Все о сварке

Сварка в углекислом газе


Особенности сварки в углекислом газе

Техника автоматической сварки в углекислом газе различных соединений металла толщиной более 2,0 мм аналогична технике сварки под флюсом. Техника полуавтоматической сварки в углекислом газе почти аналогична технике ручной дуговой сварки.

Перед началом сварки необходимо включить газ и проверить его расход, выждать несколько секунд, чтобы полностью вышел воздух из шлангов, и обдуть место сварки углекислым газом. Несоблюдение этих условий приводит к образованию пор в начале шва.

В момент окончания процесса сварки прекращают продвижение дуги, выключают подачу проволоки и сварочный ток, задерживают на секунду-две мундштук над кратером, чтобы защитить металл сварочной ванны от окисления, а затем удаляют держатель от места сварки. Прекращать процесс сварки растягиванием дуги не рекомендуется.

Перед прекращением процесса сварки рекомендуется заполнить кратер шва металлом. Заполнение металлом кратера (заварка кратера) особенно необходимо при сварке проволокой диаметром более 1,2 мм, так как в незаполненном кратере в данном случае после затвердевания металла образуются надрывы (горячие трещины). Большинство таких трещин можно устранить про- плавлением при выполнении последующего слоя шва, причем в кратере последующих слоев шва трещины не образуются.

Трещины глубиной более 3 мм при наложении последующего слоя часто не удается устранить, и они остаются в шве в виде единичных надрывов.

Экспериментально установлено, что трещины не образуются в кратере, если в момент обрыва дуги уменьшить до минимума сварочный ток и соответственно скорость подачи электродной проволоки.

При этом кратер полностью заваривается. Лучшие результаты получаются, если перед обрывом дуги сварочный ток и соответственно скорость подачи электродной проволоки уменьшаются постепенно.

Разработан полуавтомат для сварки металла в углекислом газе, обеспечивающий заварку кратера в конце шва, что устраняет образование трещин в нем. В конце сварки специальной кнопкой полуавтомат переключается на заварку кратера.

При использовании обычных полуавтоматов прекращать процесс сварки необходимо на выводной планке (особенно при сварке ответственных изделий).

Стыковые соединения в нижнем положении сваривают полуавтоматом при наклоне электрода от 5 до 20° углом вперед или (реже) углом назад. Тавровые соединения, расположенные не «в лодочку», сваривают с таким же наклоном электрода в направлении сварки и с наклоном его поперек шва под углом 40—50° к горизонту. При этом электрод направляют либо точно в угол, или несколько смещают на 1—1,5 мм на горизонтальную полку (рис. 111).

Рис. 111. Положение наконечника полуавтомата и приемы перемещения электрода при сварке в углекислом газе в нижнем положении.

Тонкий металл в нижнем положении сваривают при равномерном поступательном перемещении электрода (без поперечных колебаний) за исключением мест, имеющих зазоры. Соединения с зазорами сваривают поперечными колебаниями конца электрода.

При сварке в нижнем положении стыковых соединений большой толщины с V-образной разделкой кромок первый слой (корень) шва выполняют равномерным поступательным или возвратно-поступательным перемещением электрода.

Средние слои многослойного шва выполняют при перемещении электрода по вытянутой спирали, а верхние слои — змейкой. Шаг перемещений и амплитуда поперечных колебаний электрода принимаются в зависимости от ширины разделки. Перемещение электрода змейкой может выполняться так, как показано на рис. 1ll, а также в противоположном направлении (вперед, затем назад и снова вперед).

Нахлесточные соединения из металла толщиной до 1,5 мм сваривают электродом в вертикальном положении, перемещая дугу по кромке верхнего листа. При толщине свариваемого металла от 2 мм и более наклон электрода и смещение дуги должны быть такими же, как и при сварке тавровых соединений.

Соединения различного типа во всех пространственных положениях можно сваривать в углекислом газе проволокой диаметром 0,5—1,2 мм. Опытные сварщики выполняют вертикальные и горизонтальные швы больших сечений проволокой диаметром до 1,6 мм.

Сварка во всех пространственных положениях, отличных от нижнего, выполняется обычно на пониженном напряжении (17—19 В). Лишь опытные сварщики при сварке вертикальных швов повышают напряжение дуги до 20—22В.

Полуавтоматическую сварку тонколистового металла в вертикальном положении, а также вертикальные угловые швы с катетом до 5—6 мм выполняют сверху вниз. В начале процесса сварки электрод располагают перпендикулярно свариваемым кромкам, чтобы обеспечить хороший провар начала шва.

После образования сварочной ванны электрод несколько наклоняют ниже горизонтали на угол 10—15°. При этом давление дуги способствует удержанию жидкого металла сварочной ванны от стекания.

Сварка тонколистового металла в горизонтальном положении по технике выполнения аналогична сварке в вертикальном положении. После возбуждения дуги электрод располагают ниже горизонтали для удержания металла сварочной ванны от стекания.

В потолочном положении швы сваривают на пониженном сварочном токе и напряжении дуги при несколько увеличенном расходе углекислого газа. Для лучшего удержания жидкого металла от стекания электрод устанавливают с небольшим углом наклона назад. Если необходимо получить широкий валик шва, электроду сообщают поперечные колебания.

Первый слой шва стыковых прямолинейных соединений с V-образной разделкой и угловые швы с катетом до 6 мм в вертикальном положении выполняются полуавтоматом А-547р проволокой диаметром 1,2 мм сверху вниз без поперечных колебаний на режиме: сварочный ток 190—200А, напряжение дуги 21—22В.

Второй и последующие слои шва стыковых соединений, а также угловые швы с катетом более 6 мм в вертикальном положении выполняют, перемещая дугу снизу вверх с поперечными колебаниями конца проволоки на режиме: сварочный ток 150—160 А, напряжение 20—21В.

Проволокой малых диаметров (1,0—1,2 мм) можно сваривать в углекислом газе кольцевые стыковые соединения без подкладок, обеспечивая при этом полный провар без прожогов (рис. 112).

Рис. 112. Макроструктура шва стыкового соединения, выполненного в углекислом газе проволокой диаметром 1 мм при сварке сверху вниз.

При массовом производстве однотипные изделия с кольцевыми стыками можно сваривать автоматом (причем автомат должен быть неподвижен, а изделие — вращаться с заданной скоростью).

Кромки при таком способе сварки должны быть точеными, разделка их V-образной без притупления. Зазор в стыке не должен превышать 0,8 мм, а несовпадение кромок должно быть не более 1 мм.

Первый слой (корень) шва выполняется при горизонтальном положении проволоки (или под углом до 30° к горизонту) диаметром 1 мм на режиме: сварочный ток 180—190А, напряжение дуги 20—22В, скорость сварки 30м/ч.

Изделие должно вращаться так, чтобы сварка выполнялась в положении сверху вниз (рис. 113). Второй и последующие слои шва выполняются проволокой диаметром 2 мм, расположенной вертикально в верху стыка.

Рис. 113. Схема расположения электрода при автоматической сварке в углекислом газе поворотных кольцевых стыков: сбоку — электрод диаметром 1 мм (сварка корня соединения), вверху — электрод диаметром 2 мм (выполнение последующих слоев шва): стрелкой указано направление вращения свариваемого изделия.

Неповоротные кольцевые стыки сваривают полуавтоматом. Например, монтажные стыки труб газопроводов с V-образной разделкой кромок сваривают в углекислом газе полуавтоматом А-547р в два слоя проволокой диаметром 1,2 мм.

При этом требования к точности сборки стыков менее жесткие, чем при автоматической сварке поворотных стыков. Первый слой шва выполняют сверху вниз без поперечных колебаний электрода на режиме: сварочный ток 190—200А, напряжение дуги 21—22В. Второй слой сваривают при перемещении дуги снизу вверх с поперечными колебаниями электрода змейкой на режиме: сварочный ток 150—160А, напряжение дуги 20—21В.

В последнее время разработана и освоена на производстве техника полуавтоматической сварки в углекислом газе толстостенных кольцевых неповоротных стыков без подкладных колец.

Рекомендуемая форма разделки кромок и последовательность наложения слоев шва показаны на рис. 114. Стык сваривается в горизонтальном положении. Корень Шва выполняется полуавтоматом А-547р проволокой диаметром 1 мм при равномерно поступательном перемещении дуги.

Режим сварки: сварочный ток 180—200А, напряжение дуги 20—22В. Последующие слои шва выполняют полуавтоматом А-537 проволокой диаметром 1,6 мм при сварочном токе 300—320А и напряжении дуги 28—30В. При таком режиме сварки разделку соединения заполняют неполностью.

Облицовочные слои шва с небольшим усилием выполняют на пониженном режиме до полного заполнения разделки. Сварочный ток должен составлять 220—240А, напряжение дуги 26—28В. Во всех случаях дуга питается от источника постоянного тока с жесткой внешней характеристикой.

Для предотвращения разбрызгивания электродного металла и забрызгивания свариваемых кромок, а также для поддержания стабильности процесса сварки рекомендуется в сварочную цепь последовательно включать дроссель РСТЭ-24 или пользоваться специальными сварочными выпрямителями с индуктивностью в сварочной цепи.

Рис. 114. Форма разделки кромок (а) и порядок выполнения слоев шва (б) при полуавтоматической сварке в углекислом газе стыковых толстостенных соединений в горизонтальном положении.

www.prosvarky.ru

§ 79. Сварка в углекислом газе [1981 Фоминых В.П., Яковлев А.П. - Ручная дуговая сварка]

Советскими исследователями К. В. Любавским и Н. М. Новожиловым в начале 50-х годов был разработан способ сварки в защитной среде углекислого газа, который в настоящее время нашел широкое применение во всех странах мира.

Сущность процесса сварки в углекислом газе заключается в следующем. Поступающий в зону сварки углекислый газ защищает ее от вредного влияния атмосферы воздуха. Причем при высокой температуре сварочной дуги углекислый газ частично диссоциируется на окись углерода и кислород 2СO2 ↔ 2СO + O2.

В результате в зоне дуги образуется смесь из трех различных газов: углекислого газа, окиси углерода и кислорода.

Вследствие того, что температура дуги не везде одинакова, неодинаков и состав газовой смеси в зоне дуги. В центральной части, где температура дуги высокая, углекислый газ диссоциирует почти полностью. В области, прилегающей к сварочной ванне, количество углекислого газа преобладает над суммарным количеством кислорода и окиси углерода. Все три компонента газовой смеси защищают металл от

воздействия воздуха, в то же время окисляют его как при

переходе капель электродной проволоки в сварочную ванну, так и на поверхности.

Fe + СO2 ↔ FeO + СО; Mn + СO2 ↔ МnО + СО;

Si + 2СO2 ↔ SiO2 + 2СО; 2С + 2СO2 2СО + 2СО;

2Fe + O2 ↔ 2FeO; 2Мn + O2 ↔ 2МnО;

Si + O2 ↔ SiO2; 2C + 2O2 ↔ 2CO2.

Порядок и интенсивность окисления элементов зависят от их химического сродства к кислороду. Вначале окисляется кремний, имеющий большее сродство к кислороду, чем другие элементы. Окисление марганца также происходит значительно интенсивнее, чем окисление железа и углерода. Следовательно, нейтрализовать окислительный потенциал углекислого газа можно введением в присадочную проволоку избыточного кремния и марганца. В этом случае погашаются реакции окисления железа и образования окиси углерода, но сохраняются защитные функции углекислого газа в отношении атмосферы воздуха.

Качество наплавленного металла зависит от процентного содержания кремния и марганца в сварочной проволоке (при условии наличия необходимого количества углекислого газа). Хорошее качество наплавленного металла при сварке углеродистых сталей гарантируется тогда, когда в составе проволоки соотношение Мn к Si составит Mn/Si = 1,5 ÷ 2.

Образовавшиеся окислы кремния и марганца не растворяются в жидком металле, а вступают во взаимодействие друг с другом, образуя легкоплавкое соединение, которое в виде шлака всплывает на поверхность сварочной ванны.

Техника и режимы сварки. Прихватку деталей из углеродистых сталей под сварку в углекислом газе осуществляют либо электродами типа Э42 или Э42А, либо полуавтоматической сваркой в углекислом газе. Прихватку деталей из легированных сталей выполняют электродами соответствующего назначения.

Поверхность свариваемых кромок перед прихваткой и сваркой тщательно зачищают от грязи, ржавчины, масла, окалины и шлака. При сборке выдерживают одинаковые зазоры, которые в стыковых соединениях не должны превышать 1,5 мм. Смещение свариваемых кромок относительно друг друга не должно превышать 1 мм для толщин 4-10 мм и 10% толщины для толщин более 10 мм.

Схема общего вида сварочного поста показана на рис. 99.

Сварку в углекислом газе выполняют во всех пространственных положениях; вертикальные и потолочные швы выполняют на малых токах и проволокой небольшого диаметра.

Параметрами режима сварки в углекислом газе являются род и полярность тока, диаметр электродной проволоки, величина сварочного тока, напряжение дуги, расход углекислого газа, вылет и наклон электродной проволоки по отношению к свариваемому изделию.

При сварке применяют постоянный ток обратной полярности. Величину сварочного тока и диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от толщины металла и положения шва в пространстве.

В табл. 38 показаны приемы перемещения конца электродной проволоки при сварке стыкового соединения в нижнем положении.

Материалы и оборудование. Углекислый газ имеет следующие особенности:

при повышении давления превращается в жидкость;

при охлаждении без давления переходит в твердое состояние - сухой лед;

сухой лед при повышении температуры переходит непосредственно в газ, минуя жидкое состояние.

Для сварки применяют углекислоту по ГОСТ 8050 - 76, поставляемую в баллонах в жидком состоянии. При испарении 1 кг жидкой углекислоты при 0°С и 760 мм рт. ст. образуется 506,8 л газа. В стандартный баллон емкостью 40 л заливают 25 кг жидкой углекислоты, что составляет 12,67 м3 газа. Вредными примесями в углекислом газе являются азот и влага.

Влага удаляется из газа осушителем, который заполняется силикагелем, алюмогелем или медным купоросом, которые перед заправкой в осушитель необходимо прокалить при температуре 250 -300°С в течение 2 - 2,5 ч.

Рис. 99. Схема поста полуавтоматической сварки тонкой электродной проволокой в углекислом газе: 1 — держатель, 2 — подающий механизм, 3 — кнопка включения, 4 — защитный щиток, 5 — манометр на 0,6 МПа, б — переходной штуцер для установки манометра, 7 — редуктор кислородный с манометром высокого давления, 8 — осушитель газа, 9 — подогреватель газа, 10 — баллон с углекислым газом, 11 — сварочный выпрямитель (либо генератор), 12 — пульт управления 38. Приемы перемещения конца электродной проволоки при сварке соединения в нижнем положении

Рекомендуется также для снижения влажности углекислого газа баллон с углекислотой ставить вентилем вниз (рис. 100) и дважды через 15-20 мин после опрокидывания баллона спускать воду.

Сварочная проволока применяется в зависимости от марки свариваемой стали.

В табл. 39 приведены некоторые марки сварочных проволок, применяемые при сварке различных сталей.

Полуавтоматы. Для сварки в углекислом газе применяют следующие полуавтоматы: ПШП-10, А-547, А-537, сварочную головку ТСГ-7 для сварки труб и другое оборудование.

Полуавтомат ПШП-10 предназначен для дуговой сварки углеродистых нержавеющих и жаропрочных сталей, алюминиевых сплавов и других металлов плавящимся электродом в среде защитных газов. Полуавтомат позволяет выполнять сварку постоянным током. В его комплект входят катушка с кронштейном и шкаф с электроаппаратурой.

Полуавтомат А-547 предназначен для сварки тонкой электродной проволокой диаметром 0,8-1,0 мм.

Полуавтомат А-537 предназначен для сварки электродной проволокой диаметром 1,6 - 2 мм.

Рис. 100. Приспособление для удаления влаги из баллонов с углекислотой 39. Применение марок проволоки для сварки сталей различных

Сварочная головка типа ТСГ-7 предназначена для сварки в защитных газах, плавящимся колеблющимся электродом поворотных стыков труб из низкоуглеродистых и нержавеющих сталей без подкладных колец.

Вопросы для самопроверки

  1. Каковы особенности металлургии сварки в защитной среде углекислого газа?
  2. Какими свойствами обладает углекислый газ?
  3. Каковы преимущества сварки в углекислом газе?

metallurgu.ru

Технологические реакции при сварке в углекислом газе

Особенностью сварки в углекислом газе является сравнительно сильное выгорание элементов, обладающих большим химическим сродством к кислороду (Al, Ti, Mg, Mn, Si, С и др.).

Выгорание происходит за счет окисляющего действия как углекислого газа, так и атомарного кислорода, который образуется в результате диссоциации углекислого газа под действием высокой температуры дуги (рис. 29):

В зоне сварки происходят следующие реакции:

Реакции (20), (21), (22), (23), (24) протекают в зоне высоких температур (в дуговом промежутке и в сварочной ванне вблизи дуги), а реакции (25), (26), (27) — преимущественно в зоне пониженных температур металла (в сварочной ванне вдали от дуги). При достаточном содержании раскислителей (Si, Мп и др.) в сварочной ванне реакция (27) не происходит.

Непрерывный уход окислов углерода, кремния, марганца и других элементов-раскислителей из зоны реакции в воздух (СО) или в шлак (MnO, SiO2 и др.) способствует протеканию реакций окисления.

В состав сварного шва входят основной и сварочный металлы. В результате взаимодействия жидкого металла и газа содержание элементов-раскислителей в металле шва, выполненного в углекислом газе, оказывается меньшим по сравнению с исходным содержанием.

При сварке различных сталей химический состав металла шва в зависимости от требований, предъявляемых к сварным соединениям, может быть различным.

Химический состав металла швов, выполняемых в углекислом газе, можно изменять главным образом за счет изменения химического состава электродной проволоки. Содержание элементов-раскислителей в электродной проволоке при этом способе сварки, как правило, должно быть выше, чем в свариваемом металле и металле шва.

При дуговой сварке в окислительной среде (углекислый газ, смесь аргона с кислородом) выгорание элементов в дуге значительно превосходит их выгорание в сварочной ванне. Последнее обусловлено во много раз большей поверхностью контактирования капель жидкого металла с газом, а также большей степенью диссоциации углекислого газа в дуговом промежутке по сравнению с местом контакта газа со сварочной ванной.

Температура капель металла в зоне дуги составляет примерно 2350°С, газа — 2900°С, в то время как температура металла в сварочной ванне равна 1700°С, а газа в месте соприкосновения с ванной — 2300°С. Количество углекислого газа, диссоциированного на окись углерода и кислород, составляет примерно в зоне дуги 58% и в месте контакта с ванной — 15%.

Из изложенного следует, что выгорание элементов из проволоки более значительно, чем из основного металла. Это обстоятельство нужно учитывать при выборе электродной проволоки для сварки в углекислом газе той или иной стали, особенно при многослойной сварке.

Прежде всего необходимо, чтобы металл ванны был хорошо раскислен, а содержание кремния и марганца в сварочной ванне к моменту затвердевания металла было достаточным для подавления реакции окисления углерода. В противном случае выделение СО в момент затвердевания металла вызовет образование пор в шве.

На рис. 30 показаны кривые перехода легирующих элементов в сварной шов в зависимости от содержания их в порошковой проволоке при сварке в углекислом газе.

Сваривались стыковые соединения с V-образной разделкой кромок из стали следующего состава: 0,12% углерода, 0,58% марганца, 0,25% кремния, 0,90% хрома, 0,52% молибдена, 0,24% ванадия.

Проволоки с различной концентрацией титана имели практически одинаковое содержание других элементов: 0,14% углерода, 2,7% марганца, 0,9% кремния, 0,9% хрома, 0,5% молибдена, 0,4% ванадия.

Из рис. 30 видно, что с увеличением содержания марганца в проволоке уменьшается выгорание кремния и, наоборот, с увеличением содержания кремния уменьшается выгорание марганца.

Молибден практически не выгорает и почти полностью переходит в шов; выгорание хрома также незначительно. Ванадий выгорает более интенсивно, чем хром, но меньше, чем кремний. Несмотря на меньшее химическое сродство к кислороду, марганец выгорает больше, чем кремний.

Это объясняется окислением не только капель электродного металла при их переносе через дуговой промежуток, но и паров марганца, поступающих в газовую фазу из сварочной ванны вследствие низкой температуры его испарения.

Рис. 30. Изменение химического состава наплавленного в углекислом газе металла (пятого слоя шва) в зависимости от содержания элементов в сварочной порошковой проволоке диаметром 3 мм.

Введение титана в электродную проволоку при прочих равных условиях значительно уменьшает выгорание марганца, кремния, ванадия и меньше — углерода.

Если в свариваемом и присадочном металлах углерода содержится более 0,06—0,07%, то он выгорает. По мере повышения исходной концентрации выгорание углерода увеличивается, достигая 50% и более. При исходной же концентрации его менее 0,06—0,07% наблюдается науглероживание наплавленного металла за счет газовой среды.

Таблица. Зависимость изменения содержания углерода от исходной концентрации.

Содержание углерода в электродной проволоке, %

Содержание углерода в металле, наплавленном в углекислом газе на медную пластинку, %

0,19

0,11

0,07

0,07

0,05

0,06

0,03

0,04

Вследствие диссоциации углекислого газа и окислительных реакций концентрация окиси углерода в зоне сварочной дуги повышается, а концентрация углекислого газа и кислорода уменьшается. Поэтому при низкой исходной концентрации углерода и высоком содержании других раскислителей в металле углерод восстанавливается из окиси и переходит в сварочную ванну.

Сварные швы, выполненные в углекислом газе, содержат несколько меньше фосфора, чем швы, выполненные под марганцовистыми флюсами (АН-348А, ОСЦ-45 и др.), при одинаковом содержании фосфора в основном и присадочном металлах.

Особенно заметно различается содержание фосфора в этих швах при многослойной сварке толстого металла. Как известно, при многослойной сварке под марганцовистыми флюсами каждый слой шва обогащается фосфором, переходящим из флюса. При сварке в углекислом газе содержание фосфора в шве независимо от количества слоев определяется только содержанием его в свариваемом металле и в электродной проволоке.

Швы, выполненные дуговой сваркой в углекислом газе, содержат в 3—4 раза меньше шлаковых включений, чем швы, выполненные сваркой под флюсом и толстопокрытыми электродами. Характерно также то, что в швах, выполненных дуговой сваркой в углекислом газе, шлаковых включений значительно меньше, чем в швах, выполненных вручную толстопокрытыми электродами и автоматической сваркой под флюсом.

Разное количество и величина шлаковых включений объясняется тем, что при сварке под флюсом и сварке толстопокрытыми электродами образование шлаковых включений в шве связано не только с процессами раскисления металла, но и с попаданием отдельных капель расплавленного флюса или покрытия электрода в затвердевающий металл шва.

С уменьшением количества и величины шлаковых включений в металле шва повышается его долговечность в условиях эксплуатации при высоких и весьма низких температурах.

www.prosvarky.ru


Смотрите также