Сварка в среде углекислого газа. Полуавтоматическая сварка в среде СО₂

Содержание

1. Сущность процесса сварки в углекислом газе
2. Особенности сварки в углекислоте
3. Полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа
• Сварочный пост для сварки в углекислоте
• Подготовка металла под сварку
• Сварочная проволока для полуавтоматической сварки
• Режимы сварки полуавтоматом в углекислоте
• Техника сварки полуавтоматом в среде углекислого газа
4. Повышение производительности сварки в углекислом газе
• Приём увеличения силы сварочного тока
• Сварка с увеличением вылета сварочной проволоки
• Импульсно-дуговая сварка в СО₂

Способ сварки в среде углекислого газа впервые был разработан в середине 20-го века советскими исследователями К.В. Любавским и Н.М. Новожиловым. Благодаря низкой стоимости углекислого газа, высокой производительности и универсальности этого способа, сварка в углекислоте получила широкое распространение в промышленности, быту, при строительных и монтажных работах.

Сущность процесса сварки в углекислом газе

Сущность сварки заключаются в следующем. Поступающий для защиты зоны сварки углекислый газ под воздействием высокой температуры дуги распадается на угарный газ и кислород. Процесс распада происходит по реакции:

2CO₂ = 2CO + O₂

В результате реакции в зоне сварки образуется смесь из трёх газов: углекислый газ (СО2), угарный газ (СО) и кислород (О2). Поток этих газов не только защищает зону сварки от вредного воздействия атмосферного воздуха, но и активно взаимодействует с железом и углеродом, находящимися в составе стали по реакциям:

Fe + CO₂ = FeO + CO
2Fe + 2CO₂ = 2FeO
2C + 2CO₂ = 4CO
2C + 2O₂ = 2CO₂

Нейтрализовать окислительное действие углекислого газа можно путём введения в сварочную проволоку избыточного кремния и марганца. Кремний и марганец химически более активны, чем железо, поэтому, вначале окисляются они по реакциям:

Mn + CO₂ = MnO + CO
Si + 2CO₂ = SiO₂ + 2CO
2Mn + O₂ = 2MnO
Si + O₂ = SiO₂

Пока в зоне сварки присутствуют в свободном состоянии более активные кремний и марганец, окисления железа и углерода не происходит.

Хорошее качество сварных соединений при сварке углеродистых сталей обеспечивается при соотношении количества марганца к кремнию в соотношении: Mn/Si=1,5…2. Формирующиеся в процессе сварки оксиды кремния и марганца не растворяются в сварочной ванне, а реагируют друг другом, образуя легкоплавкое соединение, которое в виде шлака быстро выводится на поверхность жидкого металла.

Особенности сварки в углекислоте

Сваривание металлов в среде СО₂ выполняют постоянным током обратной полярности. Если сварку производить постоянным током прямой полярности, то это отрицательно сказывается на стабильности электрической дуги, в результате появляется дефект формирования формы шва и электродный металл расходуется на угар и разбрызгивание.

Но если выполняется е сварка, а наплавка, то рекомендуется использовать именно прямую полярность тока, т.к коэффициент наплавки у него в 1,6-1,8 раза выше, чем у тока обратной полярности.

Сварку можно выполнять и на переменном токе. В этом случае в сварочную цепь необходимо включить осциллятор. Источниками постоянного сварочного тока являются преобразователи тока с жёсткой характеристикой.

Полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа

Сварочный пост для сварки в углекислоте

Схема сварочного поста общего вида для сварки полуавтоматом в среде углекислого газа представлена на рисунке:

1 - держатель; 2 - подающий механизм; 3 - включатель; 4 - защитный щиток; 5 - манометр на 0,6МПа; 6 - переходной штуцер для установки манометра; 7 - кислородный газовый редуктор с манометром высокого давления; 8 - осушитель газа; 9 - подогреватель газа; 10 - баллон с углекислым газом; 11 - сварочный выпрямитель, или генератор; 12 - пульт управления.

Подготовка металла под сварку

Сварка листов из низколегированной стали или углеродистой успешно сваривается в среде углекислого газа. При этом сварку тонких листов (толщиной 0,6-1,0мм) сваривают с отбортовой кромок. Допускается сварка без отбортовки, но зазор между свариваемыми кромками не должен превышать 0,3-0,5мм.

Сварку листов толщиной 1-8мм допускается производить без разделки кромок. Максимально допустимый зазор при этом составляет 1,0мм. На листах толщиной 8-12мм выполняют V-образную разделку. Если толщина свариваемого металла превышает 12мм, то рекомендуется X-образная разделка.

Перед началом сварки сварные кромки тщательно зачищаются до металлического блеска от краски, масла, окалины и других загрязнений. Можно делать это вручную, можно применить дробеструйную или пескоструйную обработку. Если перед сваркой необходимо прихватить детали, то прихватка углеродистых сталей выполняются вручную электродами Э42, Э42А, либо полуавтоматом в углекислом газе. Прихватка легированных сталей выполняется электродами соответствующего назначения.

Сварочная проволока для полуавтоматической сварки

Для сварки в среде углекислого газа применяется проволока с повышенным содержанием кремния и марганца. Наличие каких-либо загрязнений или покрытий на поверхности проволоки не допускается, т.к. их присутствие отрицательно сказывается устойчивости режимов и стабильности электрической дуги.

Марка сварочной проволоки зависит от свариваемого материала. В таблице ниже представлены наиболее распространённые марки проволоки для сварки полуавтоматом в среде защитного газа:

Режимы сварки полуавтоматом в углекислоте

Режимы сварки зависят от толщины свариваемого металла. При увеличении толщины металла уменьшается скорость сварки и увеличивается сила тока. Величина рабочего напряжения дуги должна обеспечивать устойчивое горение дуги, которая должна быть как можно более короткой (1,5-4мм). При большей длине дуги её горений становится неустойчивым, разбрызгивание металла увеличивается, возрастает вероятность окисления и азотирования жидкой ванны.

Для сварки тонкого металла режимы сварки представлены в таблице:

Скорость подачи сварочной проволоки зависит от величины сварочного тока и напряжения. Расход углекислого газа должен быть таким, чтобы обеспечить надёжную защиту зоны сварки от влияния окружающей среды. Расход углекислоты при сварке тонкого металла приведён в таблице выше. При сварке металла большой толщины сила сварочного тока составляет 500-1000А, а расход защитного газа составляет 15-20 л/мин.

Расстояние от мундштука горелки до свариваемого металла при силе тока до 150А составляет 7-15мм, а при силе тока до 500А - 15-25мм.

Величина вылета электродной проволоки зависит от её диаметра. При диаметре 0,5-1,2мм вылет составляет 8-15мм, а при диаметре 1,2-3мм - 15-35мм.

Техника сварки полуавтоматом в среде углекислого газа

Для уменьшения риска возникновения горячих трещин при сварке, первый (корневой) шов рекомендуется сваривать при малой величине тока. Техника выполнения многослойного шва в углекислом газе представлена на рисунке:

Сварку полуавтоматом можно выполняют "углом вперёд" (справа налево), или "углом назад" (слева направо). Если сварка происходит "углом вперёд", то сварной шов получается широкий, а глубина проплавления уменьшается. Этот способ подходит для сварки тонкостенных изделий и для сварки сталей, склонных к образованию закалочных структур.

При сварке "углом назад" глубина проплавления увеличивается, а ширина шва уменьшается. Угол наклона сварочной горелки по отношению к свариваемому изделию составляет 15°.

Завершать выполнение сварного шва рекомендуется заполнением кратера металлом. После этого необходимо остановить подачу сварочной проволоки и прекратить подачу тока. А подачу углекислого газа необходимо продолжать до тех пор, пока расплавленный металл полностью не затвердеет.

Повышение производительности сварки в углекислом газе

Приём увеличения силы сварочного тока

Сварка в CO₂ часто производится на форсированных режимах при повышенной величине сварочного тока. Для проволоки диаметром 1,2мм сила тока составляет 350-380А, а для проволоки диаметром 1,4мм - 400-450А. Но простое увеличение силы тока допустимо только при сварке швов в нижнем положении.

При сварке вертикальных и потолочных швов силу тока можно увеличивать лишь в том случае, если повысить скорость кристаллизации сварочной ванны. Скорость кристаллизации можно повысить, если сообщить колебательные движения сварочной проволоке вдоль шва и поперёк него, а также периодическим отключением подачи проволоки. При отключении подачи проволоки дуга угасает, а к моменту следующего зажигания дуги металл успевает частично кристаллизоваться.

Сварка с увеличением вылета сварочной проволоки

Этот способ увеличения производительности особенно эффективен, если используется тонкая проволока. Повышение производительности достигается за счёт того, что проволока подаётся в зону сварки уже нагретой до высокой температуры, поэтому скорость её плавлении возрастает и увеличивается объём расплавленного металла.

Чтобы избежать самопроизвольного движения конца сварочной проволоки при её большом вылете, применяют специальные наконечники из фарфоровых или керамических трубок. При увеличении длины вылета на 40-50мм, производительность сварки и объём наплавленного металла возрастает на 30-40%. Но глубина проплавления основного металла немного снижается.

Импульсно-дуговая сварка в CO₂

В различных металлоконструкциях объём сварки угловых швов достигает 80%. Примерно половина из них свариваются в вертикальном, или наклонном положении (под углом более 15 ° от нижнего положения). Сварка таких швов выполняется, в большинстве случаев, "на подъём", чтобы обеспечить хороший провар корня шва. Сварка в таких положения приводит к усилению шва. Величина усиления при сварке вертикальных швов может достигать 25% от общего сечения шва.

Но усиление шва не увеличивает его прочность и не повышает работоспособность конструкции, поэтому его следует делать, по-возможности, минимальным. Применение импульсно-дуговой сварки в углекислом газе позволяет уменьшить усиление шва, или убрать его совсем.

Особенности горения дуги и переноса электродного металла позволяют выполнять полуавтоматическую и автоматическую сварку вертикальных и наклонных угловых швов и тавровых соединений при толщине металла до 12мм в направлении сверху вниз на спуск. При этом достигается равномерный провар по всей длине соединения. Используя этот приём можно получить нормальную или слегка вогнутую форму сварного шва. Сечение шва уменьшается на 25-30%. Соответственно, уменьшается расход электроэнергии и, примерно, в 3 раза увеличивается скорости сварки.

Дополнительные материалы по теме: