Дуговая механизированная сварка в защитных газах (стр. 1 из 4)

Введение

Сварочная техника и технология занимают одно из ведущих мест в современном производстве. Свариваются корпуса гигантских супертанкеров и сетчатка человеческого глаза, миниатюрные детали полупроводниковых приборов и кости человека при хирургических операциях. Многие конструкции современных машин и сооружений, например космические ракеты, подводные лодки, газо- и нефтепроводы, изготовить без помощи сварки невозможно. Развитие техники предъявляет все новые требования к способам производства и, в частности, к технологии сварки. Сегодня сваривают материалы, которые еще относительно недавно считались экзотическими. Это титановые, ниобиевые и бериллиевые сплавы, молибден, вольфрам, композиционные высокопрочные материалы, керамика, а также всевозможные сочетания разнородных материалов. Свариваются детали электроники толщиной в несколько микрон и детали тяжелого оборудования толщиной в несколько метров. Постоянно усложняются условия, в которых выполняются сварочные работы: сваривать приходится под водой, при высоких температурах, в глубоком вакууме, при повышенной радиации, в невесомости.

Все это предъявляет повышенные требования к квалификации специалистов в области сварки, в особенности рабочих-сварщиков, так как именно они непосредственно осваивают новые способы и приемы сварки, новые сварочные машины. Сегодня рабочему сварщику недостаточно уметь выполнять несколько пусть даже сложных, операций освоенного им способа сварки. Он должен понимать физическую сущность основных процессов, происходящих при сварке, знать особенности сварки различных конструкционных материалов, а также смысл и технологические возможности других, как традиционных, так и новых, перспективных способов сварки.

1. Описание изделия

Предназначенное изделие предназначено для использования в качестве опоры для установки и монтажа несущих колонн, при сооружении зданий промышленного назначения.

Опора представляет собой сварную конструкцию коробчатого типа.

Рис.1. Конструкция изделия

Все детали этой конструкции изготовлены из стали марки 09Г2С.

Сталь 09Г2С относится к малоуглеродистым, низколегированным сталям.

Стали этого класса обладают хорошей свариваемостью всеми видами дуговой сварки и широко используются для изготовления сварных конструкций применяемых в строительной индустрии.

Таблица 1

Химический состав стали 09Г2С

Углерод C, %	Кремний Si, %	Марганец Mn, %	Хром Cr, %	Никель Ni, %	Медь Cu, %
≤ 0,12	0,5-0,8	1,3-1,7	≤0,3	≤0,3	≤0,3

Таблица 2

Механические свойства стали 09Г2С

Толщина проката, мм	Временное сопротивление разрыву σВ, МПа	Предел текучести σТ, МПа	Относительное удлинение δ5, %	Ударная вязкость КСU, Дж/см², при температуре, ºC
				+20	-40	-70
10-2021-32	470460	325305	21	59	34	29

Сварные конструкции используемые в качестве несущих элементов при возведении зданий и сооружений относятся ко II группе ответственности, т.к., их разрушение в процессе эксплуатации может привести к большим материальным затратам.

II группа ответственности требует повышенного внимания к качеству выполнения работ всего производственного цикла (от заготовки материала до обьёма окончательного контроля изделия).

Учитывая особенности конструкции изделия, материал входящих деталей, а также годовую программу выпуска (2000 шт.) наиболее оптимальным способом изготовления будет полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа.

2. Способ сварки

Сварка в защитных газах является одним из способов дуговой сварки. При этом способе в зону дуги подается защитный газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования. Сварка в защитных газах отличается следующими преимуществами: высокая производительность (в 2...3 раза выше обычной дуговой сварки), возможность сварки в любых пространственных положениях, хорошая защита зоны сварки от кислорода и азота атмосферы, отсутствие необходимости очистки шва от шлаков и зачистки шва при многослойной сварке; малая зона термического влияния; относительно малые деформации изделий; возможность наблюдения за процессом формирования шва; доступность механизации и автоматизации. Недостатками этого способа сварки являются необходимость принятия мер, предотвращающих сдувание струи защитного газа в процессе сварки, применение газовой аппаратуры, а в некоторых случаях и применение относительно дорогих защитных газов.

Известны следующие разновидности сварки в защитном газе: в инертных одноатомных газах (аргон, гелий), в нейтральных двухатомных газах (азот, водород), в углекислом газе. В практике наиболее широкое применение получили аргонодуговая сварка и сварка в углекислом газе. Инертный газ — гелий применяется очень редко ввиду его большой стоимости. Для сварки ответственных конструкций широко применяется сварка в смеси газов аргона и углекислого газа в соотношении 85% аргона и 15% С0₂. Качество этой сварки сталей очень высокое. Питание дуги осуществляют источники постоянного тока с жесткой характеристикой. В последние годы применяются в основном сварные выпрямители серии ВДУ с универсальной внешней характеристикой, т. е. жесткой, либо крутопадающей простым переключением пакетника.

Переменный ток не применяется из-за низкой устойчивости процесса горения дуги, плохого формирования и плохого качества шва. Напряжение на дуге при сварке в С0₂ должно быть не более 30 В, так как с увеличением напряжения и длины дуги увеличивается разбрызгивание и окисление. Обычно напряжение дуги — 22— 28 В, скорость сварки — 20-80 м/ч, расход газа 7—20 л/мин. Сварка в С0₂ с проволокой дает провар более глубокий, чем электроды, поэтому при переходе с ручной сварки оправданным считается уменьшение катетов примерно на 10%. Это объясняется повышенной плотностью тока на 1 мм² электродной проволоки.Основные элементы режима сварки в С0₂ в табл.1.

Таблица 3

Типовые параметры режима сварки в С0₂

Диаметр проволоки, м	Сварочный ток, А	Скоростьподачи проволоким/ч	Напряжене на дуге, В	Расходгаза,л/мин	Вылет проволоки, мм
0,8	50—110	устанавл. подбором под режим	18—20	5—7	6—12
1,0	70—150		19—21	7—9	7—13
1,2	90—230		21—25	12—15	8—15
1,6	150—300		23—28	12—17	13—20

Сварку в углекислом газепроизводят почти во всех пространственных положениях, что очень важно при производстве строительно-монтажных работ. Сварку осуществляют при питании дуги постоянным током обратной полярности. При сварке постоянным током прямой полярности снижается стабильность горения дуги, ухудшается формирование шва и увеличиваются потери электродного металла на угар и разбрызгивание. Однако коэффициент наплавки в 1,6...1,8 раза выше, чем при обратной полярности. Это качество используют при наплавочных работах Листовой материал из углеродистых и низколегированных сталей успешно сваривают в углекислом газе; листы толщиной 0,6... 1,0 мм сваривают с отбортовкой кромок. Допускается также сварка без отбортовки, но с зазором между кромками не более 0,3...0,5 мм. Листы толщиной 1,0...8,0 мм сваривают без разделки кромок; при этом зазор между свариваемыми кромками должен быть не более 1 мм. Листы толщиной 8... 12 мм сваривают V-образным швом, а при больших толщинах — Х-образным швом. Перед сваркой кромки изделия должны быть тщательно очищены от грязи, краски, окислов и окалины. Сварочный ток и скорость сварки в значительной степени зависят от размеров разделки свариваемого шва, т. е. от количества наплавляемого металла. Напряжение устанавливается таким, чтобы получить устойчивый процесс сварки при возможно короткой дуге (1,5...4,0 мм). При большей длине дуги процесс сварки неустойчивый, увеличивается разбрызгивание металла, возрастает возможность окисления и азотирования наплавляемого металла.

Рис. 2. Движение электрода во время сварки в углекислом газе при выполнении многослойного шва

На рисунке показаны движения электрода во время сварки в углекислом газе при выполнении многослойного шва. Рекомендуется для снижения опасности образования трещин первый слой сваривать при малом сварочном токе. Заканчивать шов следует заполнением кратера металлом. Затем прекращается подача электродной проволоки и выключается ток. Подача газа на заваренный кратер продолжается до полного затвердевания металла.

3. Состав оборудования

В состав технологического оборудования, необходимого для выполнения сварочных работ при дуговой механизированной сварке в защитных газах входят:

· источник питания;

· сборочно-сварочные приспособления;

· газовая аппаратура;

· приборы газовой магистрали;

· сварочный аппарат (полуавтомат).

3.1 Источник питания

Источником питания(ИП) сварочной дуги называют устройство, которое обеспечивает необходимый род и силу тока дуги.

Источник питания и сварочная дуга образуют взаимосвязанную энергетическую систему, в которой ИП выполняет следующие основные функции: обеспечивает условия начального возбуждения (зажигания) дуги, ее устойчивое горение в процессе сварки и возможность производить настройку (регулирование) параметров режима.