Особенности сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа — излагаем подробно

[desc][/desc]

Область применения метода

Этот метод применяется в основном для сваривания тонкостенных цветных металлов. Он используется в производстве велосипедов, изготовлении различных заготовок. С его помощью изготавливаются различные предметы интерьера из нержавеющей стали и других материалов. Последующая обработка шва делает его практически незаметным.

Ручной способ и сваривание в камере

Проводимая на аппаратах полуавтоматического типа, ручная дуговая сварка в защитном газе бывает двух видов: локальная и общая в камере. Самая распространенной является локальная защита в струе инертного газа, который истекает из сопла сварочной горелки.

Местная защитная среда позволяет варить изделия любой сложности и любых габаритов, но не дает стопроцентной гарантии. Надежная защита обеспечивается только в зоне ламинарного потока газа, где возникает турбулентность, происходит захват воздуха и в этой области качество шва резко падает. Поэтому задача сварщика заключается еще и в расположении сварочной ванны в зоне ядра потока.

Организация нейтральной среды в камере обеспечивает стопроцентную защиту и позволяет получить сварной шов требуемого качества.

В камере создается избыточное давление, где размещаются свариваемые детали и аппарат для сварки с проволокой. В камерах обычно производят сварку металлов высокой химической активности, типа молибдена или титана.

Сварку в защитном газе можно проводить плавящимся электродом и с таким же успехом – неплавящимся.

Сварка неплавящимися электродами

Схема сварки в среде защитного газа.

Неплавящиеся электроды активно применяются на крупных предприятиях:

• при необходимости осуществить сварку тонколистового металла;
• для проведения сварных работ со сталями всех классов, цветного металла, а также их сплавов;
• при необходимости получить высококачественные сварные соединения разнородных металлов.

Преимущества, которыми характеризуется сварка неплавящимся электродом:

• высокие показатели устойчивости дуги, вне зависимости от полярности тока;
• возможность получить швы с долей участия основного металла 0-100%;
• возможность регулировать химический состав и геометрию соединений при изменении скорости подачи, угла наклона, профиля, марки присадочного материала.

Недостатками такого метода сварных работ считаются следующие моменты:

• неважные показатели эффективности использования электроэнергии;
• необходимость применять специальные устройства для обеспечения начального возбуждения дуги;
• высокая скорость охлаждения изготовленных швов.

Но для полноценной характеристики сварки неплавящимся электродом важно понимать технологическую суть процесса. Операция осуществляется путем подачи защитного газа через сопло в зону дуги, которая горит между расходным материалом и изделием.

Газ выполняет защитную функцию, предохраняя несгораемые сварочные электроды и расплавленный основной металл от негативного влияния активных атмосферных газов. Кромки свариваемого изделия плавятся под воздействием теплоты дуги и образуют сварной шов, кристаллизируясь.

При использовании сварочного аппарата и неплавящихся электродов важно правильно установить полярность. Она может быть прямой или обратной. В первом случае нужно установить массу на минус, держатель – на плюс. Во втором масса устанавливается на плюс, а держатель – на минус.

Марка и назначение неплавящихся электродов.

От правильности выбора режима полярности зависит форма проваренного металла:

• работа с помощью постоянного тока при прямой полярности позволит создать глубокий и узкий сварной шов;
• широкого и поверхностного шва можно достичь путем выбора постоянного тока и обратной полярности.

Защитный газ для аргонодуговой сварки с применением электродов непременно должен демонстрировать инертность к рабочим металлам, поэтому при работе вольфрамовыми электродами в качестве такого вещества используют аргон, гелий, смесь аргона и гелия.

Если сварочные работы ведутся над проводами из меди или с помощью медных электродов со вставкой из гафния, можно воспользоваться азотом.

Важно! В случае использования при сварке дорогостоящих инертных газов, к примеру Ar или He, стоит создать комбинированную защиту. Это позволит расходовать газ рационально.

Если работать приходится с металлом большой толщины, то обеспечить плавление основного металла и получить актуальные геометрические параметры сварного шва можно при варении по зазору или с разделкой кромок с добавлением присадки.

Схема процесса

Какие газы применяют

Для защиты от воздействия воздуха применяют газ, которые условно разделяют на две группы инертные и химически активные.

Инертные газы всем хорошо известны – аргон, гелий и их сочетание. Вытесняя воздух из зоны окружения свариваемых заготовок, они не реагируют с металлом и не растворяются в нем.

Их применяют при сваривании алюминия, магния, титана и сплавов. В специальной литературе такой вид сварки с защитной средой из инертных газов обозначается как MIG (металл, инертный газ).

Если применять неплавящийся электрод для сварки в среде защитных газов, то такой процесс будет отлично подходить для соединения тугоплавких сталей, химически активных металлов или особо ответственных соединениях.

Сварка с активными газами получила название MAG сварки (металл, активный газ). К активным реактивам относят углекислоту, азот, водород, кислород.

Наибольшее распространение получила углекислота благодаря своей низкой стоимости. Для сравнения, азот стоит в 1,5 раза дороже, кислород в 3, водород в 4 раза, аргон и гелий в 45 и 156 раз соответственно.

Итоги

Применение неплавящихся электродов для дуговой сварки при работе с металлоконструкциями из алюминия, магния, их сплавов, никеля, нержавеющей стали, меди и ряда иных неферромагнитных металлов и позволяет получить действительно прочные и долговечные сварные швы.

Это крайне важно для таких производственных сфер, как металлургия, электрохимическая промышленность и электротермическое производство.

В углекислоте

Сварка полуавтоматом в углекислоте получила широкое применение из-за ее дешевизны. Углекислота, попадая в область расплава, защищает его от разрушающего воздействия воздуха.

Но из-за высокой температуры в районе сварочной ванны она разлагается на окись углерода и кислород, поэтому в области сваривания оказываются три газа: углекислота, окись углерода и кислород.

Чтобы не допустить окисления, в сварочную проволоку добавляют кремний и марганец, который реагирует с кислородом раньше железа. За счет этого гасятся реакции образования вредных окисей.

При этом углекислый газ сохраняет свои изолирующие свойства, а соединения кремния и марганца вступают в реакцию друг с другом, в результате чего получается легкое по плотности вещество, которое всплывает в расплаве. Образовавшийся шлак впоследствии легко удаляется.

Перед использованием углекислоты нужно обязательно удалить воду из баллона. Для этого его переворачивают и сливают воду, через 20 минут процедуру повторяют, в противном случае пары воды вызовут пористость шва.

Оборудование

В аппаратуре для производства сварочных работ в защитной среде в качестве источника питания чаще всего используют инверторы с широкой регулировкой величины сварочного тока.

Они снабжены устройством подачи сварочной проволоки и газовую систему с баллонами, шлангами, понижающими редукторами. Сварку плавящимся электродом в защитных газах ведут постоянным или импульсным высокочастотным током.

Главными параметрами, характеризующими оборудование, является ток, который можно изменять; напряжение для зажигания и стабильного горения дуги; скорость подачи проволоки, ее толщина. Режимы сварки полуавтоматом многообразны. В зависимости от свариваемых материалов сила тока и другие параметры могут значительно меняться.

Перед началом сварочных работ в защитном газе свариваемые поверхности требуется очистить от всевозможных загрязнений. В первую очередь необходимо очистить кромки от оксидной пленки, ржавчины, жира, масла. Для этого применяются стальные скребки, растворители, нетканые материалы.

Применение защитных газов требует соблюдения определенной последовательности операций. Сначала подается защитный газ, затем включается источник питания, начинает подаваться присадочная проволока и зажигается дуга, потом только начинается процесс сварки.

После гашения электродуги, еще 10-15 секунд в зону сварки подают инертный газ. Это делается для того, чтобы избежать пагубного влияния атмосферы на шов.

В зависимости от видов свариваемых металлов, их толщины используют различные защитные газы. Например, аргон обеспечивает стабильность электрической дуги, а гелий позволяет получать более глубокую проварку шва.

При сварке меди используется водород. Наиболее универсальным газом, который может использоваться практически при сварке любых металлов является аргон. Только его высокая стоимость вынуждает применять более дешевые газы типа углекислого или азота.

Как и электродуговую, в автоматическом режиме применяют технологию сварочного процесса в газовой среде. Она легко поддается автоматизации и используется в роботизированных комплексах в больших производствах. Полуавтоматы широко применяются в мелких мастерских и автосервисах.

Преимущества и недостатки

К преимуществам можно отнести:

• Минимальные деформации в свариваемых металлах из-за маленькой зоны прогрева;
• Высокое качество соединения, за счет защиты сварочной ванны аргоном, который вытесняет кислород;
• Скорость выполнения работ;
• Низкий порог вхождения, что позволяет быстро осваивать эту технику;
• Не требует трудозатрат на пост обработку шва;
• Более широкий спектр свариваемых материалов по сравнению с MMA;

Недостатки:

• Сложность работы на улице во время ветреной погоды. Ветер выдувает защитный газ из зоны сварки, бороться с этим можно используя заграждения либо увеличивая подачу газа, что приведет к его увеличенному расходу;
• Требуется более качественная подготовка металлов перед сваркой в сравнении MMA;
• Конструкция горелки делает не очень удообным сваривание деталей под острым углом;
• После розжига вне зоны сварки остается след, который необходимо зачищать;

В азотной среде

Азот используют при сваривании деталей из меди и нескольких видов нержавеющей стали. Это обусловлено тем, что азот не реагирует с медью. В качестве электродов используются графитовые или угольные прутки, применение вольфрамовых прутков приводит к их перерасходу из-за образования легкоплавких соединений.

Работают на токах 150-500 А и напряжении дуги 22-30 В. Расход азота находится в пределах 3-10 л/мин. Газ хранится в баллонах при давлении 150 атмосфер.

Сварочное оборудование ничем не отличается от других видов сварки использующих газы, только в горелке предусмотрено специальное крепление для угольного электрода.

Сфера применения

Во многих отраслях промышленности GTAW используется для сварки тонких заготовок, в первую очередь из цветных металлов. Эта технология находит всё более и более широкое применение при изготовлении космических транспортных средств, и часто также применяется для сварки тонкостенных трубок малого диаметра, подобных используемым в производстве велосипедов. Кроме того, GTAW часто используется для создания заготовок, или же для первого прохода при сварке трубопроводов различных диаметров. Процесс также широко используют при работах по обслуживанию и ремонту, например, при ремонте инструментов и приборов, в первую очередь это относится к деталям, изготовленным из алюминия и магния.

Поскольку металл при данном методе не переносится напрямую электрической дугой, здесь становится доступным обширный ассортимент металлов, используемых в качестве присадочных материалов. Фактически, никакой другой процесс сварки не позволяет сварку столь широкой номенклатуры сплавов при самых разнообразных конфигурациях изделий. Сплавы металлов для присадочных прутков, такие как элементарные алюминий и хром, из-за испарения под воздействием электрической дуги могут просто улетучиться. Но этого не произойдёт в случае использования процесса GTAW. Поскольку изделия, полученные в результате сварки, будут иметь тот же самый или близкий химический состав, что и оригинальный основной компонент (или соответствующие основные компоненты) сплава, сварка, полученная по методу GTAW получается очень стойкой к коррозии и механическим повреждениям в течение длительных периодов времени, что т.о. делает данную технологию почти незаменимым выбором для столь ответственных операций, как заваривание контейнеров с отработанным ядерным топливом перед их захоронением.

Безопасность

Сварщик в процессе проведения работ должен пользоваться защитной спецодеждой, включая костюм сварщика, состоящий из штанов и куртки с длинными рукавами,перчаток и маски и для защиты от жёсткого ультрафиолета. В связи с тем, что при GTAW не испускается дым, который при обычной дуговой сварке является продуктами реакции флюса с кислородом воздуха и свариваемыми изделиями, то здесь при горении электрической дуги не образуется газообразных и твердых частиц (шлака); но сама дуга горит много ярче, чем при обычной дуговой сварке, подвергая оператора воздействию жёсткого ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовое излучение дуги может иметь различные уровни и длины волн, в отличие от солнечного ультрафиолета; но ввиду того, что сварщик присутствует непосредственно вблизи источника излучения, его интенсивность будет очень сильной.

Горящая дуга способна потенциально нанести вред здоровью, в том числе яркими вспышками повредить зрение (электроофтальмия) нанести повреждение коже, подобно сильному загару. Для защиты от нежелательных воздействий ультрафиолета сварщики надевают непрозрачные шлемы с темными стёклами, полностью покрывающие голову и и шею. Современные шлемы часто снабжены жидкокристаллическими самозатемняющимися (фотохромными) стёклами, которые самозатемняются под воздействием яркого света сварочной дуги. Кроме того, для защиты находящихся неподалёку рабочих и других людей от ультрафиолетового излучения сварочной дуги часто используются прозрачные сварочные экраны (щитки), изготовленные из поливинилхлоридной плёнки.

Сварщику также часто приходится иметь дело с опасными газами и макрочастицами. Несмотря на то, что в процессе сварки не испускается дыма, яркая дуга в процессе GTAW может пробить окружающий воздушный промежуток, образуя озон и оксиды азота. Озон и оксиды азота реагируют с тканью легких, из-за чего во влажной среде происходит реакция образования азотной кислоты, а также горения озона. Хотя воздействия перечисленных процессов и умеренны, однако их продолжительное воздействие, а также неоднократное периодическое воздействие могут вызвать эмфизему и отек легких, что может привести к преждевременной смерти. Поэтому необходимо контролировать параметры воздуха в помещении, где производятся работы. Точно так же дуга, благодаря её высокой температуре, может вызвать образование ядовитых газов и токсичных соединений из материалов, применяемых в целях очистки и обезжиривания места сварки. Поэтому вблизи места сварки нельзя производить операции по очистке с использованием этих агентов, а также требуется надлежащим образом обеспечить необходимую вентиляцию для защиты сварщика.

Литература

• Cary, Howard B. & Helzer, Scott C. (2005), Modern welding technology, Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Education, ISBN 0-13-113029-3
• Jeffus, Larry F. Welding: Principles and applications. — Fourth. — Thomson Delmar, 1997. — ISBN 978—4.
• Jeffus, Larry. Welding: Principles and applications. — Fifth. — Thomson Delmar, 2002. — ISBN -2.
• Lincoln Electric. The procedure handbook of arc welding. — Cleveland : Lincoln Electric, 1994. — ISBN 99949-25-82-2.
• Miller Electric Mfg Co. Guidelines For Gas Tungsten Arc Welding (GTAW). — Appleton, Wisconsin : Miller Electric Mfg Co, 2013. Архивная копия от на Wayback Machine
• Minnick, William H. Gas tungsten arc welding handbook. — Tinley Park, Illinois : Goodheart–Willcox Company, 1996. — ISBN 1-56637-206-2.
• Watkins, Arthur D. & Mizia, Ronald E, Optimizing long-term stainless steel closure weld integrity in DOE standard spent nuclear canisters, ASM International
• Дуга электрическая — статья из Большой советской энциклопедии. 

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...

Читайте также:

Особенности сварки на основе плазмы R... Сварочная проволока — разновидности и ос... Виды и особенности аппаратов для контакт... Как выбрать сварочный аппарат для дачи и...