определяют с помощью магнита— закаленная сталь немагнитна). Аустенит ные стали подвержены сильному короблению, поэтому их сваривают с приме нением различных зажимов или обратно-ступенчатым способом и т. п.
1.3. Контроль качества сварных соединений
Методы контроля качества сварных соединений установлены ГОСТ 3242—79. В нем определены методы контроля в зависимости от вида и размера дефек тов, их расположения, толщины материалов, а также способов сварки.
Г л а в а 2 ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
2.1. Общие сведения
Сварка в защитных газах — один из распространенных способов сварки плав лением. По сравнению с другими способами он имеет ряд преимуществ, из которых главные: возможность визуального, в том числе и дистанционного, наблюдения за процессом сварки; широкий диапазон рабочих параметров ре жима сварки в любых пространственных положениях; возможность механи зации и автоматизации процесса, в том числе с применением робототехники; высокоэффективная защита расплавленного металла; возможность сварки ме таллов разной толщины в пределах от десятых долей до десятков милли метров.
2.1 Л. Определения, классификация и основные схемы
Сварка в защитных газах (СЗГ) — общее название разновидностей дуговой сварки, осуществляемой с вдуванием через сопло горелки в зону дуги струи защитного газа. В качестве защитных применяют: инертные (Аг, Не), актив ные (С02, 0 2| N2, Н2) газы и их смеси (Аг+С02+ 0 2, А г+02, Аг+ + С 0 2 и др.).
Разновидности СЗГ можно классифицировать по таким признакам, как: тип защитных газов, характер защиты в зоне сварки, род тока, тип электрода и т. д. (рис. 2.1) [1]. По совокупности основных физических явлений процесс дуговой сварки в защитных газах можно классифицировать по двум основ ным схемам — это сварка неплавящимся (СНЭЗГ) (рис. 2.2, а) и плавящимся (СПЭЗГ) (рис. 2.2, б) электродами.
Сварочная дуга в среде защитных газов характеризуется относительно большим разрядным током (от 5 до 500 А и выше) и низким катодным паде нием напряжения.
Для сварки неплавящимся электродом применяют в основном инертные газы Аг и Не, а также их смеси в любом соотношении. Эти газы, особенно Не, обладают высокими потенциалами ионизации, что затрудняет первоначальное возбуждение дуги. Однако напряженность электрического поля (Е) в столбе дуги в инертных газах имеет сравнительно низкое значение и поэтому дуговой разряд в инертных газах отличается высокой стабильностью. При сварке пла вящимся электродом напряжение дуги и стабильность ее существования су
щественно зависят от состава защитного газа (рис. 2.3).
Повышение напряжения дуги с увеличением концентрации молекулярных
газов |
(Н2, N2, 0 2 и С02) объясняется интенсивным охлаждающим действием |
|
этих |
газов в связи с затратами энергии на диссоциацию и отводом |
теплоты |
за счет высокой теплопроводности. Увеличение напряжения дуги |
приводит |
|
к снижению ее устойчивости. |
|
|
|
|
|
|
Дуговаясворна |
|
|
В инертных |
|
|
В снеси инертного |
|
|
газах |
|
|
и активного газов |
|
|
1_________________________________________________ |
||||
|
|
|
|
• |
|
1 |
Аг |
|
| |
A r + Nt |
|----- |
|
|
|
| |
Ар + Ht |
[— |
1__________Не |
1------ |
1 |
а Г + 5 |
1— |
|
|
|
|
|||
|
|
|
| |
Аг + ОД |
|— |
| |
Аг + Не |
|
| |
A r + Ot+CO* |
|— 1 |
I
Неплавящимся электродом
В активных
|
|
-- Г — |
|
|
|
|
|
|
газах |
|
|
|
|
|
|_ СО; |
|
I— |
|
||
|
г |
^2 |
п - |
|
|
|
|
г |
н 2 |
п - |
|
|
|
|
г |
Н]0 (пар) |
|
1- |
|
|
|
г |
С0г + 0 2 |
___ — |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Импульсной дугой |
|||
|
|
Плавящимся электродом |
||||
| |
С короткими замыканиями |
| |
| |
без коротких замыканий |
||
| |
Проволокой сплошного сечения |
| |
| |
Проволокой с флюсом |
||
|
|
___________ c z z z z — |
, |
~ |
I Полуадтонатическая \ |
\ Абт онат ачесмя |
| |
Рис. 2.1. Классификация способов сварки в среде защитных газов
Защитный
ваз
Рис. 2.2. Схема процесса сварки |
в защитном газе электродом: |
||
а — неплавящимся |
(/ — электрод |
вольфрамовый; |
2 — сопло; 3 — дуга; |
4 — металл шва; |
5 — изделие); |
б — плавящимся |
(/ — электрод; 2 — |
цанга; 3 — сопло; |
4 — дуга; 5 — металл) |
|
|
Примеси аргона, % |
Рис. |
2.3. |
Зависимость напряжения |
дуги |
от |
состава защитного газа |
2.1.2. Защитные газы
Инертные газы. Практически полностью нейтральными по отношению ко всем свариваемым металлам являются инертные одноатомные газы. Инертные газь/ применяют для сварки химически активных металлов и сплавов, а также ва всех случаях, когда необходимо получать сварные швы, однородные по со' ставу с основным и присадочным металлами.
В сварочном производстве используемый аргон поставляется в газообраз' ном (табл. 2.1) и в жидком состояниях. Газообразный аргон отпускают, хра^ нят и транспортируют в стальных баллонах (по ГОСТ 949—73) или автоци^ стернах под давлением 15±0,5 или 20±1,0 МПа при 293 К.
|
СОСТАВ |
ГАЗООБРАЗНОГО |
АРГОНА, |
% |
|
|
|||
|
|
(ПО ГОСТ |
10157 — 79) |
|
|
|
|
|
|
|
Показатель |
|
|
|
|
Сорт |
|
||
|
|
|
|
ВЫ СШ ИЙ |
первый |
||||
|
|
|
|
|
|
||||
Объемная доля, %: |
|
|
|
>99,993 |
>99,987 |
||||
аргона |
|
|
|
|
|||||
кислорода |
|
|
. . |
. . |
<0,0007 |
<0,002 |
|||
азота |
|
|
<0,005 |
<0,01 |
|||||
Массовая концентрация водяного пара при 293 К |
<0,007 |
<0,01 |
|||||||
и давлении 0,1 МПа, г/м3 |
|
|
|
||||||
Объемная доля суммы углеродсодержащих соеди |
<0,0005 |
<0,001 |
|||||||
нений в пересчете на С02, % |
|
|
|||||||
При поставке аргона в |
баллонах (по ГОСТ 949—73) |
вместимостью 40 дм3 |
|||||||
объем газа |
в баллоне составляет 6,2 м3 (при |
номинальном давлении |
15 МПа |
||||||
и 293 К). |
для сварки поставляется |
по ТУ 51-689—75 трех сортов: |
марки |
||||||
Г е л и й |
|||||||||
А, Б и В (табл. 2.2). Транспортируют и хранят гелий |
в |
стальных баллонах |
|||||||
вместимостью 40 дм3 в газообразном |
состоянии |
при |
давлении |
15 МПа или |
|||||
в сжиженном состоянии при давлении до 0,2 МПа. Стоимость гелия значи тельно выше, чем аргона, поэтому его применяют в основном при сварке хи мически чистых и активных металлов и сплавов. Применение гелия обеспечи вает получение большей глубины проплавления (благодаря высокому значе нию потенциала ионизации), поэтому его применяют иногда в тех случаях, когда требуется усиление проплавляющей способности дуги или получение специальной формы шва.
Активные защитные газы. В качестве активных защитных газов при сварке широко используют углекислый газ (см. гл. 3). К активным газам мо гут быть отнесены также азот и водород, используемые в некоторых свароч ных процессах как составная часть защитного газа.
В сварочном производстве а з о т иногда используют для сварки меди и ее сплавов, по отношению к которым азот является инертным газом. По отно шению к большинству других металлов азот является активным газом, часто вредным, и его концентрацию в зоне плавления стремятся ограничить.
В о д о р о д в |
сварочном производстве используют достаточно редко для |
атомноводородной |
сварки и дуговой сварки в смеси (Аг+Н2 до 12%). Водо |
род используют только в специальных областях сварки, поскольку он играет важную роль в металлургических процессах сварки. Ввиду возможности обра-
|
|
Т А Б Л И Ц А 2.2 |
||
СОСТАВ ГЕЛИЯ (ПО ТУ 51-689-75), |
% (объемы.) |
|
||
Компонент |
Нормы для гелия марок |
|||
А |
Б |
в |
||
|
||||
Гелий (не менее) |
99,995 |
99,99 |
99,99 |
|
Водород (не более) |
0,0001 |
0,0025 |
0,0025 |
|
Азот (не более) |
0,0005 |
0,004 |
0,004 |
|
Кислород (не более) |
0,0001 |
0,001 |
0,001 |
|
Аргон (не более) |
— |
0,001 |
0,001 |
|
Водяные пары |
0,0005 |
0,002 |
0,002 |
|
зования взрывоопасной смеси между водородом и воздухом при работе с ним следует строго соблюдать требования техники безопасности.
Смеси газов. В ряде случаев для расширения технологических возможно стей дуговой сварки целесообразно применять смеси аргона и гелия. Добавка гелия способствует повышению проплавляющей способности дуги.
1.Смесь Аг+(10ч-30% N2). Добавка N2 к аргону также способствует повышению проплавляющей способности дуги. Эту смесь применяют при сварке меди и аустенитной нержавеющей стали некоторых марок.
2.Смесь А г+(1--5% 0 2). Примесь кислорода к аргону понижает крити* ческий ток, при котором капельный перенос металла переходит в струйный, что позволяет несколько увеличить производительность сварки и уменьшить разбрызгивание металла. Аргонокислородную смесь применяют для сварки малоуглеродистой и легированной стали.
3.Смесь Аг+(10-т-20% С02). Углекислый газ при сварке малоуглероди стой и низколегированной стали способствует устранению пористости в свар ных швах. Добавка С02 к аргону повышает стабильность дуги и улучшает
формирование шва при сварке тонколистовой стали.
4. Тройная смесь 75 % Аг — 20 % С02—5 % 0 2 обеспечивает высокую стабильность дуги с плавящимся электродом при сварке стали, минимальное разбрызгивание металла, хорошее формирование шва, отсутствие пористости.
При отсутствии готовых газовых смесей смешивание газов можно осу ществлять на сварочном посту. Состав смеси, подаваемой в горелку, регули руется изменением расхода газов, входящих в смесь. Расход каждого газа регулируется отдельным редуктором и измеряется ротаметром типа РС-3.
Способы газовой защиты. По отношению к электроду защитный газ можно подавать центрально или сбоку. Защиту сварочной ванны газом, исте кающим из горелки, принято называть струйной. Струйная защита относится к наиболее распространенному способу местной защиты при сварке. Качество струйной защиты зависит от конструкции и размеров сопла, расхода защит ного газа и расстояния от среза сопла до поверхности свариваемого металла. Наилучшая защита расплавленного металла обеспечивается при ламинарном характере истечения газового потока из сопла горелки [2].
|
|
|
|
|
|
|
Т А Б Л И Ц А |
2.3 |
|||
РАСХОД |
АРГОНА ДЛЯ |
СОЕДИНЕНИЙ |
ВСТЫК |
|
|
|
|||||
И ВНАХЛЕСТКУ |
ПРИ |
СВАРКЕ ВОЛЬФРАМОВЫМ ЭЛЕКТРОДОМ |
|
||||||||
|
|
|
|
Расход, л |
на 1 м шва, |
при скорости |
|||||
Свариваемый |
Толщина, |
Расход |
|
|
|
сварки, |
м/ч |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
материал |
|
мм |
Аг*. |
|
ручной |
|
механизированной |
||||
|
л/мин |
|
|
||||||||
|
|
|
|
4 |
6 |
10 |
15 |
10 |
15 |
20 |
30 |
Алюминиевые |
|
1 |
6 |
90 |
60 |
36 |
24 |
36 |
24 |
18 |
12 |
сплавы |
1,5—3,0 |
7 |
105 |
70 |
42 |
28 |
42 |
28 |
21 |
14 |
|
Коррозионностой |
|
> 5 |
15 |
225 |
150 |
S0 |
60 |
90 |
60 |
45 |
30 |
|
0,5 |
3 |
45 |
30 |
18 |
22 |
18 |
12 |
9 |
6 |
|
кие стали |
0,8—1,0 |
4 |
60 |
40 |
24 |
16 |
24 |
16 |
12 |
8 |
|
|
1,2—1,5 |
6 |
90 |
60 |
36 |
24 |
36 |
24 |
18 |
12 |
|
Титановые сплавы |
2,0—3,0 |
8 |
120 |
80 |
48 |
32 |
48 |
32 |
24 |
16 |
|
|
1,0 |
6 |
90 |
60 |
36 |
24 |
36 |
24 |
18 |
12 |
|
|
1,9—3,0 |
7 |
105 |
70 |
42 |
28 |
42 |
28 |
21 |
14 |
|
• Только на сварку.