Сварка в защитных газах

Для сварки угле­родистых сталей в качестве защитного газа используют угле­кислый газ, реже смеси инертного газа с кислородом или угле­кислым газом; инертные газы (аргон) практически не используют.

Сварку в атмосфере инертных газов вольфрамовым электродом применяют для металла толщиной до 2 мм. Часто для исключения присадочной проволоки сваривают соединения с отбортовкой кромок.

В качестве защитного газа используют в основном аргон, для повышения стабильности горения дуги, улучшения формирования шва и понижения чувствительности процесса к пористости из-за водорода применяют аргон с добавкой кислорода (до 5%) или углекислого газа (до 10%).

Сварку плавящимся электродом применяют для металла тол­щиной более 0,8 мм. Диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла в пределах 0,5—3 мм.

Сварку в атмосфере углекислого газа широко используют при изготовлении изделий из углеродистых сталей. В зависимости от толщины свариваемого металла применяют или неплавящийся— угольный или графитовый электрод (для толщин до 2 мм), или плавящийся электрод (для толщин свыше 0,8 мм).

Углекислый газ обеспечивает защиту металла в зоне сварки от атмосферы воздуха, но в то же время окисляет защищаемый металл. Окисление жидкого металла происходит в результате непосредственного взаимодействия металла с углекислым газом, а также с кислородом, образующимся в результате диссоциации углекислого газа:

Окисление жидкого металла вызывает большие потери леги­рующих элементов из капель электродного металла, приводит к повышению содержания кислорода в металле сварочной ванны. В результате возрастает вероятность образования пор из-за выделения окиси углерода в процессе кристаллизации и сни­жаются механические свойства металла шва.

Образование пор из-за выделения окиси углерода при сварке углеродистых сталей предотвращается, если металл шва содержит до 0,12—0,14% С, не ниже 0,17—0,20% Si, не ниже 0,5—0,8% Мп. При этом металл шва характеризуется малой склонностью к об­разованию кристаллизационных трещин и достаточно высокими механическими свойствами. Увеличение содержания углерода приводит к повышению вероятности образования кристаллиза­ционных трещин. Повышение содержания кремния сверх 0,45% понижает пластические свойства металла шва и также увеличи­вает вероятность образования кристаллизационных трещин. Ве­роятность их образования снижается при повышении содержания марганца до 1,2%.

В большинстве случаев при сварке низкоуглеродистых сталей беспористые швы указанного выше состава получают при приме­нении кремнемарганцовистых электродных проволок Св-08Г2С и Св-08ГС, обеспечивающих малую загрязненность металла шва окисными включениями. Содержание окисных включений при сварке низкоуглеродистой стали проволокой Св-08ГС состав­ляет 0,014%, а проволокой Св-08Г2С 0,009%. Меньшая загряз­ненность металла шва окисными включениями при сварке низко­углеродистой стали проволокой Св-08Г2С обусловлена более рациональным содержанием кремния и марганца в металле шва (0,23% Si, 0,72% Мп), при котором продукты раскисления фор­мируются в виде жидких силикатов.

Процесс дуговой сварки в атмосфере углекислого газа менее чувствителен к ржавчине на свариваемых кромках по сравнению со сваркой под флюсом. Это обусловлено оттеснением газовой струей влаги, испаряющейся при сварке из ржавчины, и окисли­тельными свойствами газовой среды. Однако подобный эффект достигается при использовании углекислого газа с малым содер­жанием паров воды. Использование углекислого газа с повышен­ным содержанием паров воды может привести к образованию пор в швах и снижению пластических свойств металла шва. В подоб­ных случаях необходима предварительная осушка газов. Обычно для этой цели используют поглотители (хлористый кальций, силикагель и др.).

На свойства металла шва (образование пор, механические свойства) большое влияние оказывают также загрязнения, имею­щиеся на поверхности электродной проволоки: технологическая смазка (чаще всего мыло), антикоррозионная смазка (обычно нитрит натрия), ржавчина. Наиболее рациональный способ уда­ления поверхностных смазок — прокалка проволоки при тем­пературе 150—250° С в течение 1,5—2 ч. Ржавчину удаляют трав­лением или зачисткой перед прокалкой.

Образование пор при сварке в углекислом газе возможно при нарушении газовой защиты: при чрезмерном удлинении дуги, наличии сквозняков, значительных зазоров в соединениях. Нару­шение защиты приводит к повышению содержания кислорода и азота в металле шва и образованию пористости.

Для сварки в углекислом газе используют проволоки рутилфлюоритного (ПП-АН4, ПП-АН9 и др.) и рутилового (ПП-АН8 и др.) типов. Применение порошковой проволоки взамен про­волоки сплошного сечения позволяет также повысить устойчи­вость горения дуги, уменьшить разбрызгивание электродного металла, повысить пластические свойства металла и улучшить формирование швов. При применении порошковой проволоки необходимо иметь в виду, что увлажнение материала сердечника проволоки может привести к образованию пор. Прокалка про­волоки при температуре 240—250°С позволяет предотвратить развитие указанных дефектов. При этом обеспечивается также удаление с поверхности проволоки технологической смазки.

Сварку в атмосфере углекислого газа угольным или графитовым электродом выполняют на постоянном токе прямой полярности.

При сварке на обратной полярности наблюдается науглерожи­вание металла шва. Сварку плавящимся электродом выполняют на постоянном токе обратной полярности-. При сварке на прямой полярности снижается стабильность горения дуги и повышается разбрызгивание электродного металла.

При сварке в углекислом газе наблюдается повышенное по сравнению с другими способами сварки разбрызгивание элек­тродного металла (даже при сварке на обратной полярности при достаточной плотности тока). Некоторая часть капель расплавлен­ного металла, вылетающих из зоны сварки, прилипает или сплав­ляется со свариваемой деталью, соплом горелки и токоподводящим мундштуком. Налипание капель на поверхность сопла и токоподводящего мундштука может нарушить равномерную по­дачу электродной проволоки, ухудшить газовую защиту, поэтому необходимо периодически очищать сопло и токоподводящий мунд­штук от брызг. В некоторых случаях требуется удаление прилип­ших капель с поверхности изделия.

Снижению разбрызгивания электродного металла способ­ствуют увеличение тока, уменьшение диаметра электродной про­волоки и напряжения дуги. Для уменьшения прилипания капель к деталям горелки и поверхности свариваемого изделия иногда применяют противопригарные смазки, например, алюминиевую пудру, замешенную на жидком стекле, или смесь циркона с жид­ким стеклом и др.

Добавки в углекислый газ аргона (75% Ar, 25% CO₂) (иногда в эту смесь вводят кислород) изменяют технологические свойства дуги (глубину проплавления и форму шва, стабильность дуги и др.) уменьшают разбрызгивание электродного металла и позволяют регулировать концентрацию легирующих элементов в металле шва.

В таблице 2 приведены режимы механизированной и автоматической сварки в углекислом газе

Таблица 2 -Режимы механизированной и автоматической сварки в углекислом газе