Техника сварки плавящимся электродом.

В зависимости от свариваемого металла и его толщины в качестве защитных газов используют инертные, активные газы или их смеси. В силу физи­ческих особенностей стабильность дуги и ее технологические свой­ства выше при использовании постоянного тока обратной поляр­ности. При использовании постоянного тока прямой полярности количество расплавляемого электродного металла увеличивается на 25—30%, но резко снижается стабильность дуги и повышаются потери ме­талла на разбрызгивание. Применение переменного тока невозможно из-за не­стабильного горения дуги.

При сварке плавящим­ся электродом шов обра­зуется за счет проплав­ления основного металла и расплавления дополнительного ме­талла — электродной проволоки. Поэтому форма и размеры шва, помимо прочего (скорости сварки, пространственного по­ложения электрода и изделия и др.), зависят также от харак­тера расплавления и переноса электродного металла в сварочную ванну. Характер переноса электродного металла определяется в основном материалом электрода, составом защитного газа, плотностью сварочного тока и рядом других факторов.

Можно выделить три основные формы расплавления электрода и переноса электродного металла в сварочную ванну. Процесс сварки с периодическими короткими замыканиями характерен для сварки электродными проволоками диаметром 0,5—1,6 мм при короткой дуге с напряжением 15—22 В. Во время короткого замы­кания капли расплавленного электродного металла переходит сварочную ванну.

Частота периодических замыканий дугового промежутка может изменяться в пределах 90—450 в секунду. Для каждого диаметра электродной проволоки в зависимости от его материала, защит­ного газа и т. д., существует диапазон сварочных токов, в котором м возможен процесс сварки с короткими замыканиями. При оптимальных параметрах процесса сварка возможна в различных пространственных положениях, а потери электродного метал­ла на разбрызгивание не превышают 7%. Периодиче­ские короткие замыкания могут осуществляться и принудительно (вибродуговая сварка)

Увеличение плотности сварочного тока и длины напряжения) дуги ведет к изменению характера расплавления и переноса электродного металла, перехода от варки короткой дугой с короткими за­мыканиями к процессу с редкими короткими замыканиями или без них. В сварочную ванну электродный металл перено­сится нерегулярно, отдельными крупными каплями различ­ного размера, хорошо заметными невооруженным глазом. При этом ухудшаются технологические свойства дуги, затрудняется сварка в потолочном положении, а потери электрод­ного металла на угар и разбрызгивание возрастают до 15%.

Для улучшения технологических свойств дуги применяют периодическое изменение ее мгновенной мощности — импульсно-дуговая сварка (рис. 11). Теплота, выделяемая основной дугой, недостаточна для плавления электродной проволоки со скоростью, равной скорости ее подачи. Вследствие этого длина дугового промежутка уменьшается. Под действием импульса тока про­исходит ускоренное расплавление электрода, обеспечивающее формирование капли на его конце. Резкое увеличение электро­динамических сил сужает шейку капли и сбрасывает ее в направлении сварочной ванны в любом пространственном по­ложении.

Рис.11 Изменение тока и напряжения дуги при импульсно-дуговой сварке;

I _п ,U _п – ток и напряжение основной дуги, I _и,U _и ток и напряжение дуги во время импульса, Т_п и Т_и – длительность паузы и импульса.

Можно использовать одиночные импульсы (рис. 11) или группу импульсов с одинаковыми и различными параметрами. В послед­нем случае первый или первые импульсы ускоряют расплавление электрода, а последующие сбрасывают каплю электродного ме­талла в сварочную ванну. Устойчивость процесса зависит от соот­ношения основных параметров (величины и длительности импуль­сов и пауз). Соответствующим подбором тока основной дуги и импульса можно повысить скорость расплавления электродной проволоки, изменить форму и размеры шва, а также уменьшить нижний предел сварочного тока, обеспечивающий устойчивое горение дуги.

При достаточно высоких плотностях постоянного по величине (без импульсов или с импульсами) сварочного тока обратной по­лярности и при горении дуги в инертных газах может наблю­даться очень мелкокапельный перенос электродного металла. Название «струйный» он получил потому, что при его наблюде­нии невооруженным глазом создается впечатление, что расплав­ленный металл стекает в сварочную ванну с торца электрода непрерывной струей. Изменение характера переноса электродного металла с капельного на струйный происходит при увеличении силы сварочного тока до «критического» для данного диаметра электрода.

Величина критического тока уменьшается при активировании электрода (нанесении на его поверхность тем или иным способом некоторых легкоионизирующих веществ), увеличении вылета электрода. Изменение состава защитного газа также влияет на величину критического тока. Например, добавка в аргон до 5% кислорода снижает значение критического тока. При сварке в угле­кислом газе без применения специальных мер получить струй­ный перенос электродного металла невозможно. Он не получен и при использовании тока прямой полярности.

При переходе к струйному переносу поток газов и металла от электрода в сторону сварочной ванны резко интенсифицируется благодаря сжимающему действию электромагнитных сил. В ре­зультате под дугой уменьшается прослойка жидкого металла, в сварочной ванне появляется местное углубление. Повышается теплопередача к основному металлу, и шов приобретает специ­фическую форму с повышенной глубиной проплавления по его оси. При струйном переносе дуга очень стабильна — колебаний сварочного тока и напряжений не наблюдается. Сварка возможна во всех пространственных положениях.

При сварке плавящимся электродом, так же как и при сварке неплавящимся электродом, внешние магнитные поля отклоняют дугу. Однако эффект от использования внешнего магнитного поля наблюдается при сварке длинной дугой и наиболее заметен при струйном переносе электродного металла. В этом случае расплавленный торец электрода колеблется синхронно с частотой внешнего магнитного поля. При поперечных колебаниях увели­чивается ширина шва и уменьшается глубина проплавления. В ре­зультате образующийся шов не имеет повышенной глубины про­плавления по его оси.

Изменять технологические характеристики дуги можно, ис­пользуя центральную подачу защитного газа с высокой скоростью. Высокие скорости истечения газа при обычных расходах дости­гаются применением сопл с уменьшенным выходным отверстием. Обдувание дуги газом способствует уменьшению ее поверхности, т.е сжатию. В результате ввод теплоты дуги в изделие стано­вится более концентрированным. Кинетическим давлением по­тока газа расплавленный металл оттесняется из-под дуги, и дуга углубляется в изделие. В результате глубина проплавления уве­личивается в 1,5—2 раза. Однако при этом повышается и воз­можность образования в швах дефектов.

В последние годы в отечественной и зарубежной практике находит применение способ сварки по узкому или щелевому зазору. При этом способе изделия толщиной до 200 мм без скоса кромок собирают с зазором между ними 6—12 мм. Сварку осу­ществляют на автоматах, плавящимся и неплавящимся электро­дом, одной или двумя последовательными дугами (при плавя­щемся электроде сварочные проволоки диаметром до 2 мм). При сварке сталей плавящимся электродом для защиты лучше исполь­зовать смесь из 75—80% аргона и 25—20% углекислого газа. Для сварки алюминия и его сплавов применяют смесь аргона и гелия. Разделку заполняют путем наложения одинаковых по сечению валиков . Метод характеризуется уменьшенной протяженностью зоны термического влияния и равномерной мелко­кристаллической структурой швов. Возможна сварка не только в нижнем, но и в других пространственных положениях.

Экономичность способа определяется уменьшением числа про­ходов в шве за счет отсутствия разделки кромок. Повышение производительности достигается также повышением скорости расплавления электродной проволоки с увеличенным вылетом. Нагрев электрода в вылете протекающим по нему сварочным током обеспечивает повышение коэффициента расплавления. Однако при этом уменьшается глубина проплавления, поэтому способ целесообразно применять для сварки швов, требующих большого количества наплавленного металла.

При сварке плавящимся электродом в защитных газах зави­симости формы и размеров шва от основных параметров режима такие же, как и при сварке под флюсом . Для сварки используют электродные проволоки малого диаметра (до 3 мм). Поэтому швы имеют узкую форму провара и в них может наблю­даться повышенная зональная ликвация. Применяя поперечные колебания электрода изменяют форму шва и условия кристаллизации металла сварочной ванны и умень­шают вероятность зональной ликвации. Имеется опыт примене­ния для сварки в углекислом газе электродных проволок диа­метром 3—5 мм. Сила сварочного тока в этом случае достигает 2000 А, что значительно повышает производительность сварки. Однако при подобных форсированных режимах наблюдается ухуд­шенное формирование стыковых швов и образование в них под­резов. Формирование и качество угловых швов вполне удовлет­ворительны.

Ввиду высокой проплавляющей способности дуги повышаются требования к качеству сборки кромок под сварку. Качественный провар и формирование корня шва обеспечивают теми же прие­мами, что и при ручной сварке или сварке под флюсом (подкладки флюсовые и газовые подушки и т. д.).

Величина вылета электрода должна соответствовать следующим значениям

Диаметр Эл. пр., мм 0,5 0,8 1,0 1,6 2,0

Вылет электрода, мм 5-7 6-8 8-10 10-12 12-14

Расстояние от сопла горелки до изделия обычно выдерживают в пределах 8-15мм. Токоподводящий наконечник должен находиться на уровне краев сопла или утапливаться до 3мм.

При сварке тонколистового металла электрод отклоняют от вертикали на 20-30⁰ в сторону направления сварки.