Дуговая сварка в среде защитных газов. Защитные газы для дуговой сварки.

Введение

Сваркой называется технологический процесс получения неразъёмных соединений. Сварку применяют для соединения однородных и разнородных металлов и сплавов, металлов с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, карборундом, стеклом и др.), а также пластмасс [1].
Сварка — экономичный, высокопроизводительный и в значительной степени механизированный технологический процесс; её широко применяют практически во всех отраслях машиностроения и строительной промышленности. Сварку, как один из основных технологических процессов используют в авиации, ракето- и судостроении (при изготовлении цельносварных корпусов судов), при строительстве домн, резервуаров для хранения жидкости и газов, нефти и газопроводов, в транспортном машиностроении (при изготовлении цистерн, цельнометаллических вагонов), в энергомашиностроении (при производстве котлов, паровых и гидравлических турбин и многих других машин и конструкций).
Необходимость автоматизации сварочных процессов определяется, прежде всего, такими их характерными особенностями, как высокие энергетические параметры, скоротечность отдельных этапов энергетических преобразований и процесса формирования сварного соединения, труднодоступность зоны сварки для непосредственного измерения и контроля, повышенный уровень вредных воздействий на здоровье человека и необходимость оперативной оптимизации сварочных процессов в соответствии с выбранным критерием. В этой связи наиболее перспективной является автоматическая сварка под слоем флюса.
Цель работы – рассмотреть особенности сварки в среде защитных газов и алгоритм расчёта её параметров.

1. Схема сварки в среде защитных газов и её основные параметры
Сварка в среде защитных газов производится согласно ГОСТ 14771-76 «Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры». Схема сварки показана на рисунке 3.2.

1 - сварочная проволока; 2 - газовое сопло; 3 - токоподводящий мундштук; 4 - корпус горелки; 5 - рукоять горелки; 6 - механизм подачи проволоки; 7 - атмосфера защитного газа; 8 - сварочная дуга; 9 - сварочная ванна
Рисунок 3.2 – Схема сварки
Подвижная проволока 1 под напряжением проходит сквозь газовое сопло 2, расплавляется под действием электродуги, однако сохранность постоянной длины дуги обеспечивает автоматический механизм подачи 6.
Основные параметры установок сварки находятся в следующих пределах:
- сварочный ток 40…600 А;
- напряжение на дуге 16…40 В;
- скорость сварки 4…20 мм/с;
- диаметр электродной проволоки 0,5…3 мм;
- вылет проволоки 8…25 мм;
- скорость подачи (расход) электродной проволоки - 35…250 мм/с;
- расход защитного газа - 3…60 л/мин.
Сила тока устанавливается в зависимости от диаметра электрода и толщины материала. С её увеличением растёт глубина проплавления и производительность в целом. Скорость подачи проволоки напрямую связана с силой тока и устанавливается исходя из требований стабильности проведения процесса сварки. А скорость проведения сварки зависит от толщины свариваемого материала при условии сохранения качества накладываемого шва. Рекомендуется применять узкие швы на высокой скорости, поскольку медленные приведут к расползанию и неизбежным дефектам.
Существуют следующие разновидности сварки в среде защитных газов:
- ИН - в инертных газах, неплавящимся электродом без присадочного металла;
- ИНп - в инертных газах неплавящимся электродом с присадочным металлом;
- ИП - в инертных газах и их смесях с углекислым газом и кислородом плавящимся электродом;
- УП - в углекислом газе и его смеси с кислородом плавящимся электродом.
В следующем разделе рассмотрим особенности применения отдельных защитных газов для сварки.


2. Виды защитных газов для сварки
Для защиты дуги при электрической сварке плавлением применяют такие газы как аргон, гелий, углекислый газ, азот, водород, кислород и их смеси

. Аргон и гелий являются одноатомными инертными газами. Они бесцветны, не имеют запаха. Аргон тяжелее воздуха, что обеспечивает хорошую защиту сварочной ванны. Аргон, предназначенный для сварки, регламентируется ГОСТ 10157-79 и поставляется двух сортов в зависимости от процентного содержания аргона и его назначения. Аргон высшего качества предназначен для сварки ответственных изделий из цветных металлов. Аргон первого сорта предназначен для сварки сталей. Смеси аргона с другими газами в определённых отношениях поставляют по особым ТУ (техническим условиям). Гелий значительно легче воздуха. ГОСТ 20461-75 предусматривает два сорта газообразного гелия: гелий высокой чистоты и гелий технический. Углекислый газ в нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с едва ощутимым запахом. Углекислый газ, предназначенный для сварки, должен соответствовать ГОСТ 8050-85, в зависимости от содержания он выпускается трёх марок: сварочный, пищевой и технический. Летом в стандартные баллоны ёмкостью 40 дм3 заливается 25 дм3 углекислоты, при испарении которой образуется 12600 дм3 газа. Зимой заливается 30 дм3 углекислоты, при испарении которой образуется 15120 дм3 газа. Сварочную углекислоту не разрешается заливать в баллоны из-под пищевой и технической углекислоты. Водород в чистом виде представляет собой газ в 14,5 раза легче воздуха, не имеет запаха и цвета. ГОСТ 3022-80 предусматривает три марки технического водорода. Водород применяет только в смесях. Кислород применяется как добавка к аргону или углекислому газу. ГОСТ 5583-78 предусматривает три сорта кислорода 1, 2-й и 3-ий. В последние годы все большее применение находят смеси таких газов, как СО2, Аr, О2 (кислород). При сварке в газовых смесях для точной дозировки газов применяют смесители.

3. Алгоритм расчёта режимов сварки в среде защитных газов
Алгоритм расчёта режимов сварки в среде защитных газов представляет собой следующую последовательность действий.
1) В зависимости от толщины свариваемых заготовок выбрать тип сварного соединения по ГОСТ 14771-76 и принять сечение шва [1].
2) В соответствии с ГОСТ 2246-70 для сварки выбрать сварочную проволоку.
3) Выполнить оценку влияния легирующих добавок на свариваемость, расчёт которой определяется углеродным эквивалентом Се, который рассчитывают по формуле [3]:

Оценку свариваемости выполняем в соответствии с таблицей 3.1.
Таблица 3.1 - Методика оценки свариваемости стали
Се h, мм Свариваемость Тпод., ºС Дополнительные мероприятия
≤0,27 б/о Высокая - -
0,28…0,39 ≤20 Ограниченная 100…200

>20
120…180
0,4…0,5 ≤15
200…300

>15
200…300
0,51…0,65 б/о
400…500 Отжиг или нормализация
Сделать вывод о характере свариваемости деталей и о необходимости подогрева.
4) Рассчитать химический состав шва.
Содержание каждого элемента определяется по формуле:

где ЭО – содержание элемента в основном металле;
ЭН – содержание элемента в электроде;
- доля основного металла в металле шва;
- доля наплавленного металла в металле шва;


где F0, FН, FШ – соответственно, площадь основного, наплавленного металла, и общая площадь шва (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – К расчёту площади основного, наплавленного металла и общей площади шва
5) Рассчитать химический состав шва как среднее арифметической химических составов наплавленного и основного металла.
Температура подогрева:

6) Рассчитать геометрические характеристики шва. Глубина провара определяется по формуле:

Высота зоны перекрытия:

7) Для выбора диаметра проволоки оценить плотность тока:

8) Рассчитать силу сварочного тока.

где F – площадь поперечного сечения проволоки.
9) Определить напряжение дуги:

10) Определить коэффициенты формы провара для выбранного диаметра проволоки.
11) Рассчитать ширину шва:

12) Определить коэффициент формы валика для заданных условий сварки