Сварка в газах

где:

Iсв ток сварки,

Uд напряжение дуги,

Q количество  наплавленного металла в единицу  времени,

ψ коэффициент  потерь металла на разбрызгивание,

Анб коэффициент набрызгивания, определяющий трудозатраты на удаление брызг с поверхности свариваемых деталей.

Влияние состава газовой смеси на свойства металла шва наглядно представлено в Таблице 2:

Таблица 2. Влияние газовой смеси на свойства металла (сварка проволокой Св-10ГСМТ ø 1,4 мм, ток сварки 250А, напряжение дуги 23-25 В) 

 

 

 где:

σ_т предел текучести,

σ_в предел прочности,

δ относительное  удлинение,

ψ относительное  укорочение,

KCU ударная  вязкость.

Для каждой из этих смесей рекомендуются свои режимы сварки (см. Таблицу 3), учитывающие особенности химико-металлургических процессов, происходящих в сварочной ванне, в которых участвуют составляющие газовых смесей (углекислый газ и кислород).

Таблица 3. Рекомендуемые газовые смеси  при полуавтоматической сварке плавящимся электродом различных типов и  толщин материалов

 

    

Если  сравнить два способа защиты сварочной  ванны (чистый углекислый газ или  аргонсодержащие многокомпонентные газовые смеси), то можно сделать выводы в пользу применения многокомпонентных газовых смесей. Использование газовых смесей имеет следующие преимущества:

- за  счет более высокой температуры  дуги повышается производительность  сварки не менее чем в полтора  раза при сохранении неизменной  потребляемой электрической мощности (то есть обеспечивается снижение  удельных энергозатрат примерно в 1,3 раза), а по сравнению с ручной дуговой сваркой покрытым электродом повышение производительности составляет уже не менее 1,5 × 2,6 = 4 раза (при этом удельные энергозатраты снижаются примерно в 2 - 4 раза);

- за  счет появления мелкокапельного  или струйного переноса в 1,5 - 3 раза снижается разбрызгивание  электродного металла и в 8 - 10 раз снижается набрызгивание  электродного металла на сварной  шов и околошовную зону, что определяет трудозатраты на удаление брызг с поверхности свариваемых деталей;

- увеличивается  глубина проплавления при одновременном  уменьшении ширины наплавленного  валика («кинжальное» проплавление); - более плавной становится линия  перехода от наплавленного металла  к основному металлу, что уменьшает  вероятность образования очагов  трещинообразования в зоне сплавления;

- механические  свойства сварного соединения  остаются на том же уровне, как и при сварке в углекислом  газе, за исключением относительного  удлинения δ, которое увеличивается  примерно на 10% и ударной вязкости KCU, которая увеличивается существенно,  от 1,5 до 2 раз, в зависимости от  типа применяемой газовой смеси  (это имеет огромное значение  для металлоконструкций, работающих  на открытых площадках в условиях  отрицательных температур);

- стабилизируется  процесс сварки и улучшается  качество металла шва (снижение  пористости и неметаллических  включений); - снижается общий расход  газовой смеси за счет большей  эффективности газовой защиты; - для сварки металлоконструкций  с использованием газовых сварочных  смесей возможно применение углекислотных  сварочных полуавтоматов и автоматов  любого производства

Защитные  сварочные газовые смеси промышленно  выпускаются на заводах по производству технических газов и поставляются в стандартных газовых баллонах различной емкости. Однако в последнее  время некоторые потребители  предпочитают самостоятельно производить  сварочные смеси; это связано  илис тем, что стандартно выпускаемые газовые смеси не удовлетворяют их по своему качеству (большой разброс процентного соотношения компонентов смеси, высокое содержание влаги и различных примесей), или с необходимостью применения нестандартных смесей (например, многокомпонентных). Естественно, в этом случае появляется необходимость в применении специальных приборов для качественного смешивания компонентов смеси.

Как правило, в газовых смесителях используется принцип подмешивания одного компонента смеси к другому (или другим) при  условии выравнивания давления различных  компонентов. Наиболее часто используются двух-, трех- и четырех компонентные смесители. Можно рассмотреть работу двухкомпонентного смесителя как  наиболее простого (Рис. 7). Смешиваемые  газы (например, аргон и углекислый газ как наиболее часто используемые в защитных смесях) подаются во входные  камеры 1 и 2, имеющие предварительные  регуляторы входного давления и встроенные фильтры. Из входных камер компоненты поступают в двухкамерный редуктор 8, в котором происходит окончательное  выравнивание давления компонентов  смеси с высокой точностью. После выравнивания давления компоненты поступают в блок смешивания 12; при этом регулятор пропорции смешиваемых газов 10 постоянно контролирует процентное соотношение компонентов смеси (в процентах от объема) при помощи регулятора пилотного газа 7 (пилотный газ - один из газовых компонентов смеси, используемых в процессе смешения; выступает в роли наполнителя в двухкамерных редукторах выравнивание давления). Поступление компонентов смеси в блок смешивания осуществляется через калиброванные отверстия, размер которых точно соответствует типу компонента (вот почему производители газовых смесителей требуют указывать, для каких газов будет применяться смеситель).

Затем через электромагнитный клапан 13 смесь  поступает в регулятор 15, который  сглаживает броски давления и подается в буферную емкость для подачи в магистральную сеть. Манометр/расходомер 14 отображает значения давления и расхода  готовой смеси на выходе смесителя.

Система сигнализации смесителя, работающая совместно  с реле давления, контролирует уровень  давления газов на входе в смеситель. Сигнализация срабатывает, если уровень  давления хотя бы одного из смешиваемых газов падает ниже установленного минимума. При этом срабатывает выключатель и смеситель отключается.

Регулировка производительности смесителя осуществляется изменением входного давления компонентов  смеси и изменением выходного  давления готовой смеси. Соотношение  компонентов смеси регулируется регулятором пропорции смешиваемых  газов, который установлен обычно на лицевой панели смесителя и проградуирован в процентах одного из компонентов  смеси (на трех- и много компонентных смесителях установлено несколько  регуляторов пропорции). Смесители  могут быть установлены на ресиверы (для создания запаса готовой смеси).

Серийно выпускаемые смесители, как правило, являются стационарными, и в зависимости  от производительности (от 1,2 до 600 м3/час  и более), способны обеспечить защитными  газовыми смесями от 1 до 500 постов полуавтоматической сварки.

Установка смесителей в магистральную сеть похожа на подключение компрессора  в системе сжатого воздуха. Пример такой сети показан на Рис. 10.

Существуют  и более простые однопостовые смесители, устанавливаемые непосредственно  на газовые баллоны (Рис. 11.). Примером может служить смеситель ВМ-2М, производимый компанией WITT Gasetechnik (Германия). Этот смеситель устанавливается непосредственно на углекислотный баллон; аргон также подается напрямую по шлангу высокого давления. Принцип действия смесителя основан на инжекции углекислого газа в поток аргона через калиброванное отверстие, позволяющее точно дозировать пропорции компонентов смеси. Смеситель ВМ-2М позволяет подмешивать в аргон до 25% углекислого газа, выдерживая точность соотношения газов до ± 0,1%. Выход смесителя оттарирован как расходомер с пределами регулирования от 0 до 25 л/мин. Смеситель ВМ-2М позволяет отказаться от использования баллонных регуляторов давления и может быть рекомендован для применения как на небольших производствах, так и на крупных предприятиях для однопостовой подачи газовых смесей (например, в случаях, когда на каждом сварочном посту необходимо иметь газовую смесь индивидуального состава).

IV. Сварка порошковыми  проволоками - метод  FCAW

Технологию MIG/MAG сварки порошковыми проволоками  трудно назвать новой, но в отечественной  промышленности она до сих пор  не получила распространения, несмотря на свои очевидные преимущества перед MIG/MAG сваркой проволоками сплошного  сечения. Скорее всего, это связано  с тем, что в СССР не было промышленного  производства качественных порошковых проволок, хотя исследования и разработки в этом направлении проводились  в ИЭС им. Патона, НИКИМТ, НИИМонтаж, ЦНИИКМ «Прометей», ЦНИИЧермет.

В принятой международной системе обозначений  методов сварки MIG/MAG сварка порошковыми  проволоками обозначается FCAW - Flux Core Arc Welding.

Порошковая  проволока представляет собой гибкую трубку, свернутую из тонкой качественной стальной ленты (часто подвергнутой электропереплаву или отжигу в вакууме или контролируемой атмосфере), которая заполняется порошкообразной шихтой, состоящей из легирующих, раскисляющих и защитных компонентов и компонентов для стабилизации дуги. По своим сварочным свойствам порошковые проволоки больше схожи со штучными покрытыми электродами для ММА сварки и состав шихты схож с составом их покрытия. Многие порошковые проволоки, содержащие в шихте большое количество защитных элементов, предназначены для сварки без защитного газа - так называемая сварка открытой дугой - и носят название самозащитных.