электрода, которые стабилизировали дугу и защищали базовый материал от примесей, продолжали развиваться.
В качестве источника питания используются сварочные выпрямители, которые должны иметь жесткую или пологопадающую внешнюю вольт-амперную характеристику. Такая характеристика обеспечивает автоматическое восстановление заданной длины дуги при ее нарушениях, например, из-за колебаний руки сварщика (это, так называемое саморегулирование длины дуги). Более подробно источники питания для сварки МИГ/МАГ изложены в статье .
Функции флюса сердечника порошковой проволоки
Экранирующий газ стал предметом пристального внимания, так как ученые пытались защитить сварные швы от воздействия кислорода и азота в атмосфере. Первоочередными проблемами были пористость и хрупкость, а решения, которые были разработаны, включали использование водорода, аргона и гелия в качестве сварочных атмосфер. В течение следующего десятилетия дальнейшие успехи позволили сваривать реактивные металлы, такие как алюминий и магний.
Погружная дуговая сварка была изобретена в том же году и продолжает оставаться популярной сегодня. Однако оба этих процесса по-прежнему остаются довольно дорогими из-за высокой стоимости необходимого оборудования, и это ограничивает их применение. Эти процессы используют сварочный источник питания для создания и поддержания электрической дуги между электродом и основным материалом для расплавления металлов в точке сварки. Они могут использовать как прямой, так и переменный ток, а также расходуемые или не потребляемые электроды.
В качестве плавящегося электрода может применяться электродная проволока сплошного сечения и трубчатого сечения. Проволока трубчатого сечения заполнена внутри порошком из легирующих, шлако- и газообразующих веществ. Такая проволока называется порошковой, а процесс сварки, при котором она используется, - сварка порошковой проволокой.
Имеется довольно широкий выбор сварочных электродных проволок для сварки в защитных газах, отличающихся по химическому составу и диаметру. Выбор химического состава электродной проволоки зависит от материала изделия и, в некоторой степени, от типа применяемого защитного газа. Химический состав электродной проволоки должен быть близким к химическому составу основного металла. Диаметр электродной проволоки зависит от толщины основного металла, типа сварного соединения и положения сварки.
Основное назначение защитного газа – предотвращение прямого контакта окружающего воздуха с металлом сварочной ванны, вылетом электрода и дугой. Защитный газ влияет на стабильность горения дуги, форму сварного шва, глубину проплавления и прочностные характеристики металла шва. Более подробная информация о защитных газах, а также о сварочных проволоках приведена в статье .
Разновидности процесса сварки МИГ/МАГ
В Европе сварка плавящимся электродом в защитных газах носит краткое название MIG/MAG (МИГ/МАГ). MIG (МИГ) означает "Металл Инертный Газ". При этой разновидности процесса используется инертный (неактивный) газ, т.е. такой который не реагирует химически с металлом сварочной ванны, например аргон или гелий. Как правило, при сварке в чистом инертном газе, несмотря на хорошую защиту сварочной зоны от воздействия окружающего воздуха, формирование сварного шва ухудшается, а дуга становится нестабильной. Этих недостатков можно избежать если применять смеси инертных газов с небольшими добавками (до 1 - 2%) таких активных газов, как кислород или углекислый газ (СО 2).
MAG (МАГ) означает "Металл Активный Газ". К этой разновидности сварки в защитных газах относится сварка в смесях инертных газов с кислородом или углекислым газом, содержание которых составляет 5 – 30%. При таком содержании кислорода или углекислого газа смесь становится активной, т.е. она влияет на протекание физико-химических процессов в дуге и сварочной ванне. Сварку малоуглеродистых сталей можно производить в среде чистого углекислого газа (СО 2). В некоторых случаях использование чистого углекислого газа обеспечивает лучшую форму проплавления и снижает склонность к порообразованию.
Так как при данном способе сварки электродная проволока подается автоматически, а сварочная горелка перемещается вдоль шва вручную, этот способ сварки называется механизированным, а сварочная установка – механизированным аппаратом (сварочным полуавтоматом). Однако сварку в защитных газах можно выполнять также и в автоматическом режиме, когда используются передвижные тележки или передвижные сварочные головки.
Области применения
Процессы сварки МИГ или МАГ подходят для сварки всех обычных металлов, таких как нелегированные и низколегированные стали, нержавеющие стали, алюминий и некоторые другие цветные металлы. Более того, этот процесс сварки может быть использован во всех пространственных положениях. Благодаря своим многочисленным преимуществам сварка МИГ/МАГ находит широкое применение во многих областях промышленности.
Сварочный механизированный аппарат для сварки МИГ/МАГ
В его состав входят:
Источник питания сварочной дуги;
- механизм подачи электродной проволоки;
- сварочная горелка;
- пульт управления аппаратом (объединенный с источником питания и иногда с механизм подачи электродной проволоки).
Типичный внешний вид сварочного механизированного аппарата для сварки МИГ/МАГ
Источник питания предназначен для обеспечения сварочной дуги электрической энергией, обеспечивающей ее функционирование как источника тепла. В зависимости от особенностей конкретного сварочного процесса источник питания должен обладать определенными характеристиками (требуемой формой внешней вольт-амперной характеристики - ВВАХ, индуктивностью, определенной величиной напряжения холостого хода и тока короткого замыкания, требуемыми диапазонами тока сварки и напряжения дуги, и др.). Для сварки МИГ/МАГ используются источники питания постоянного тока (выпрямители или генераторы) с жесткой (пологопадающей) ВВАХ. Диапазон токов сварки, которые обеспечивают источники питания аппаратов для механизированной сварки, составляет 50 - 500 А. Но, как правило, используются режимы в диапазоне 100 – 300 А. Более подробно об источниках питания для дуговой сварки изложено в Источники питания для дуговой сварки
Механизм подачи электродной проволоки предназначен для подачи в дугу плавящейся электродной проволоки с заданной скоростью. Основные узлы механизма подачи электродной проволоки показаны на рисунке ниже.
Через разъем подключения сварочной горелки и механизма подачи обеспечивается подвод в зону сварки электродной проволоки и защитного газа, а также производится подключение кнопки "Пуск – Стоп" на горелке к схеме управления механизма подачи. Разъем, показанный на рисунке ниже, является стандартным евро-разъемом. На практике могут встретиться и другие типы разъемов.
Обязательным элементом пульта управления механизма подачи является регулятор скорости подачи электродной проволоки. Иногда, для удобства регулирования параметров режима сварки, особенно в случае использования переносных механизмов подачи, на этом пульте может размещаться и регулятор напряжения дуги, как в случае представленном на рисунке.
Для механизированной сварки плавящимся электродом в защитных газах (МИГ/МАГ) используются два типа механизмов подачи:
С 2-х роликовым приводом;
- с 4-х роликовым приводом.
На рисунках ниже слева показан один из 2-х роликовых приводов механизма подачи (верхний ролик – прижимной). Приводы этого типа используются для протяжки только стальной проволоки сплошного сечения. На этом же рисунке справа показан пример механизма подачи с 4-х роликовым приводом, который рекомендуется для протяжки порошковых проволок и проволок из мягких материалов (алюминия, магния, меди), так как он обеспечивает стабильную протяжку проволоки при меньших усилиях прижатия прижимных роликов, что предотвращает смятие проволоки.
В современных приводах механизма подачи, как правило, используются ролики специальной конструкции – с приводной шестерней. Таким образом, после прижатия прижимного ролика к ведущему ролику и ввода их шестерен в зацепление, передача тянущего усилия от привода подачи к электродной проволоке осуществляется через оба ролика.
Профиль роликов механизма подачи (т.е. форма поверхности или канавки) зависит от материала и конструкции сварочной проволоки. Для стальной проволоки сплошного сечения используются прижимные ролики с плоской поверхностью или с насечкой, а также с V-образной канавкой, а ведущие ролики - с V-образной канавкой и иногда с насечкой.
Для проволок из мягких материалов (алюминия, магния, меди) используются ролики с U-образной иди V-образной гладкой канавкой. Ролики с насечкой использовать не допускается, так как они вызывают образование мелкой стружки, которая забивает направляющий канал в горелке.
Для порошковой проволоки используются ролики с V-образной гладкой канавкой (в 4-х роликовых приводах механизма подачи) или с V-образной канавкой с насечкой.
Ролики различаются глубиной канавки в зависимости от диаметра проволоки. Номинальный диаметр электродной проволоки для данного ролика указывается на его боковой поверхности.
Механизмы подачи изготавливают нескольких типов:
- в едином корпусе с источником питания (для компактности)
- размещаемыми на источнике питания (для аппаратов повышенной мощности)
- переносными (для расширения зоны обслуживания сварки)
Механизм подачи электродной проволоки может быть также вмонтирован в горелку. При этом электродная проволока проталкивается стандартным механизмом подачи по шлангу и одновременно вытягивается из него механизмом горелки. Такая система ("тяни-толкай") позволяет использовать горелки со значительно более длинными шлангами.
В некоторых механизмах подачи бобина для электродной проволоки размещается снаружи. Это облегчает процедуру ее замены. Это важно для случаев, когда из-за интенсивного режима работы, проволока в бобине быстро заканчивается.
Предусмотренное в механизмах подачи устройство торможения бобины предотвращает ее самопроизвольное разматывание.
Пульт управления аппаратом предназначен для регулирования скорости подачи электродной проволоки и напряжения холостого хода (напряжения дуги), программирования цикла сварки (времени предварительной продувки газа, времени продувки газа после выключения тока сварки, параметров "мягкого старта" и т.п.), установки параметров импульсного режима сварки, настройки синергетического управления процессом сварки и для других функций.
Пульт управления сварочным механизированным аппаратом с отдельным механизмом подачи электродной проволоки может быть разделенным; часть органов управления размещаются на лицевой панели источника питания (это, в первую очередь, кнопка включения питания, регулятор напряжения дуги и др.), а часть на лицевой панели механизма подачи (например, регулятор скорости подачи электродной проволоки).
Некоторые органы управления (в первую очередь, напряжением дуги и скоростью подачи электродной проволоки), а также индикаторы параметров режима сварки могут размещаться на рукоятке сварочной горелки.
На фото ниже показаны некоторые типы пультов дистанционного управления (от простого к сложному) .
– предназначена для направления в зону дуги электродной проволоки, подвода к ней сварочного тока, подачи защитного газа и управления процессом сварки.
Обычно сварочные горелки для сварки МИГ/МАГ имеют естественное воздушное охлаждение. Однако, для сварки на повышенных режимах используются также горелки с принудительным водяным охлаждением силового кабеля в шланге горелки и головной части сварочной горелки вплоть до газового сопла.
На одном конце шланга горелки установлен разъем для подключения к механизму подачи. Через разъем подключения сварочной горелки и механизма подачи обеспечивается подвод в зону сварки электродной проволоки и защитного газа, подвод тока сварки к дуге, а также производится подключение кнопки "Пуск – Стоп" на горелке к схеме управления механизма подачи. В самом шланге имеется спираль, по которой подается сварочная проволока, сварочный (силовой) кабель, газовый шланг и кабель управления.
Другой конец шланга подключается к рукоятке сварочной горелки, в головной части которой имеется:
Диффузор с отверстиями для защитного газа;
- токоподводящий наконечник;
- газовое сопло.
Токоподводящие наконечники предназначены для подвода тока сварки к электродной проволоки. Они бывают самой разной конструкции и изготавливаются из сплавов на основе меди. Наконечники необходимо подбирать в соответствии с диметром используемой электродной проволоки.
В зависимости от конструкции сварочной горелки газовые сопла также имеют различную форму и размеры.
На рукоятке сварочной горелки находится кнопка "Пуск – Стоп". На некоторых современных типах сварочных горелок там же могут размещаться и некоторые органы управления (в первую очередь, напряжением дуги и скоростью подачи электродной проволоки), а также индикаторы параметров режима сварки.
Расходомеры газа
В сварочных установках используют расходомеры газа поплавкового и дроссельного типа. Расходомеры поплавкового типа или ротаметры состоят из стеклянной трубки с внутренним коническим каналом. Трубка расположена вертикально широким концом кверху. Внутри трубки помещен поплавок, который свободно в ней перемещается. Газ подводят к нижнему концу трубки и отводят от верхнего. При прохождении по трубке газ поднимает поплавок до тех пор, пока зазор между поплавком и стенкой трубки не достигнет такой величины, при которой напор струи газа уравновесит вес поплавка. Чем больше расход газа, тем выше поднимается поплавок.
Каждый расходомер снабжен индивидуальным градировочным графиком, на котором отражена зависимость между делениями шкалы на трубке и расходом воздуха. Переделы расходов, измеряемых ротаметром изменяют путем изменения веса поплавка, изготовляя его из эбонита, дюралюминия, коррозионно-стойкой стали или других материалов.
Расходомер дроссельного типа устроен на принципе изменения перепада давления в камере до и после дросселирующей диафрагмы с отверстием малого размера. При прохождении газа через малое отверстие до и после диафрагмы устанавливается различное давление в зависимости от расхода газа. По этому перепаду давления судят о расходе. На каждый расходомер и газ строят индивидуальный график. Пределы измерения расходов изменяют, меняя диаметр отверстия в диафрагме. На этом принципе построены расходомеры редукторов У-30 и ДЗД-1-59М, которые позволяют измерять расход газа в пределах 2,5-55 л/мин.
Осушители газа
Осушители газа применяют при использовании влажного СО 2 . осушители бывают высокого и низкого давления. Осушитель высокого давления устанавливают до понижающего редуктора. Осушитель имеет малые размеры и требует частой замены влагопоглотителя. Осушитель низкого давления имеет значительные размеры, его устанавливают после понижающего редуктора, он не требует частой замены влагопоглотителя. Такой осушитель одновременно является ресивером газа и повышает равномерность подачи газа. В качестве влагопоглотителя используют силикагель и алюмогель, реже медный купорос и хлористый кальций. Силикагель и медный купорос, насыщенные влагой, поддаются восстановлению путем прокалки при температуре 250-300°С.
Подогреватель газа углекислотный является электрическим устройством и предназначен для подогрева углекислого газа в целях защиты газовых каналов от замерзания. Он устанавливается перед понижающим редуктором. В целях безопасности подогреватели газа обычно делают с питанием от сети низкого напряжения 20 … 36 В и, как правило, подключаются к соответствующему разъему источника питания сварочной установки. Во избежание перегрева газового редуктора его следует отделить от подогревателя переходной трубкой длинной не менее 100 мм.
Газовый клапан
Газовый клапан используют для экономии защитного газа. Клапан целесообразно устанавливать по возможности ближе к сварочной горелке. В настоящие время наибольшие распространение получили электромагнитные газовые клапаны. В полуавтоматах находят применение газовые клапаны, встроенные в ручку держателя. Газовый клапан необходимо включать так, чтобы были обеспеченны предварительная или одновременная с зажиганием дуги подача защитного газа, а также его подача после обрыва дуги до полного затвердевания кратера шва. Желательно иметь возможность также включать подачу газа без включения сварки, что необходимо при настройке сварочной установки.
Смесители газов предназначены для получения смесей газов в случае, когда нет возможности использовать заранее подготовленную смесь нужного состава.
Типы переноса металла при сварке МИГ/МАГ
Процесс сварки МИГ/МАГ, будучи процессом, при котором используется плавящийся электрод, характеризуется переносом электродного металла через дугу в сварочную ванну. Перенос металла осуществляется посредством капель расплавленного электродного металла формирующихся на торце электродной проволоки. Их размер и частота перехода в сварочную ванну зависят от материала и диаметра электродной проволоки, типа защитного газа, полярности и значения тока сварки, напряжения дуги и других факторов. Характер переноса электродного металла определяет, в частности, стабильность процесса сварки, уровень разбрызгивания, геометрические параметры, внешний вид и качество сварного шва.
При сварке МИГ/МАГ перенос металла осуществляется, в основном, двумя формами. При первой форме капля касается поверхности сварочной ванны ещё до отделения от торца электрода, образуя короткое замыкание и вызывая погасания дуги, отчего этот тип переноса получил название переноса с короткими замыканиями. Обычно, перенос металла с короткими замыканиями имеет место 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).
Благодаря низким режимам сварки, а также тому факту, что в течение части времени дуга не горит, тепловложение в основной металл при сварке с короткими замыканиями ограничено. Эта особенность процесса сварки с короткими замыканиями делает его наиболее подходящим для сварки тонколистового металла. Сварочная ванна малых размеров и короткая дуга, ограничивающая чрезмерный рост капель, обеспечивают лёгкое управление процессом и позволяют осуществлять сварку во всех пространственных положениях, включая потолочное и вертикальное, как показано на этом рисунке.
При использовании сварки с короткими замыканиями применительно к соединениям с большими толщинами могут наблюдаться подрезы и отсутствие проплавления.
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 крупнокапельный перенос и мелкокапельный перенос.
Крупнокапельный перенос металла имеет место, когда сварка ведётся на высоких напряжениях дуги (исключающих короткие замыкания) и средних значениях тока сварки. Он, как правило, характеризуется нерегулярным переходом крупных капель расплавленного электродного металла (превышающих диаметр электрода) и низкой частотой переноса (от 1 до 10 капель в секунду). Из-за того, что сила тяжести играет решающую роль в этом типе переноса металла, сварка ограничена только нижнем положением.
При сварке в вертикальном положении некоторые капли могут падать вниз, минуя сварочную ванну (как это видно на этом рисунке на последнем кадре).
Сварочная ванна имеет большие размеры и, поэтому, трудноуправляема с тенденцией стекания вниз при сварке в вертикальном положении или выпадения при сварке в потолочном положении, что также исключает возможность сварки в этих пространственных положениях. Эти недостатки, а также неравномерное формирование сварного шва приводят к нежелательности использования этого типа переноса металла при сварке МИГ/МАГ.
Мелкокапельный перенос металла характеризуется одинаковыми каплями малых размеров (близкими к диаметру электрода), отделяющихся от торца электрода с высокой частотой.
Такой тип переноса обычно наблюдается при сварке на обратной полярности в защитной смеси на базе аргона и при высоких напряжениях дуги и токах сварки. В связи с тем, что этот тип переноса требует использования высокого тока сварки, приводящего к высокому тепловложению и большой сварочной ванне, он может быть применён только в нижнем положении и не приемлем для сварки тонколистового металла. Его используют для сварки и заполнения разделок металла больших толщин (обычно более 3 мм толщиной), в первую очередь при сварке тяжёлых металлоконструкций и в кораблестроении. Главными характеристиками процесса сварки с мелкокапельным переносом являются: высокая стабильность дуги, практическое отсутствие разбрызгивания, умеренное образование сварочных дымов, хорошая смачиваемость кромок шва и высокое проплавление, гладкая и равномерная поверхность сварного шва, возможность ведения сварки на повышенных режимах и высокая скорость наплавки. Благодаря этим достоинствам мелкокапельный перенос металла является всегда желательным там, где его применение возможно, однако, он требует строгого выбора и поддержания параметров процесса сварки.
При сварке МАГ в среде СО 2 возможен только один тип переноса – с короткими замыканиями.
Импульсный перенос электродного металла
При одной из разновидностей сварки МИГ/МАГ используются импульсы тока, которые управляют переходом капель электродного металла таким способом, чтобы мелкокапельный перенос металла осуществлялся на средних токах сварки (Iср) ниже критического значения. При этом методе управления переносом металла ток принудительно изменяется между двумя уровнями, называемыми током базы (Iб) и током импульса (Iи). Уровень тока базы, который примерно равен 50 … 80 А, выбирается из условия достаточности для обеспечения поддержания горения дуги при незначительном влиянии на плавление электрода. Функцией тока импульса, который превышает критический ток (уровень тока, при котором крупнокапельный перенос металла переходит в мелкокапельный), является оплавление торца электрода, формирование капли определённого размера и срыв этой капли с торца электрода действием электромагнитной силы (Пинч-эффект). Сумма длительностей импульса (tи) и базы (tб) определяет период пульсации тока, а её обратная величина даёт частоту пульсации. Частота следования импульсов тока, их амплитуда и длительность определяют выделяемую энергию дуги, а, следовательно, скорость расплавления электрода.
Процесс импульсно-дуговой сварки сочетает в себе достоинства процесса сварки с короткими замыканиями (такие как низкое тепловложение и возможность сварки во всех пространственных положениях) и процесса сварки с мелкокапельным переносом (отсутствие разбрызгивания и хорошее формирование металла шва).
В течение одного импульса тока может быть сформировано и перенесено в сварочную ванну от одной до нескольких капель. Оптимальным является такой перенос металла, когда за каждый импульс тока формируется и переносится лишь одна капля электродного металла, как это показано на рисунке ниже. Для его осуществления необходима тщательная регулировка параметров сварки ИДС, которая в современных источниках тока осуществляется автоматически на основе синергетического управления.
Параметры режима сварки МИГ/МАГ
К параметрам режима сварки плавящимся электродом в защитных газах МИГ/МАГ относятся:
Ток сварки (или скорость подачи электродной проволоки);
- напряжение дуги (или длина дуги);
- полярность тока сварки;
- скорость сварки;
- длина вылета электродной проволоки;
- наклон электрода (горелки);
- положение сварки;
- диаметр электрода;
- состав защитного газа;
- расход защитного газа.
Влияние полярности тока на процесс сварки МИГ/МАГ
Полярность тока сварки существенным образом сказывается на характере протекания процесса сварки МИГ/МАГ. Так, при использовании обратной полярности процесс сварки характеризуется следующими особенностями:
Повышенный ввод тепла в изделие;
- более глубокое проплавление;
- меньшая эффективность плавления электрода;
- большой выбор реализуемых типов переноса - металла, позволяющий выбрать оптимальный (с короткими замыканиями, крупнокапельный, мелкокапельный, струйный, ИДС...).
В то время как при сварке на прямой полярности наблюдается:
Сниженный ввод тепла в изделие;
- менее глубокое проплавление;
- большая эффективность плавления электрода;
- характер переноса электродного металла крайне неблагоприятен (крупнокапельный с низкой регулярностью).
 Повышенный ввод тепла в изделие |
 Сниженный ввод тепла в изделие |
Качественный сравнительный анализ особенностей сварки МИГ/МАГ на обратной и на прямой полярности
Различия свойств дуги при прямой и обратной полярности связано с различием выделения тепла дуги на катоде и аноде при сварке плавящимся электродом; тепла на катоде выделяется больше, чем на аноде. Ниже приведен примерный объем выделения тепла на различных участках дуги применительно к сварке МИГ/МАГ (как произведение падения напряжения в соответствующей области дуги на ток сварки):
В катодной области: 14 В х 100 А = 1,4 кВт на длине ≈ 0,0001 мм;
В столбе дуги: 5 В х 100 А = 0,5 кВт на длине ≈ 5 мм;
В анодной области: 2,5 В х 100 А = 0,25 кВт на длине ≈ 0,001 мм.
Разница в выделении тепла в анодной и катодной областях определяет более глубокое проплавление основного металла на обратной полярности, более высокую скорость расплавления электрода на прямой полярности, а также наблюдаемый на прямой полярности неблагоприятный перенос металла, когда капля имеет тенденцию быть оттолкнутой в противоположную сторону от сварочной ванны. Последнее является результатом действия повышенной силы реакции. Сила реакции возникает в результате реактивного воздействия на каплю струи паров металла исходящего из активного пятна, т.е. участка поверхности капли с наивысшей температурой. Сила реакции препятствует отделению капли от торца электрода, а будучи значительной, она может вызывать перенос металла с характерным отталкиванием капель в сторону от дуги, сопровождаемым большим разбрызгиванием металла. Действие этой силы на порядок ниже на обратной полярности (когда электрод является анодом), чем на прямой (когда электрод является катодом).
На обобщенной диаграмме ниже показаны области рекомендуемых сочетаний напряжения дуги и тока сварки для швов различных типов и разных пространственных положений.
/p>
Влияние положение горелки и техники выполнения сварных швов на формирование сварного шва.
">
Достоинства и недостатки
Главными достоинствами процесса сварки МИГ/МАГ являются высокая производительность и высокое качество сварного шва. Высокая производительность объясняется отсутствием потерь времени на смену электрода, а также тем, что этот способ позволяет использовать высокий ток сварки.
Еще одним достоинством этого способа сварки является низкое тепловложение, особенно при сварке короткой дугой (при сварке с короткими замыканиями), что делает этот способ наиболее подходящим для сварки тонколистового металла, а также для сварки во всех пространственных положениях.
Благодаря этим достоинствам способ сварки МИГ/МАГ особенно хорошо подходит для роботизированной сварки.
К недостаткам этого процесса по сравнению со сваркой покрытыми электродами можно отнести следующее:
Оборудование более сложное и более дорогое;
- сложнее выполнять сварку в труднодоступных местах, так как горелка, как правило, крупнее электрододержателя и должна находиться близко от зоны сварки, что не всегда возможно;
- более сложная взаимосвязь между параметрами сварки;
- предъявляются более высокие требования к подготовке и очистке кромок;
- более сильное излучение от дуги.
Сварка МИГ/МАГ порошковой проволокой
Сварка порошковой проволокой может выполняться на том же оборудовании, что и сварка проволокой сплошного сечения. Сокращенное наименование этого процесса, принятое за рубежом - FCAW (Flux Cored Arc Welding).
Порошковая проволока представляет собой трубку из нелегированной стали, заполненную порошком (флюсом). Конструкция некоторых типов порошковых проволок представлена ниже.
Каждый тип порошковой проволоки имеет свой состав флюса. Через флюс можно изменять характеристики дуги и переноса электродного металла, а также металлургические особенности формирование сварного шва. Благодаря этому удалось преодолеть некоторые недостатки, свойственные процессу сварки МАГ проволокой сплошного сечения. Так например, порошковая проволока позволяет вводить через флюс в металл шва легирующие элементы, что нельзя сделать в случае использования проволоки сплошного сечения, из-за ухудшения характера волочения.
Обычно газовая защита при сварке FCAW обеспечивается за счет газа, подаваемого из вне (Gas-shielded FCAW - FCAW-G). Однако, разработаны проволоки, в которых достаточный объем защитного газа производится при разложении флюса при нагреве; это так называемый процесс сварки самозащитной порошковой проволокой (Self-shielded FCAW - FCAW-S).
В действительности, сварка порошковой проволокой это всего лишь особая разновидность процессов сварки в защитных газах. Поэтому для нее характерны те же особенности, что и для других процессов сварки в защитных газах, так как она также нуждается в эффективной газовой защите зоны сварки. Например, требование поддерживать минимальное расстояние между газовым соплом и изделием также действительно и для сварки FCAW. Необходимо предпринимать меры против сквозняков от открытых дверей и окон, так как они могут отдувать защитный газ в сторону. Тоже самое касается потоков воздуха от вентиляционных систем и даже от воздушных систем охлаждения сварочных установок.
Функции флюса сердечника порошковой проволоки
Состав флюса разрабатывается согласно области применения порошковой проволоки. Основной функцией флюса является очистка металла шва от таких газов как кислород и азот, которые оказывают отрицательное влияние на механические свойства шва. Для того чтобы снизить содержание кислорода и азота в металле шва во флюс проволоки добавляют кремний и марганец, которые являются раскислителями, а также способствуют улучшению механических свойств металла. Такие элементы как кальций, калий и натрий вводятся во флюс с целью придания шлаку свойств, способствующих улучшению защиты расплавленного металла от воздействия атмосферного воздуха при кристаллизации металла.
Кроме того, шлак обеспечивает:
Формирование поверхности шва требуемого профиля;
- удержание ванны расплавленного металла при сварке в вертикальном и потолочном положениях;
- снижение скорости остывания металла сварочной ванны.
Кроме того, калий и натрий способствуют получению более мягкой (стабильной) дуги и снижают разбрызгивание.
Легирующие элементы. Легирование металла шва через флюс порошковой проволоки является более предпочтительным по сравнению с легированием металла шва через проволоку сплошного сечения (вводить в сердечник порошковой проволоки легирующие компоненты технически проще дешевле, чем изготавливать проволоку сплошного сечения из легированного металла). Обычно используются следующие легирующие элементы: молибден, хром, никель, углерод, марганец и др. Добавка этих элементов в металла шва повышает его прочность и пластичность, и в то же время, предел текучести, а также улучшает свариваемость металла.
Состав флюса определяет будет ли порошковая проволока рутилового или основного типа (также как и в случае с покрытыми электродами).
Применяются также порошковые проволоки с повышенным содержанием металлического порошка (металл–корд). Во флюсе порошковых проволок этого типа содержится большое количество железного порошка, а также добавки кремния и марганца, которые обычно содержатся в проволоках сплошного сечения. Некоторые проволоки содержат также до 2% никеля, который повышает ударную вязкость при низких температурах.
Проволоки типа металл–корд применяются для сварки стыковых и угловых швов во всех пространственных положениях. Они обеспечивают высокую производительность наплавки. Сварной шов имеет гладкую поверхность и не покрыт шлаком, а это означает, что можно выполнять несколько проходов без предварительной очистки предыдущего валика.
Области применения
В настоящее время сварка порошковой проволокой применяется там, где раньше использовались покрытые электроды, например, в кораблестроении и других отраслях тяжелого машиностроения применительно к толщинам более 1.5 мм изделий из обычных низкоуглеродистых, жаростойких, коррозионностойких и нержавеющих сталей.
Достоинства сварки порошковой проволокой
Сварка порошковой проволокой характеризуется следующими достоинствами:
Использование этого метода сварки выгодно с экономической точки зрения. Он обеспечивает высокие скорости сварки и длительные интервалы горения дуги без перерывов (так как отсутствует необходимость в частой смене электродов);
- при этом практически отсутствуют потери электродной проволоки;
- метод обеспечивает приемлемое качество при сварке металлов, характеризуемых низкой свариваемостью;
- порошковые проволоки основного типа менее чувствительны к загрязнениям основного металла и обеспечивают получение плотного шва с низкой склонностью к трещинам;
- сварка может выполняться во всех пространственных положениях;
- дуга и сварочная ванна хорошо видимы;
- после окончания сварки шов требует лишь незначительной обработки;
- вероятность образования опасных дефектов сварного шва ниже по сравнению со сваркой сплошной проволокой.
Недостатки процесса сварки FCAW
Некоторые из недостатков сварки порошковой проволокой представлены ниже:
Этот способ сварки очень чувствителен к сквознякам (открытым дверям и окнам), потокам воздуха от вентиляционных систем и даже от воздушных систем охлаждения сварочных установок;
- дополнительные расходы на сооружение укрытия места сварки при работе вне помещений;
- в случае недостаточных знаний сварщика особенностей процесса и взаимосвязи между параметрами режима возможны такие серьезные дефекты сварного шва, как недостаточное проплавление;
- требуются большие капитальные затраты на оборудование;
- при сварке порошковой проволокой, особенно самозащитной, выделяется относительно большое количество дыма.
