Механизированная дуговая сварка

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Механизированная сварка в среде защитных газов

Механизированной (полуавтоматической) дуговой сваркой называется дуговая сварка, при которой подача плавящегося электрода или присадочного металла или относительное перемещение дуги и изделия выполняется с помощью механизмов.

При механизированной сварке в качестве плавящегося электрода используется проволока сплошного сечения, порошковая и самозащитная порошковая проволока. В случае применения проволоки сплошного сечения или порошковой проволоки для защиты сварочной дуги и наплавленного металла применяются защитные газы. Защитный газ, обтекая зону дуги, защищает её от окружающей среды. При отсутствии специальных защитных мер химический состав и механические свойства наплавленного металла резко ухудшаются. Теплотой дуги расплавляется основной и присадочный металл. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует шов. Схема подачи защитного газа показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема подачи защитного газа в зону сварки: 1 - сопло; 2 - электрод; 3 - зона дуги; 4 - защитный газ; 5 - расплавленный металл сварочной ванны; 6 - свариваемое изделие

Сварка в среде защитных газов согласно AWS АЗ.О «Термины и определения» обозначается как GMAW - gas metal arc welding.

В качестве защитных газов применяют инертные (аргон и гелий) газы. Данный вид сварки обозначается как MIG (metal inert gas). А также активные (углекислый газ, водород, кислород и азот) газы или их смеси (Аг + Не, Аг + С02, Аг + 02, СОг + 02 и др.). Данный вид сварки обозначается как MAG (metal active gas). Выбор защитного газа зависит от свариваемого материала и применяемого электрода.

В инертных газах (аргоне, гелии) и их смесях сваривают нержавеющие, жаропрочные и другие стали, цветные металлы (титан, никель, медь, алюминий). Инертные газы не взаимодействуют с расплавленным металлом и его окислами, они только защищают зону дуги и жидкую сварочную ванну от кислорода и азота воздуха.

Сварка в инертных газах применяется в тех случаях, когда сварка другими методами дает худшие результаты или вообще не может быть использована.

Механизированная дуговая сварка в среде С02 плавящимся электродом относится к MAG сварке, получила широкое распространение в промышленности при сварке углеродистых, низколегированных и других сталей.

Наибольшее применение сварка в С02 нашла в судостроении, машиностроении, строительстве трубопроводов, при выполнении монтажных работ, изготовлении котлов и аппаратуры различного назначения и т.д.

Основные преимущества:

- высокая производительность сварки, которая достигается вследствие хорошего использования тепла сварочной дуги;

- высокое качество сварных швов;

- возможность сварки в различных пространственных положениях с применением полуавтоматической и автоматической сварки;

- низкая стоимость защитного газа;

- возможность сварки на весу без подкладки.

- требуется менее квалифицированный персонал по сравнению с ручной сваркой.

Какие факторы влияют на степень окисления:

При сварке в среде СO2 под воздействием высокой температуры дуги молекулы СO2 диссоциируют полностью по реакции:

Поэтому при сварке в среде СO2 происходит окисление атомов элементов (С , Fe, Mn , Si и др.), содержащихся в электродной проволоке и в основном металле.

Выделение газообразной окиси углерода из жидкого металла вызывает «кипение» сварочной ванны и приводит к образованию пор.

Для повышения количества марганца и кремния в металле шва, уменьшающегося в результате угара, и подавления реакции окисления углерода при сварке в углекислом газе применяют электродную проволоку с повышенным содержанием марганца и кремния.

На степень окисления углерода, кремния и марганца при сварке в углекислом газе влияют: напряжение, величина и полярность сварочного тока, а также диаметр электродной проволоки. С повышением напряжения окисление увеличивается, а при возрастании сварочного тока и уменьшении диаметра проволоки (повышении плотности тока) - уменьшается. Сварка на постоянном токе обратной полярности дает меньшее окисление, чем на токе прямой полярности. При сварке проволокой диаметром 0,5 - 1,0 мм происходит значительно меньшее окисление элементов, чем при сварке проволокой больших диаметров. Поэтому более тонкая проволока обеспечивает получение плотных швов.

2. Установка для механизированной сварки А-547-Р

Установка А-547-Р предназначена для электродуговой сварки плавящимся стальным электродом в среде углекислого газа, стыковых, нахлёстанных и угловых соединений. В установке используется электродная проволока диаметром 0,8 1,0 мм марки Св-08ГС, Св-08Г2С и др.

Сварочная установка состоит из пункта электрогазового питания и полуавтомата.

Пункт электрогазового питания включает в себя двухпостовой сварочный преобразователь (или выпрямитель) и рампу из шести баллонов с углекислым газом для питания двух сварочных постов, установленных на общей раме, источник тока размещен под защитным кожухом. Для сварки в углекислом газе применяют также специальные генераторы, имеющие жесткую или пологопадаюшую характеристику и хорошие динамические свойства, характеризуемые быстрым нарастанием сварочного тока в момент короткого замыкания.

Углекислотная рампа состоит из шести баллонов, коллектора, подогревателя газа, осушителя и редуктора. Газ через коллектор поступает в электроподогреватель, осушитель и в редуктор для понижения давления газа. Подготовленный рабочий газ по шлангу подается на горелку полуавтомата.

Двухпостовой полуавтомат А-547-Р состоит из двух переносных механизмов подачи электродной проволоки, двух горелок со шлангами, пусковых кнопок и пультов управления. Переносный механизм подачи проволоки собран в небольшом чемодане вместе с кассетой-катушкой для электродной проволоки.

Подача электродной проволоки осуществляется приводом с электродвигателем постоянного тока. Скорость подачи изменяется плавно за счет изменения числа оборотов электродвигателя или ступенчато за счет смены подающего ролика в пределах от 120 до 460 м/ч.

Сварочная горелка полуавтомата малогабаритная, облегченная без водяного охлаждения. Сопло и наружные части горелки изолированы от токоведущих частей. Гибкий шланг состоит из двух спиралей, обтянутых тремя слоями медной токоведущей оплетки и помещенных в общую резиновую трубку. Изготовленные по этой схеме шланги обладают достаточной прочностью, гибкостью и удобны в работе. Длина гибкого шланга полуавтомата равна 1500 мм. По стальной внутренней спирали шланга подается электродная проволока к сварочной горелке. Наружная спираль служит для придания гибкому шлангу упругости.

Рис. 2: 1 - баллон с СО2; 2 - электроподогреватель газа; 3 - осушитель; 4 - редуктор; 5 -манометр давления в баллоне; 6 - манометр давления в шланге; 7 - газовый шланг; 8 -источник питания; 9 - пульт управления; 10 - цепь сварочного тока; 11- механизм подачи сварочной проволоки; 12 - гибкий шланг полуавтомата; 13 - сварочная горелка; 14 - объект сварки

Конструктивно механизм подачи выполнен в виде переносных устройств с регуляторами скорости подачи проволоки, режимов управления, подачи газа и др. Пульт управления полуавтомата монтируется на выпрямителе или преобразователе. На щитке пульта управления смонтированы контактор для включения и выключения сварочного тока, реостат регулировки скорости подачи электродной проволоки, выключатель, амперметр, вольтметр и розетка для подключения подогревателя газа.

3. Основные параметры режимов механизированной сварки в среде CO2

Для сварки низкоуглеродистых сталей режим сварки подбирают, исходя из получения нормального (оптимального) формирования сварного шва, то есть получения шва с заданными размерами. При этом параметры режима сварки должны обеспечивать устойчивость процесса, необходимое проплавление свариваемого металла и оптимальную скорость сварки.

механизированный дуговой сварка

Диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от конструктивных и технологических данных сварного соединения (толщины свариваемых изделий, размера сварного шва, положения сварного шва в пространстве и т. д.). Сварные швы на практике чаще всего имеют катеты 2...6 мм (рис.3), сварку которых целесообразно производить в сочетании с диаметрами электродной проволоки.

Таблица 2. Взаимосвязь диаметра сварочной проволоки с напряжением дуги и расположением шва в пространстве

Зависимость катета шва и диаметра электродной проволоки, приведена в табл. 1. Данные, приведённые в табл. 1, определены из оптимальных режимов сварки, обеспечивающих хорошее формирование шва и высокую производительность сварки относительно соответствующего катета шва.

Напряжение дуги является основным параметром режима сварки, определяющим длину дуги и качество металла шва. Изменение напряжения и длины дуги влияют на величину разбрызгивания, наличие пор и надрезов, внешний вид и качество шва. Рекомендуемая зависимость между напряжением, диаметром электродной проволоки и пространственным положением шва указана в табл. 2.

4. Механизированная сварка труб с использованием процесса STT

Аббревиатура STT расшифровывается как "Surface Tension Transfer" -- это так называемый механизм переноса капли с помощью сил поверхностного натяжения. Он представляет собой одну из разновидностей процесса переноса короткими замыканиями, который реализуется при дуговой сварке в среде защитных газов с одним важным отличием -- расплавленный металл переносится за счет сил поверхностного натяжения сварочной ванны, которая как бы втягивает в себя жидкую каплю металла с конца проволоки. Электромагнитное сжимающее давление (Пинч-эффект) дополнительно помогает капле отделиться, но не является основным механизмом переноса, как это наблюдается при обычной сварке короткими замыканиями. Этот вид переноса позволяет значительно сократить разбрызгивание и дымообразование в отличие от традиционных методов. Процесс прост в использовании, обеспечивает хороший контроль сварочной ванны и позволяет значительно снизить вероятность образования несплавлений. Он не требует от сварщика высокой квалификации для того, чтобы выполнить качественное сварное соединение. Кроме этого, простота способа STT сокращает время обучения сварщиков. Компанией “Lincoln Electric” специально для этого процесса разработан 2250 амперный инверторный источник питания “Invertec STT II”, реализующий технологию управления сварочным током. При сварке за счет регулирования выходного тока (аналогичной импульсно-дуговой сварки) добиваются вышеуказанных преимуществ. “Invertec STT II” отличается от обычных сварочных источников. Он не является ни источником с жесткой характеристикой, ни источником с крутопадающей характеристикой. Аппарат имеет обратную связь, которая отслеживает основные этапы переноса капли и мгновенно реагирует на процессы, происходящие между электродом и сварочной ванной, изменяя величину сварочного тока. “Invertec STT II” во многом отличается от обычных машин.

Область применения

Сварка с использованием процесса STT предназначена для односторонней механизированной сварки корневого слоя шва стыков труб проволокой сплошного сечения в среде углекислого газа труб диаметром 325-1220 мм с толщинами стенок до 20 мм включительно, а также для сварки всех слоев шва стыков труб аналогичных диаметров с толщиной стенки до 8 мм включительно.

Процесс STT рекомендуется для выполнения корневого слоя швов при сварке труб с зазором, а также для сварки тонколистового металла. Он позволяет сваривать все стали, начиная с простой углеродистой, кончая сплавами с высоким содержанием никеля

Основные параметры:

- скорость подачи сварочной проволоки;

- пиковый ток;

- базовый ток;

- длительность заднего фронта импульса.

Напряжение, требуемое дугой, автоматически устанавливается источником питания. Это приводит к тому, что количество тепла, вводимого в сварочную ванну, не зависит от скорости подачи проволоки. Помимо этого, улучшаются условия контроля за формированием сварочной ванны. Этап Пинч-эффекта также автоматически контролируется источником.

Сварка корневого шва неповоротных стыков труб

Сварка корневого слоя швов стыков труб традиционно является наиболее сложным этапом сварочно-монтажных работ при сооружении трубопроводов. Применение сварки методом STT, с его возможностью управлять механизмом переноса и контролем за формированием сварочной ванны, удается значительно облегчить выполнение корневого слоя шва.

Режимы сварки процессом STT имеют более широкий диапазон по сравнению с обычной сваркой в среде защитных газов.

Если при обычной сварке труб (заданной марки и типоразмера) для получения качественного соединения используются конкретные значения напряжения дуги и скорости подачи сварочной проволоки (сварочного тока), то при процессе STT могут использоваться различные варианты режимов для этих целей. При сварке аппаратом “Invertec STT II” может применяться проволока большего диаметра по сравнению с той, которая применяется при аналогичных работах с источником, имеющим жесткую характеристику.

При сварке труб процессом STT используется V- образная разделка кромок в соответствии со стандартом API (рис.4).

Рис. 4. Разделка кромок для сварки процессом STT

Процесс менее чувствителен к плохой сборке, чем обычные методы сварки. Вылет электрода составляет 9,5-15,9 мм. Обычной ошибкой при сварке является слишком большой вылет. Для лучшего контроля за вылетом электрода необходимо, чтобы контактный наконечник выступал от торца сопла сварочной горелки на расстоянии 6,4 мм.

Техника сварки STT

Механизированную сварку процессом STT корневого слоя шва неповоротных стыков труб ведут на спуск (рис.5). Процесс начинают в верхней части трубы в положении 12-ти часов. Возбуждение дуги производят на одной из кромок. Затем дугу переносят на противоположную кромку, формируя при этом сварочную ванну. На этом участке трубы сварку осуществляют с дугообразными колебаниями небольшой амплитуды. Дугу следует располагать внутри сварочной ванны в первой 1/4 или 1/3 от ее переднего фронта. Дугу нельзя располагать на передней кромке сварочной ванны. В позициях от 12- ти до 10-го часов сварку производят с наклоном электрода назад под углом 45°. Совершая дугообразные колебания, не следует задерживаться на кромках трубы. Прямолинейные колебания с кромки на кромку приводят к увеличению проплавления.

Кажется, что при расположении дуги в сварочной ванне нельзя добиться необходимого проплавления, как это наблюдается при обычной полуавтоматической сварке в защитных газах, где увеличение проплавления происходит при размещении дуги на передней кромке ванны. Однако при сварке STT большая глубина проплавления достигается при горении дуги внутри сварочной ванны.

С позиции 10-ти часов амплитуду колебаний можно уменьшить и затем совсем прекратить их, продолжая двигаться вдоль стыка и располагая дугу внутри сварочной ванны в первой трети от её переднего фронта. Угол наклона электрода на этом участке уменьшают на 10°. В позиции 4:30-5:00 часов колебания можно возобновить и увеличить угол наклона электрода. Это зависит от зазора и притупления свариваемых кромок. При прекращении сварки дуга прерывается на одной из кромок. По внешнему виду наплавленного валика можно судить о необходимости корректировки сварочных параметров. Существуют различные комбинации величин пикового и базового тока, которые позволяют получить необходимую форму корневого шва. Увеличение разбрызгивания наблюдается при слишком низком значении пикового тока.

Влияние сварочных параметров процесса STT на форму корневого слоя шва

При заданной скорости подачи сварочной проволоки форму корневого слоя шва (наружный и обратный валик) можно независимо контролировать.

Пиковый ток управляет длиной сварочной дуги, которая влияет на форму корневого шва (рис.6). Базовый ток регулирует общее тепловложение, которое влияет на форму обратного валика.

Регулировка длительности заднего фронта импульса "TAILOUT" -- это дополнительная регулировка тепловыделений на дуге. В большинстве случаев при сварке корневых швов регулятор "TAILOUT" устанавливают в позицию "О".

При выполнении прихватки возбуждение дуги производят на одной из кромок. Затем дугу переносят на противоположную кромку, формируя при этом сварочную ванну. Прихватку выполняют требуемой длины. Прерывание дуги обязательно производят на одной из кромок, а не в зазоре.

Начало и конец каждой прихватки необходимо сошлифовать, чтобы обеспечить плавный переход от корневого шва к прихватке.

Процесс STT не позволяет полностью проплавить прихватку. В процессе сварки корневого шва при заходе и выходе с прихватки колебания прекращают, чтобы обеспечить хорошее сплавление.

Список используемой литературы

1. Технология и оборудование механизированной сварки: Учебно-методическое пособие. /сост. Мустафин Ф.М., Собачкин А.С.- Уфа: УГНТУ, 2007. -29 с.

Размещено на Allbest.ru