Лекция 6 Аргонодуговая сварка

Аргонодуговая сварка - дуговая сварка, при которой в качестве защитного газа используется аргон. Применяют аргонодуговую сварку неплавящимся вольфрамовым и плавящимся электродами. Аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом может быть ручной и автомати­ческой. Сварка возможна без подачи и с подачей присадочной проволо­ки. Этот процесс предназначен главным образом для металлов толщи­ной менее 3-4 мм. Большинство металлов сваривают на постоянном то­ке прямой полярности. Сварку алюминия, магния и бериллия ведут на переменном токе.

При прямой полярности (плюс на изделии, минус на электроде) лучше условия термоэлектронной эмиссии, выше стойкость вольфрамо­вого электрода и допускаемый предельный ток. Допускаемый ток при использовании вольфрамового электрода диаметром 3 мм составляет ориентировочно при прямой полярности 140-280 А, обратной - только 20-40 А, при переменном токе - промежуточное значение 100-160 А. Дуга на прямой полярности легко зажигается и горит устойчиво при на­пряжении 10-15 В в широком диапазоне плотностей тока.

При обратной полярности возрастает напряжение дуги, уменьша­ется устойчивость ее горения, резко уменьшается стойкость электрода, повышаются его нагрев и расход. Эти особенности дуги обратной по­лярности делают ее непригодной для непосредственного применения в сварочном процессе. Однако дуга обратной полярности обладает важ­ным технологическим свойством: при ее действии с поверхности свари­ваемого металла удаляются окислы и загрязнения. Это явление объяс­няется тем, что при обратной полярности поверхность металла бомбар­дируется тяжелыми положительными ионами аргона, которые, переме­щаясь под действием электрического поля от плюса (электрод) к минусу (изделие), разрушают окисные пленки на свариваемом металле, а выхо­дящие с катода (поверхности изделия) электроны способствуют удале­нию разрушенных окисных пленок. Этот процесс удаления окислов на­зывается катодным распылением. Указанное свойство дуги обратной полярности используют при сварке Аl, Мg, Ве и их сплавов, имеющих прочные окисные пленки. Но так как при постоянном токе обратной по­лярности стойкость вольфрамового электрода низка, то для этой цели используют переменный ток. При этом удаление пленки, т.е. катодное распыление, происходит, когда свариваемое изделие является катодом. Таким образом, при сварке неплавящимся электродом на переменном токе в определенной степени реализуются преимущества дуги прямой и обратной полярности, т.е. при этом обеспечивается и устойчивость электрода и разрушение окисных пленок.

Технология аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом. На рисунке 14 дана характерная циклограм­ма процесса аргонодуговой сварки вольфрамовым элек­тродом. На циклограмме по­казано изменение основных параметров процесса ручной сварки: сварочного тока I _СВ напряжения дуги U _д, скорости подачи присадочной проволо­ки V im, скорости сварки v_СВ, расхода аргона Q _r, дополни­тельного параметра - напря­жения осциллятора U _ОСц в течение цикла сварки t. Газ подают за 10-15 с до начала горения дуги, давление газа составляет (1,1-1,3)-10⁵ Па, средний расход газа для за­щиты зоны сварки - 10-15 л/мин, для обратной стороны шва - 30-50% от основного расхода.

I _св - сварочный ток, U _д - напряжение дуги, V _св - скорость сварки, Q _z - расход защитного газа, U _осц - напряжение осциллятора

Рисунок 14. Циклограмма сварки в за­щитных газах неплавящимся электродом

Дуга возбуждается замыканием электрода и металла угольным стержнем или кратковременным разрядом высокой частоты и напряже­ния с помощью осциллятора.

Ручную сварку выполняют наклонной горелкой углом вперед, угол наклона к поверхности изделия составляет 70-80°. Присадочную проволоку подают под углом 10-15° (рис. 2.60). По окончании сварки дугу постепенно обрывают для заварки кратера, при ручной сварке - ее постепенным растяжением, при автоматической - специальным устрой­ством заварки кратера, обеспечивающим постепенное уменьшение сва­рочного тока. Для защиты охлаждающегося металла подачу газа пре­кращают через 10-15 с после выключения тока.

Примерный режим ручной аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом стыкового соединения из высоколегированной стали тол­щиной 3 мм: диаметр вольфрамового электрода 3-4 мм, диаметр приса­дочной проволоки 1,6-2 мм, сварочный ток 120-160 А, напряжение на дуге 12-16 В, расход аргона 6-7 л/мин.

Аргонодуговой сваркой выполняют швы стыковых, тавровых и угловых соединений. При толщине листа до 2,5 мм целесообразно сва­ривать с отбортовкой кромок, при малой величине зазора (0,1-0,5 мм) можно сваривать тонколистовой металл толщиной от 0,4 до 4 мм без разделки кромок. Допустимый зазор тем меньше, чем меньше толщина свариваемого материала. Листы толщиной более 4 мм сваривают встык с разделкой, при этом допустимый зазор должен быть не более 1,0 мм.

Разработано несколько разновидностей аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом, основанных на увеличении проплавляющей способности дуги за счет увеличения интенсивности теплового и сило­вого воздействия дуги на свариваемый металл. К этим разновидностям относятся: сварка погруженной дугой, с применением флюса, при по­вышенном давлении защитной атмосферы, импульсно-дуговая, плаз­менная сварка.

Сварка погруженной дугой. С увеличением диаметра электрода и силы тока увеличиваются давление дуги и удельное количество вводи­мой теплоты. Под давлением дуги происходит оттеснение под электро­дом жидкого металла. Дуга при этом погружается в сварочную ванну, а поддержание заданного напряжения (длины дуги) достигается опуска­нием электрода ниже поверхности свариваемого металла. Глубина проплавления достигает 10-12 мм и выше, расход аргона в сопло горелки составляет 15-20 л/мин, в приставку для защиты остывающего шва15-30 л/мин и на обратную сторону шва 6-10 л/мин.

Сварка с применением флюса. Нанесение на поверхность свари­ваемого металла слоя флюса небольшой толщины (0,2-0,5 мм), состоя­щего из соединений фтора, хлора и некоторых окислов, способствует повышению сосредоточенности теплового потока в пятне нагрева и увеличению проплавляющей способности дуги. При этом благодаря концентрации тепловой энергии повышается эффективность проплавления, и снижаются затраты погонной энергии при сварке.

Сварка при повышенном давлении защитной атмосферы. Мощ­ность дуги возрастает с увеличением давления защитной атмосферы при неизменном токе и длине дуги. Дуга при этом сжимается, благодаря че­му увеличивается ее проплавляющая способность примерно на 25-60%. Этот способ можно использовать при сварке в камерах с контролируе­мой атмосферой.

Импульсно-дуговая сварка вольфрамовым электродом заключает­ся в применении в качестве источника теплоты импульсной (пульси­рующей) дуги с целью концентрации во времени теплового и силового воздействия дуги на основной и электродный металл. При стесненном теплоотводе полнее используется теплота на расплавление основного металла, чем при сварке постоянной дугой.

Дуга пульсирует с заданным соотношением импульса и паузы (рис.15). Сплошной шов получается расплавлением отдельных точек с определенным перекрытием. Повторные возбуждения и устойчивость дуги обеспечиваются благодаря горению маломощной дежурной дуги (10-15% от силы тока в импульсе). Наряду с силой тока, напряжением, скоростью сварки к основным параметрам импульсно-дуговой сварки относятся длительность импульса (t _СВ) и паузы (t n), длительность цикла сварки t cB+ t _П и шаг точек h. Изменяя параметры режима импульсно-дуговой сварки, можно в широких пределах изменять кристал­лизацию металла и таким образом влиять на свойства сварных соедине­ний. Технологические преимущества сварки импульсной дугой вольф­рамовым электродом в наибольшей степени проявляются при сварке тонколистовых материалов: практически отсутствуют дефекты форми­рования шва, провисание и подрезы, улучшаются условия формирова­ния шва в различных пространственных положениях, снижаются требо­вания к квалификации сварщика при ручной сварке.

Так как для сварки металла определенной толщины требуется значительно меньшая погонная энергия, существенно уменьшаются де­формации и прожоги тонколистовых материалов. Таким образом, импульсно-дуговая сварка вольфрамовым электродом предназначена глав­ным образом для регулирования проплавления основного металла и формирования шва при сварке тонколистового металла.

I _св - сварочный ток, I _деж - ток дежурной дуги, t _п - время паузы, t _св - время сварки

Рисунок 15. Изменение сварочного тока и напряжения при импульсной сварке вольфрамовым электродом (а) и вид швов (б, в)

Дата добавления: 2015-08-20